반복하중에 따른 잔탄검 바이오폴리머 처리 혼합토의 변형 및 전단파 속도의 변화 특성

Effects of Repetitive Loading on Deformation and Shear Wave Velocity of Xanthan Gum-Treated Soils

친환경 소재인 바이오폴리머는 철도 노반, 고속도로 등과 같이 반복적인 하중이 가해지는 다양한 환경에서 지반 보강에 활용될 수 있다. 본 연구에서는 바이오폴리머 중 잔탄검 바이오폴리머를 모래와 혼합한 시료를 대상으로 반복하중을 가했을때의 침하량과 전단파 속도의 변화를 분석하여 모래-바이오폴리머 혼합물 강성의 변화를 관찰하고자 한다. 잔탄검 바이오폴리머의 함량은 0%, 0.5%, 1%, 2%, 5%, 그리고 10%로 구분하고 시료의 상대밀도 50%와 포화도 30%로 설정했다. 실험은 반복하중을 가하는 동안 LVDT를 통해 침하량을 실시간으로 측정하고 전단파 신호를 시료 조성 직후, 양생후, 반복하중을 가한 후(50kPa, 200 kPa) 총 4단계로 구분하여 측정했다. 실험 결과, 반복하중을 가한 후 최종 침하량이 BPC5.0와 BPC10.0 최종 침하량이 수렴하는 것으로 나타났고, 이는 모래-바이오폴리머 혼합토의 변형의 한계에 도달하여 침하량이 안정화 구간에 도달한 것으로 판단된다. 또한, 잔탄검 바이오폴리머의 함량이 0.5%와 1.0%의 함량일 때 가장 높은 전단파 속도를 나타났다. 이를 통해 본 연구에서는 반복하중 조건에서 지반 보강에 효과적인 바이오폴리머의 적정 함량을 선정하고 친환경 보강재로써의 가능성을 제안하고자 한다.

Biopolymers have recently attracted attention as eco-friendly soil stabilizers that can be effectively applied to geotechnical structures subjected to repetitive loading, such as railway subgrades and highways. This study evaluated the influence of xanthan gum biopolymer on the deformation behavior and shear wave velocity of sand-biopolymer mixtures. Laboratory tests were performed by mixing sand with various xanthan gum contents (0, 0.5, 1, 2, 5, and 10%) while maintaining a relative density of 50% and degree of saturation of 30%. Settlement was continuously monitored using an linear variable differentialA transformer during repetitive loading, and shear wave velocity was measured at four stages: immediately after specimen preparation, after curing, and following repetitive loading under static vertical stresses of 50 and 200 kPa. The results indicated that final deformation converged in specimens with higher biopolymer contents (BPC 5.0 and BPC 10.0), suggesting stabilization at the deformation limit. In addition, the highest shear wave velocity was observed at an optimal content of 0.5-1.0%, reflecting increased stiffness due to biopolymer-soil bonding. These findings highlight the significant potential of xanthan gum as a sustainable soil reinforcement material. Determining its optimal content is critical for improving soil stiffness and reducing deformation under repeated loading conditions.