[토질 및 기초] 제 6장. (횡방향) 토압(토압의 이론/Rankine의 토압이론/점성토의 토압과 Coulomb의 토압론)#1

 1. 토압의 이론

  (1)토압의 개요: 흙과 접촉하는 옹벽, 흙막이 벽, 지하 매설물 등은 흙에 의해 수평 방향의 압력을 받게 되며, 이를 토압이라 한다.

 

  (2)토압의 종류

   1)정지토압(P_0, Lateral earth pressure at rest)

    : 횡방향 변위가 없는 상태에서 수평 방향으로 작용하는 토압을 정지토압이라 한다.

     Ex)건축지하벽, 암반 위의 옹벽

   2)주동토압(P_a, Active earth pressure)

    : 뒤채움 흙의 압력에 의하여 옹벽이 뒤채움 흙으로부터 멀어지는 경우, 뒤채움 흙이 팽창하여 파괴 될 때의 수평 방향의 토압을 주동토압이라 한다.

   3)수동토압(Pp, Passive earth pressure)

    : 어떤 힘에 의하여 옹벽이 뒤채움 흙 쪽으로 움직인 경우, 뒤채움 흙이 압축하여 파괴 될 때의 수평 방향의 토압을 수동토압이라 한다.

 

  (3)정지토압

   1)정지토압계수(Coeeficient of earth pressure at rest, K_0)

    ①삼축압축시험에서 수평 방향의 변위가 없게 조절하여 측정한다.

     (여기서, K_0: 정지토압계수, sigma_v: 수직응력, sigma_h: 수평응력)

    ②모래(Jaky의 이론)

     (여기서, phi': 유효응력으로 구한 내부마찰각)

    ③정규압밀점토인 경우(Brooker과 Ireland 관련식)

     -내부마찰각이 클수록 정지토압계수는 작다.

     -모래 및 정규압밀점토의 정지토압계수는 1보다 클 수 없다.

    ④과압밀점토인 경우

     (여기서, OCR: 과압밀비=선행압밀비중/현재의 유효상재하중)

      즉, 정지토압계수가 1보다 큰 경우는 과압밀점토이다.

 

  (4)토압의 대소

   1)토압계수

    ·수동토압계수(K_p)>정지토압계수(K_0)>주동토압계수(K_a)

 

 2. Rankine의 토압이론

  (1)뒤채움 흙이 수평이고 사질토(c=0)인 경우의 연직옹벽에 작용하는 토압(Only 흙, 건조 or 습윤밀도를 사용한다.)

   ※외워야 하는 공식은 총 5개, 하지만, 그림에 3개가 표시(강도, 토압, 작용점) 되기 때문에 따로 외워야 하는 것은 2개이다.(토압계수, 파괴면과 수평면이 이루는 각도)

   ※그림에서 각도의 방향을 볼 것

   1)주동토압

    ①주동토압계수(Coefficient of active earth pressure, K_A)

     ※소수가 나온다.

    ②주동토압강도(sigma_ha)

    ③파괴면은 수평면과 45DEG+phi/2의 각도를 이룬다.

    ④전주동토압

     -크기: 전주동 토압 분포도의 면적과 같다.

     -작용점:

    ⑤방향: 지표면에 평행하게 작용한다.

   2)수동토압

    ①수동토압계수(Coefficient of passive earth pressure, K_p)

   ②수동토압강도(sigma_hp)

    ③파괴면은 수평면과 45DEG-phi/2의 각을 이룬다.

    ④전수동토압

     -크기: 전주동토압 분포도의 면적과 같다.

    -작용점:

    -방향: 지표면에 평행하게 작용한다.

 

  (2)뒤채움 흙이 수평이고 사질토(c=0)인 경우의 연직옹벽에 작용하는 토압(흙+물, 포화)

   ※물은 방향에 관계없이 똑같으니 를 곱하지 않는다.

  (3)지하수가 있는 경우의 토압

   ※물은 방향에 관계없이 똑같으니 를 곱하지 않는다.

  (4)상재하중이 있는 뒤채움 흙이 수평이고 사질토인 경우의 연직옹벽에 작용하는 토압

 

 3. 점성토의 토압과 Coulomb의 토압론

  (1)점성토인 경우의 토압

   1)주동토압상태

    ①주동토압강도(sigma_ha)

     즉, 점성토인 경우의 주동토압강도는 모래지반보다 작다.

    ②인장균열깊이(점착고, Z_c)

     -해석방법: 주동토압강도의 크기가 0인 지점까지의 깊이를 말한다. 즉, 인장을 받아 균열이 발생하는 깊이를 점착고라 한다.

      (=0이 되면 Z_c를 구할 수 있다.)

   (여기서, H_c: 한계고이다.)

 

 4. 토압의 응용

  (1)보강토 공법(Reinforced earth method)

   1)보강띠가 받는 최대힘(T_max)

    (여기서, S_v: 보강띠의 연직방향 설치간격, S_h: 보강띠의 수평방향 설치간격)