본문으로 이동

전단강도

위키배움터

상위 문서 : 토질역학

직접전단시험

[편집]

모래의 직접전단시험

[편집]

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]

[1]

  • 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]
압밀배수시험의 구속압력 단계에선 체적수축이 일어난다.
  1. 구속압력 단계. 배수밸브를 연 상태로 σ3를 주고 24시간을 대기
  2. 처음엔 물이 σ3를 받아 과잉간극수압 발생.
  3. 나중이 되면 과잉간극수압이 0 (물이 빠져나가 흙 입자가 모든 응력을 받음)
  4. 압밀(체적수축) 발생. σ3' = σ3. 모래는 훨씬 빨리, 점토는 24시간 이상 지나야 압밀 완료
  5. 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]

조밀한 모래, 과압밀점토의 압밀배수시험 축차응력단계

[편집]

압밀배수시험 모어원

[편집]

CD 시험에서는 가해준 응력을 모두 흙이 받으므로 전단강도를 다음 식으로 쓸 수 있다.

CD TEST 응력경로

Kf 선과 Mohr-Coulomb 파괴포락선의 관계

[편집]

압밀 비배수 시험

[편집]

정교한 시험. 갈수록 많이 실시됨.[4]

압밀 비배수시험의 구속압력 단계에선 체적수축이 일어난다.
  1. 구속압력 단계. 배수밸브를 연 상태로 σ3를 주고 24시간을 대기
  2. 처음엔 물이 σ3를 받아 과잉간극수압 발생.
  3. 나중이 되면 과잉간극수압이 0 (물이 모두 빠져나가 흙 입자가 모든 응력을 받음)
  4. 압밀(체적수축) 발생. σ3' = σ3. 모래는 훨씬 빨리, 점토는 24시간 이상 지나야 압밀 완료
  5. 축차응력 단계. 배수밸브를 잠그고 축차응력을 증가시킨다. 과잉간극수압 발생.
  6. 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]

조밀한 모래, 과압밀점토의 압밀비배수시험 축차응력단계

[편집]
모래, 정규압밀점토 CU TEST 모어원. Δudf만큼 빼지는 것은 과잉간극수압이 제거되기 때문이다.

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]
예제
[편집]

어느 점토를 다음과 같이 시험하였다.

  1. 으로 구속압력. 압밀 완료
  2. 비배수조건으로 구속압력 350kN/m2으로 증가.
  3. 수압 측정 결과 144kN/m2
  4. 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]

이런 얘기인 듯?
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) cu

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]

각주

[편집]
  1. 장병욱 외, <<토질역학>>, 186쪽
  2. https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=archcafe&logNo=36282958&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F
  3. 장병욱 외, <<토질역학>>, 189쪽
  4. 이인모, <<토질역학의 원리>>, 406쪽
  5. 이인모, <<토질역학의 원리>>, 410쪽
  6. 이인모, <<토질역학의 원리>>, 416쪽
  7. 장병욱 외, <<토질역학>>, 연습문제 8.7
  8. Barnes, <<유로코드에 근거한 토질역학>>, 238쪽
  9. Barnes, <<Eurocode에 근거한 토질역학>> 예제 7.6
  10. Barnes, <<유로코드에 근거한 토질역학>>, 237쪽
  11. 장연수, <<토질역학>> 예제 8.9