80. 2차압밀(secondary consolidation)

 K.Terzaghi 가 제안한 1차원 압닐이론은 압밀현상을 설명하는데는 성공했지만 실험실에서 1차원 압밀침하곡선을 특히 압밀과정의 끝 부분에서 Terzaghi의 이론과 상당한 차이를 나타낸다. 즉, Terzaghi 이론에서는 과잉간극수압이 소산할 때 침하는 어는 일정치에 수령하는데 실제로는 대부분의 점토에서 간극수압이 소산한 후에도 침하는 계속되어 침하량과 시간의 대수가 거의 직선적인 관계가 성립하는 경우가 많다.

그래서 Terzaghidl 이론곡선에 잘 맞는 부분의 침하는 1차압밀이라 하며 그이후의 침하를 2차압밀이라 한다.

압밀현상은 점토지반의 침하가 재하 후 상당한 시간적 지연을 두고 발생하는 것으로 이같은 시간적 지연은 수리학적 지연(Hydraulid lag)과 소성적 지연(Plastic lag)으로 나누어 생각할 수 있다. 그런데 수리학적 지연은 점토의 투수성, 압축성 및 배수 거리에 관계되며, 소성적 지연은 점토의 소성적 지연 즉, 일정한 유효응력 하에서 변형이 시간과 함께 증가하는 성질(creep)과 관련된다. 그런데 실험실에서 침하곡선 중 1차압밀이라 부르는 부분은 수리적 지연이 주요한 역할을 하며, 2차압밀이라 부르는 부분에서는 소성적 지연이 주요한 역할을 한다.

여기서 주의해야 할 점은 1차압밀과 2차압밀을 설명하는 데는 실험실에서의 침하곡선이라는 것을 항상 강조하고 있다. 실험실에서 하는 압밀시험은 시료두께가 2cm 전후로 배수거리가 상당히 짧기 때문에 수리적 지연은 상당히 작고 유효응력이 급격히 증가하고 그 후 일정한 값이 된다. 그런데 이 경우 유효응력이 일정하게 될 때 까지 시간적으로 상당히 짧기 때문에 점토가 크리프하는 시간적 여유가 없다. 따라서 이 사이에 침하의 대분분은 유효응력 증가에 따라 순간적으로 발생하는 침하이고 크리프 침하의 대부분은 유효응력이 일정하게 된 후에 발생한다. 이같은 시료의 두께가 작은 경우에는 유효응력 증가에 따른 순간적 침하와 크리프 침하가 확연히 분리되는 형으로 생기며 압밀의 초기 연구에 있어서는 전자를 1차압밀이라 하고 후자를 후에 생긴다하여 2차압밀이라 한다.

그러나 이상의 논의에서 예상되는 것은 현장의 점토층과 같이 두께가 상당히 큰 경우는 수리학적 지연이 매우 크며 수리학적 지연이 진행하는 과정에도 소성적 지연이 진행하는 시간적 여유가 충분하며, 유효응력 증가에 따른 침하와 크리프 침하가 혼재하는 형으로 나타나고 시료두께가 얇은 경우에 나타나는 1차압밀과 2차압밀을 분리하는 침하곡선이 되지 않는다. 이같이 1차압밀인가 2차압밀인가의 개념은 실험실에서 시료두께가 얇은 침하특성에서 얻어지는 것이므로 현장의 압밀침하 특성에 적용하기 어렵다. 그러나 현재에도 Secondary 라는 의미로서 2차압밀이라 하면 점토의 크리프 특성을 의미하는 것으로 사용한다.

이같이 점토의 비탄성적 거동은 점토입자 사이의 접촉부분의 상대적 이동을 뜻하며, 입자표면 흡착수층의 점성저항에 기인하는 것으로 생각된다. 그런데 두께 2cm 의 시료에 대하여 압밀계수를 사용하여 두터운 현장 점토의 침하과정을 추정하는데는 많은 문제점이 있다.

예를 들면 압밀침하량 및 압밀에 요하는 시간은 과소하게 추정하는 것이 된다.

이 문제는 압밀론 연구의 초기부터 많은 사람에 의해 연구되어 현재나 앞으로도 압밀에 대한 최대 관심사항이 될 것이다.

2차압밀에 대한 연구는 접근방법에 따라 2종류로 대별되는데 하나는 실험실에서 관측된 크리프 침하가 거의 log t 에 비례한다는 사실을 기초로 하여 1차압밀비나 하중 증가율 등을 개입시켜 실제 점토층의 침하를 경험공식으로 표시하는 방법이며, 다른 하나는 2차압밀 현상을 해석적으로 취급하여 점토의골격구조를 스프링(spring), 대쉬포트(dash-pot), 슬라이더(slider)등을 조합시킨 유변학적 모델(Rheology Model)로 표현하도록 한 흐름이다. 전자는 실용적으로 상당히 편리하지만 2차압밀 현상을 일반적으로 표시할 수 없으며, 더욱 고도의 2차압밀론의 기초가 될 수 없으므로 이 문제에 대한 연구의 주류는 차차 후자의 쪽으로 흐르고 있다. 그런데 현재 조금씩 수정개량된 이론적 침하해석법이 발표됨과 함께 현재 압밀시험법 자체도 이 문제에 대응하도록 재검토되는 상황에 있다.

또 화산회토난 유기질토, 특히 이탄(peat) 등 특수토에서는 완전 포화상태에서도 침한ㄴ 2차압밀이 탁월하고 극단적인 경우에는 대부분이 크리프적인 것으로 보고 있으며, 이와 같이 특수토에 대한 상사법칙이나 해석법이 거의 확립되어 있지 않아 앞으로 연구가 기대되는 부분이 많다.