인공적으로 제조된 황토재료의 붕괴성 및 구조적 특성에 관한 실험적 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4113(2023) 이 기사 인용

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붕괴성과 구조성은 자연 그대로의 황토의 전형적인 특징 중 두 가지입니다. 황토를 인공적으로 제조하여 천연 황토의 붕괴성과 구조를 효과적으로 시뮬레이션하는 것은 큰 의미가 있습니다. 그러나 기존의 붕괴성 황토를 인공적으로 제조하는 방법은 복잡하고, 준비된 시료의 붕괴성을 제어하기가 어렵다. 본 논문에서는 황토의 붕괴성 메커니즘을 재분석하고, 이를 바탕으로 재성형 황토, 공업소금, CaO 입자 및 석고분말을 이용한 새로운 인공 붕괴성 황토 제조방법을 제안하였다. 기본 원리는 다음과 같습니다. CaO 입자는 구조적 강도를 가지며 침지 후에 Ca(OH)2로 이동합니다. 이러한 진행은 황토 구조적 강도의 소멸을 시뮬레이션할 수 있습니다. 공업용 소금의 용해는 황토 내부 공극의 붕괴를 시뮬레이션할 수 있으며 인공 황토의 붕괴성은 공업용 소금의 비율을 조정하여 조정할 수 있습니다. 석고 분말은 결합 재료로서 황토의 결합을 시뮬레이션할 수 있습니다. 인공적으로 조제한 황토와 교란되지 않은 황토를 대상으로 전단시험, 압밀시험, 붕괴성 시험을 실시하였다. 인공 황토의 시험 결과를 교란되지 않은 황토와 비교하였다. 결과는 다음과 같습니다: 인공적으로 제조된 황토의 소성 한계 및 액체 한계는 교란되지 않은 황토의 소성 한계 및 액체 한계보다 작습니다. 최적의 수분 함량과 최대 건조 밀도는 교란되지 않은 황토에 가깝습니다. 인공적으로 준비된 시료의 붕괴 계수는 먼저 증가한 다음 부하 수준이 증가함에 따라 감소하고 공업용 소금 입자 함량이 증가함에 따라 점차 증가합니다. 인공적으로 준비된 황토 시료의 구조적 매개변수는 전단 과정에 따라 처음에는 증가한 다음 감소하지만, 인공적으로 준비된 황토와 교란되지 않은 황토의 구조적 매개변수는 서로 다른 가압 압력 조건에서 다릅니다.

황토는 미국, 유럽, 러시아, 중국 등 전 세계에 널리 분포되어 있습니다. 그 중 중국은 유통면적이 가장 넓고 두께도 가장 크다1. 일반적으로 구조화된 토양인 황토는 다공성, 구조적 및 붕괴성2,3,4,5,6,7,8을 특징으로 합니다. 따라서 황토의 차별적인 붕괴 변형은 상부 구조물에 균열을 일으킬 수 있으므로 기초 설계를 위한 황토의 붕괴성을 연구하는 것이 중요합니다9,10,11,12,13. 주지된 바와 같이, 물리적 모델시험은 황토의 붕괴성이 상부구조물에 미치는 영향을 조사하기 위한 검증된 방법 중 하나이지만, 물리적 모델시험을 수행하기 위해서는 유전체 재료로서 교란되지 않은 충분한 붕괴성 황토가 필요하다. 샘플 수집 중에 다공성과 구조가 매우 쉽게 방해받습니다. 또한, 모델에 사용된 황토시료의 부피가 크고, 자갈, 식물뿌리 등의 불순물이 자연구조의 토양을 균질하게 만들어 토양의 구조적 특성에 영향을 미친다. 따라서 물리적 모형시험에 활용하기 위한 인공황토를 준비하는 것이 효율적인 방법이다.

지금까지 일부 학자들은 인공 토양 준비의 타당성과 효율성을 탐구해 왔습니다. 조사 결과에 따르면 인공 토양은 균질한 구조와 강도에 있어서 교란되지 않은 자연 토양과 일치하는 것으로 나타났습니다. 물리적 모형시험에는 자연황토보다 인공황토가 더 적합하다. Maccarini(영국 런던 대학교)는 최초로 연소 방식을 이용해 인공 모래를 제조했습니다. 이후 다양한 종류의 인공토양을 제조하기 위해 토양재료에 다양한 첨가물을 첨가하여 배합을 조절하였다. 첨가제에는 시멘트14, 시멘트와 얼음 입자의 혼합물15, 구리 슬래그16, 석고17, 공업용 소금18 및 기타 재료19가 포함됩니다. 인공토양은 자연 그대로의 교란되지 않은 흙의 특성을 모사하기 위한 승인방법이었다.