전단강도
상위 문서 : 토질역학
직접전단시험
[편집]모래의 직접전단시험
[편집]-
가로 세로축 뭔지 헷갈리네
점토의 직접전단시험
[편집]배수 조건인 경우
삼축압축시험
[편집]구분 | 배수 조건 | |
---|---|---|
구속압력 시 | 축차응력 시 | |
압밀 배수시험(Consolidated Drained Test; CD Test) | 배수 | 배수 |
압밀 비배수시험(Consolidated Undrained Test; CU Test) | 배수 | 비배수 |
비압밀 비배수시험(Unconsolidated Undrained Test; UU Test) | 비배수 | 비배수 |
응용
[편집]- 압밀 배수 시험(CD TEST)
- 그리 많이 안 쓰임. 전단 소요 시간 길고, 시험과 결과가 비슷하기 때문.
- 장기안정성 검토 시!!!
- 공극수압 측정 어려울 때 또는 중요한 공사에 관한 시험에 쓰임.
- 압밀 비배수 시험(CU TEST)
- 단계성토 시!!!
- 지반이 완전히 하중을 받기 전에 압밀로 인해 함수비 변화가 상당히 크다고 예상될 때.
- 흙댐 수위 급강하 시 안정문제
- 비압밀 비배수 시험(UU TEST)
- 응력 변화에도 즉각적인 함수비 변화 없을 때.
- 점토 지반에 제방을 쌓거나 기초 설치 시 짧은 경우 초기 안정해석
용어
[편집]- 배압(back pressure) : 시료를 포화시키기 위해 수압을 거는 것.[2] 현장 공극수압 조건을 재현하기 위해서 한다. 배압은 유효응력을 변화시키지 못하므로 작용시킨 배압만큼 구속응력을 증가시켜야 한다.[3]
압밀배수시험
[편집]- 구속압력 단계. 배수밸브를 연 상태로 σ3를 주고 24시간을 대기
- 처음엔 물이 σ3를 받아 과잉간극수압 발생.
- 나중이 되면 과잉간극수압이 0 (물이 빠져나가 흙 입자가 모든 응력을 받음)
- 압밀(체적수축) 발생. σ3' = σ3. 모래는 훨씬 빨리, 점토는 24시간 이상 지나야 압밀 완료
- 축차응력 단계. 과잉간극수압 없도록 천천히 하중 가함. (축차응력 시에도 과잉간극수압이 0. 가해준 모든 응력을 흙 입자가 받는다)
전단 파괴가 발생할 때의 최대주응력은
최소주응력은
- σ3' = σ3
구속압력을 바꿔가며 실험을 여러번 반복한다.
느슨한 모래, 정규압밀점토의 압밀배수시험 축차응력단계
[편집]-
축방향 변형률에 따른 체적변형률
-
축방향 변형률에 따른 축차응력
조밀한 모래, 과압밀점토의 압밀배수시험 축차응력단계
[편집]-
축방향 변형률에 따른 체적변형률
-
축방향 변형률에 따른 축차응력
압밀배수시험 모어원
[편집]-
모래, 정규압밀점토 CD 시험결과
-
과압밀점토 CD 시험결과(절편 존재)
CD 시험에서는 가해준 응력을 모두 흙이 받으므로 전단강도를 다음 식으로 쓸 수 있다.
Kf 선과 Mohr-Coulomb 파괴포락선의 관계
[편집]
압밀 비배수 시험
[편집]정교한 시험. 갈수록 많이 실시됨.[4]
- 구속압력 단계. 배수밸브를 연 상태로 σ3를 주고 24시간을 대기
- 처음엔 물이 σ3를 받아 과잉간극수압 발생.
- 나중이 되면 과잉간극수압이 0 (물이 모두 빠져나가 흙 입자가 모든 응력을 받음)
- 압밀(체적수축) 발생. σ3' = σ3. 모래는 훨씬 빨리, 점토는 24시간 이상 지나야 압밀 완료
- 축차응력 단계. 배수밸브를 잠그고 축차응력을 증가시킨다. 과잉간극수압 발생.
- 파괴.
A계수는 시료의 과압밀 상태를 구분하는 데도 쓰인다.(기사 97)
- 정규압밀점토 : Af : 0.5 ~ 1
- 과압밀점토 : Af : 0 ~ - 0.5
느슨한 모래, 정규압밀점토의 압밀비배수시험 축차응력단계
[편집]-
축방향 변형률에 따른 과잉간극수압
-
축방향 변형률에 따른 축차응력
조밀한 모래, 과압밀점토의 압밀비배수시험 축차응력단계
[편집]-
축방향 변형률에 따른 과잉간극수압
-
축방향 변형률에 따른 축차응력
CU 시험은 강도정수를 유효응력 개념으로 나타낼 수 있다.
전응력 개념으로 강도정수를 표현한다면 ccu, Φcu인데, 비배수 전단강도로 부른다. 비배수 전단강도는 추가 하중이 재하되었을 때 점토지반이 압밀하게 되고 압밀로 인해 강도증가가 일어나는데, 이 강도증가를 예측할 때 쓰인다.[5]
CU TEST 응력경로
[편집]-
CU TEST 정규압밀점토 응력경로. ESP와 TSP의 시작점인 σ3가 동일함에 주의!!
-
CU TEST 과압밀점토 응력경로
예제
[편집]어느 점토를 다음과 같이 시험하였다.
