최근 국내 해안지역을 대상으로 대규모 구조물의 건설이 활발히 진행됨에 따라 안정적인 부지확보가 필요한 실정이다. 이에 따라, 해안 지역의 준설토 매립 공사가 진행되고 있으나, 준설 초기의 매립지반은 고함수비 상태로 존재하게 된다. 초고함수비의 해성 준설토는 지속적인 침하가 발생하므로 기존 압밀이론의 적용이 어려운 실정이며, 준설 점토의 물리적 특성을 나타내는 투수계수, 압축지수와 같은 인자들이 일정한 경향을 나타내지 않아 이러한 해석에 대해 다양한 방법으로 연구되었다. Biot (1941)은 포화에 따른 투수계수와 압축지수의 변화에 대한 함수식을 언급하였고, McNabb (1960)은 압밀과정에서의 응력에 의한 간극비 변화를 고려하였다. 점토에서의 압축성과 투수성에 대한 연구들은 Mersi and Olson (1971) 등에 의해 연구가 진행되었으며, 이 중 침강에 대한 연구로는 Richardson and Zaki (1954)의 토립자의 침강속도에 관한 식과 Kynch (1952)와 Imai et al. (1984)의 초기 투기높이에 대한 연구가 이루어졌다. 준설토의 압밀진행에 따른 특성 변화 및 투수성과 압축성 저하는 압밀 거동에 영향을 미칠 수 있으나, 기존 Terzaghi의 탄성압밀이론에서는 간극수의 배제에 대한 압밀과정 변화가 유의미하지 않다고 가정하여 영향을 배제하여 왔다. 고함수비의 준설토의 경우 투수성과 압축성의 변화에 따른 압밀거동의 영향이 유의미 할 수 있기 때문에 Mersi and Rokhsar (1974)는 압밀특성의 변화가 압밀거동에 미치는 영향에 대해 수치해석적 연구를 수행한 바 있다. McRoberts and Nixon (1976)은 단위 체적당 토립자의 중량으로 현탁액 농도를 정의하여 초기 농도에 따른 침강속도의 관계를 연구하고 이를 통해 초기 함수비의 증가에 따라 침강속도가 빨라지며 3가지의 침강 형태의 영역을 확인하였다. Imai (1980)는 일본 이토 시료를 이용하여 실험을 한 결과 초기함수비의 중가에 따라 침강속도는 빨라지지만 동일한 초기함수비여도 침강속도의 차이가 나타나며, 이는 시료의 응집도와 밀도로 인하여 발생한다고 하였다. Tan et al. (1990)은 초기 시료 높이가 동일할 때의 초기 함수비의 증가에 따라 밀도가 감소함을 확인하였고, 초기 함수비 300~400% 사이에서 전이영역이 관찰되는 것을 확인하였다. 국내의 경우 S. Kim (1987)은 서해안 이토를 이용한 침강실험을 통해 초기함수비가 증가함에 따라 입자의 침강속도가 증가하고 초기 함수비 600~1,000%의 사이에서 침강속도가 급격하게 변하는 구간이 나타난 것을 확인하였다. 또한, Park and Oh (1998)은 서해안과 남해안 지역의 연약지반은 퇴적 요인, 거리 등에 따른 특성 차이가 발생한다고 발표하였으며, Lee et al. (2012)은 서해안과 남해안의 지반공학적 특성 비교를 수행한 바 있다. 이처럼, 지역 특성에 따른 지반정수 차이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이며, 추후 해안지역에 대한 준설 매립을 진행함에 있어 지속적인 침하에 대해 원지반에 특성에 따른 침강특성의 연구가 필요한 실정이다.

본 연구에서는 지역별 준설점토의 침강특성에 대한 초기 투기고의 영향, 함수비에 따른 준설점토의 침강 특성을 분석하고자 하였다. 또한, 준설점토에서의 크리프는 매립 후 초기 침하 예측이 중요하며 이에 대한 크리프 계수의 고려가 필수적이므로 크리프 계수의 비교를 통해 지역별 특성을 분석하고자 하였다(Zeng et al., 2016). 국내의 해성점토 중 실트 성분이 상대적으로 많이 포함되어 있는 인천지역, 리아스식 해안의 특성으로 세립분의 함량이 많은 광양지역과 부산지역을 대상지역으로 선정하였고, 기본⋅실시 설계시 확보된 data 및 지반조사 결과 자료와 문헌조사를 통해 대상 지역에 대한 물리⋅역학적 특성을 조사하였다. 본 연구에서는 지역별 함수비에 따른 데이터를 비교하기 위해 함수비 600%에서 지역별 침강압밀 데이터를 수합할 수 있어 대상으로 설정하였다. 600%의 함수비에 대해 초기 투기고에 따라 준설토의 침강 및 자중압밀과정, 크리프 과정에 미치는 영향을 파악하고자 0.8~1.2 m의 범위에서 투기고를 변화시켜 투기고에 따른 준설점토의 침강특성을 분석하였다. 침강 및 자중압밀 시험방법은 투명 아크릴을 이용한 개별 Column을 통해 모형토조를 제작하였고, 각각 침강과정에서의 층별 특성을 파악하기 위해 직경 1.8 m, 높이 0.1 m의 개별 Column을 중첩하여 전체 높이 1.5 m에서 실험을 수행하였다. 실험 결과, 인천지역의 경우 초기함수비가 높을수록 침강압밀이 빠르게 일어났으며, 광양과 부산지역의 경우 동일한 함수비에서의 비교 결과 침강압밀 계수 및 침하가 높게 나타났다. 연구에서 수행된 결과를 이용하여 지역별 특성에 따른 침강압밀 및 크리프 계수를 비교하여 실제 준설매립에 활용이 기대된다.

