[토질 및 기초] 제 4장. 흙의 압축성(압밀/압밀이론)#1

 1. 압밀

  (1)압밀의(Consolidation) 개요

   : 지반 위의 유효상재하중으로 인하여 흙 속의 간극에서의 물이 배출되면서 오랜 시간에 걸쳐 압축(침하)되는 현상을 압밀이라 한다.

 

  (2)과잉공극수압

   1)공극수압(=간극수압, Pore water pressure, u): 물이 받는 압력으로 중립응력(Neutral stress)이라고도 한다.

   2)과잉간극수압(Excess pore water pressure, ue): 포화되어 있는 흙에 하중이 작용하면 그 외부하중으로 인하여 간극수에 작용하는 간극수압을 과잉간극수압이라 한다.

   3)초기과잉간극수압(Initial excess pore water pressure, u_i): 시간 t=0일 때의 과잉간극수압, 즉 물이 배출되기 직전인 하중재하 순간의 과잉간극수압을 초기과잉간극수압이라 한다. (상재하중과 같다.)

    ※u_i>u_e>u

	물	토립자	소산된 과잉간극수압	압밀도
t=0	4	0	0	0%
t=t1	3	1	1	25%
t=t2	2	2	2	50%
t=무한	0	4	4	1차 압밀완료

 

 2. 압밀이론

  (1)Terzaghi의 가정

   1)흙은 균질하다.

   2)흙 속의 간극은 물로 완전히 포화되어 있다.

   3)흙 입자와 물은 비압축성이다.

   4)투수와 압축은 1차원적이다.

   5)Darcy 법칙이 성립한다.((Re<4, 층류일 때)

   6)흙의 성질은 압력의 크기에 관계없이 일정하다.

 

(2)압밀계수(Coefficient of consolidation, C_v)

   1)개요: 흙의 체적변화 속도에 관계되는 물리 정수로서 압밀이론에 사용되는 계수이다.

    (여기서, K: 투수계수(cm/sec), m_v: 체적변화계수(cm^2/kg))

   2)단위: cm^2/sec

 

  (3)압축계수(Coefficient of compressibility, a_v)

   1)개요: 하중의 증가량에 대한 체적의 감소량을 말한다,

   2)공식

   3)단위: cm^2/kg(압력단위의 역수)

 

  (4)체적변화계수(Coefficient of volume change, m_v, 용적변화율)

   1)개요: 하중의 증가량에 대한 체적의 감소 비율을 말한다.

   2)공식

   3)단위: cm^2/kg(압력단위의 역수)

 

  (5)압축지수(Compression index, C_c)

   1)개요: e-logP 곡선의 직선부분(처녀압밀곡선, Virgin compression curve)의 기울기이다.

     ※e-logP 곡선의 작도 목적은 C_c를 구하고, 침하량(H)를 구하기 위함이다.

   2)공식

   3)단위: 무차원이다.

   4)Terzaghi와 Peak(1967)의 경험식

    ·흐트러지지 않은(불교란) 점토:

    ·흐트러진 점토:

 

  (6)시간계수(Time factor, T_v)

   1)공식

    (여기서, C_v: 압밀계수, t: 압밀시간, d(=H): 최대배수거리)

   2)단위: 무차원

   3)배수거리

    ·일면 배수: 점토층의 두께와 같다.

    ·양면 배수: 점토층의 두께의 반이다.(일반적)

 

  (7)압밀도(=압밀량, 소산정도, Degree of consolidation, U)

   1)개요: 압밀의 진행정도, 즉 지반 내의 임의의 지점에서 임의의 시간에 있어서 과잉간극수압 소산정도를 말한다.

   2)공식

    ①압밀량

     (여기서, 델타Ht: 임의 시간 t에서의 침하량, 델타H: 어느 하중에 의한 최종압밀침하량)

    ②과잉간극수압의 소산정도

    ③시간계수

     (압밀도는 시간계수의 함수이다.)