- 으로 구속압력. 압밀 완료
- 비배수조건으로 구속압력 350kN/m2으로 증가.
- 수압 측정 결과 144kN/m2
- 비배수 조건으로 축차응력을 가함.
연직방향 변형률(%) | 0 | 2 | 4 | 6 |
---|---|---|---|---|
축차응력(kN/m2) | 0 | 201 | 252 | 275 |
간극수압(kN/m2) | 144 | 244 | 240 | 222 |
이때 Skempton 과잉간극수압계수 B, 각 하중 단계에서의 Skempton 과잉간극수압계수 A를 구하여라.[6]
B는 구속압력 단계에서 구한다.
A는 각 하중단계마다 구해야 한다.
연직방향 변형률(%) | 0 | 2 | 4 | 6 |
---|---|---|---|---|
축차응력(kN/m2) | 0 | 201 | 252 | 275 |
간극수압(kN/m2) | 144 | 244 | 240 | 222 |
0 | 100 | 96 | 78 | |
0.5 | 0.38 | 0.284 |
예제 : 배압이 있는 경우 ESP
[편집]포화점토에 대한 압밀비배수 삼축시험을 하여 다음의 결과를 얻었다. 구속압력은 6kg/cm2로 유지, 압밀은 2kg/cm2의 배압에서 진행.[7][8]
0 | 0.08 | 1.58 | 2.14 | 2.79 | 3.19 | |
---|---|---|---|---|---|---|
u | 2 | 2.29 | 2.77 | 3.18 | 3.88 | 4.33 |
TSP, ESP를 그리고, 파괴시 간극수압계수 Af를 구하시오.
TSP, ESP 구하는 과정은 생략. TSP는 어렵지 않게 구할 수 있다.
ESP는 TSP에서 수압(부압 + Δu)을 빼준 빨간선.[9]
Af의 계산에서도 역시 과잉간극수압만을 식에 넣어줘야 한다. 즉
위의 예제와 같다!
예제 : p, q 등의 값을 이용해 역으로 계산하는 문제
[편집]정규압밀점토에서
- q = 34.5kN/m2
- p = 241.3kN/m2
- 일 때,
셀압력, 부압, 간극압, 구속압력, B계수 문제
[편집]삼축압축시험의 포화단계에 대한 결과가 다음과 같다. 각 단계에 대해 B계수를 구하라.[10]
셀 압력(kPa) | 부압(kPa) | 간극압(kPa) | Δu (kPa) | Δσ3 (kPa) | B |
---|---|---|---|---|---|
0 | 0 | -4 | 11 | 50 | 0.22 |
50 | - | 7 | |||
50 | 40 | 39 | 23 | 50 | 0.46 |
100 | - | 62 | |||
100 | 90 | 89 | 37 | 50 | 0.74 |
150 | - | 126 | |||
150 | 140 | 139 | 43 | 50 | 0.86 |
200 | - | 182 | |||
200 | 190 | 190 | 95 | 100 | 0.95 |
300 | - | 285 | |||
300 | 290 | 290 | 98 | 100 | 0.98 |
400 | - | 388 |
B = 0.98이면 시료가 완전 포화되었다고 본다.
OCR과 엮는 예제
[편집]포화된 불교란 과압밀 시료에 대해 TEST. 셀압력 σ3값들을 주고, 점토의 선행압밀하중이 600kN/m2이라할 때, OCR을 구하라 한다면 초기유효상재하중값은 셀압력 σ3를 써서 구한다.[11]
비압밀 비배수(UU) 시험
[편집]cu : 비배수 전단강도
유효응력은 단 하나의 모어원만으로 그려짐!!
일축압축시험
[편집]
예민비
[편집]
기타 전단강도 추정법
[편집]베인 시험
[편집]점토에 대해, 베인을 돌리는 최대 모멘트를 라 하면, 점착력(비배수 전단강도) cu는
소성지수를 이용한 정규압밀점토의 비배수 전단강도 추정
[편집]정규압밀점토 지반에서 점토층의 소성지수 IP가 주어졌을 때 비배수 점착력 cu 계산하는 문제.(암기. 실무에서 자주 씀.)
-
- σv' : 점토가 받고 있는 유효상재압력
같이 보기
[편집]- 지중응력 분포#모어원
- 토목기사 요약/토질 및 기초/흙의 전단강도 : 웬만하면 보기
- 응력-변형률 및 과잉간극수압 : 삼축압축하중과 과잉간극수압. 꼭 보기
각주
[편집]- ↑ 장병욱 외, <<토질역학>>, 186쪽
- ↑ https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=archcafe&logNo=36282958&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F
- ↑ 장병욱 외, <<토질역학>>, 189쪽
- ↑ 이인모, <<토질역학의 원리>>, 406쪽
- ↑ 이인모, <<토질역학의 원리>>, 410쪽
- ↑ 이인모, <<토질역학의 원리>>, 416쪽
- ↑ 장병욱 외, <<토질역학>>, 연습문제 8.7
- ↑ Barnes, <<유로코드에 근거한 토질역학>>, 238쪽
- ↑ Barnes, <<Eurocode에 근거한 토질역학>> 예제 7.6
- ↑ Barnes, <<유로코드에 근거한 토질역학>>, 237쪽
- ↑ 장연수, <<토질역학>> 예제 8.9