본 연구에서는 국내 연약지반 분포지역 중 실트 성분이 다량 함유되어 있는 인천 지역과 리아스식 해안의 특성을 가지며 비교적 세립분 함량이 많이 포함된 광양과 부산 지역을 대상지역으로 선정하였다. 기존 설계시 확보된 지반정수 데이터를 통해 지역별 물리특성을 조사하여 비교 및 분석을 수행하였다. 또한, 투기고와 함수비의 변화가 준설토의 침강 및 자중압밀 특성에 미치는 영향을 파악하고자 모형 토조를 제작하여 실내 모형실험을 수행하였다. 이후, 자중압밀이 종료되고 크리프 상태에서의 크리프 계수에 대해 지역별 점토 특성에 따른 침강압밀계수의 산정을 통해 비교하였다.

본 연구에서 수행한 실험 결과, 각 지역별 침강압밀계수 및 크리프 침하계수에 대한 비교를 통해 다음과 같은 해석을 얻을 수 있었다.

침강압밀시험은 초기 투기높이가 낮을수록 침강압밀종료가 빠르게 진행되었으며, 침강압밀계수가 함수비와 비례하는 경향이 나타났다. 동일 함수비 600%에서의 침강압밀시험 결과, 지역에 따라 침강시간의 차이가 나타났으며, 해당 원인으로는 원지반의 시료 특성이 결과에 영향을 미친 것으로 판단된다. 침강압밀계수 및 크리프 계수는 인천지역이 광양과 부산지역과 비교 결과 상대적으로 낮게 나타났으며, 이는 인천지역의 시료가 입자 표면에 (-)전하를 띤 점토광물의 소량 포함으로 인해 floc 형성이 미미하며 실트분의 자체적 침강이 촉진되어 침강압밀이 다른지역이 비해 비교적 빠르게 일어났다고 판단된다. 광양지역의 경우 부산과 인천지역에 비해 침강압밀계수 및 크리프 계수가 비교적 높게 나타났으며 이는 광양지역의 시료가 세립분의 다량함유로 인한 편평한 점토광물이 우세하여 입자간 floc 형성이 고함수비에서 활성 및 촉진되어 나타난 현상으로 판단된다(Lee et al., 2015).

본 연구에서는 함수비 600%에 대해 인천, 광양, 부산 지역에 대한 침강압밀시험을 수행하였다. 고함수비에서 수행되는 준설점토에 대해 다양한 함수비에서의 침강압밀시험이 수행된다면, 지역별 침강압밀계수 산정을 통해 효율적인 준설토 시공에 활용할 수 있을 거라 기대된다.

본 연구에서는 준설점토 침강압밀 및 크리프 계수에 대한 지역별 특성을 분석해보고자 하였다. 국내 준설 지역 중 지역적 특성이 차이가 있는 인천, 광양, 부산 지역을 대상으로 고함수비 형태의 준설토를 0.8, 1.0, 1.2 m의 투기고에서 침강실험을 수행하였다. 실제 준설 현장에서는 약 2.0~5.0 m의 투기 높이에서 준설매립이 이루어지며, 구조물의 규모나 하중의 증가에 따라 투기고가 증가하게 된다. 이를 실내모형실험으로 모사하는 경우, 0.8 m는 4.0~8.0 m의 현장 투기고를, 1.2 m는 6.0~12.0 m의 현장 투기고를 반영하고자 하였다(Lee et al., 2009). 함수비 600%에서의 지역별 침강 및 자중압밀 특성을 비교한 결과, 침강압밀 계수는 광양과 부산지역이 인천지역에 비해 비교적 높게 나타났다. 이는 광양 및 부산지역에서의 점토성분이 가진 확산 이중층의 차이로 판단된다. 또한, 크리프 침하 역시 광양과 부산지역에서의 크리프계수가 크게 나타났으며, 이는 해당 지역에 다량 함유되어 있는 점토 입자로 인해 점성거동의 영향을 받은 것으로 판단된다.

본 연구에서 얻어진 결과를 통해 원지반의 특성에 따라 침강압밀 및 크리프 침하의 차이가 나타난다고 판단된다. 이를 활용하여 추후 다양한 지역 및 지반에 대해 연구를 수행한다면, 준설 매립을 계획하는 지반의 특성을 고려한 준설 매립지반의 효율적인 시공이 가능할 것으로 판단된다. 또한 자중압밀의 종료 시점에 대한 크리프 침하량 예측의 활용이 가능할 것으로 기대된다.