토질역학

흙의 물리적 성질과 분류

흙의 기본성질은 흙을 흙입자, 물, 공기의 3상으로 나누어 각 상의 비율과 무게로 나타내는 개념이다. 간극비 e, 함수비 w, 포화도 S로 흙의 구성을 표현하며, 간극률 n은 간극비에서 환산된다. 식으로 쓰면 n = e/(1+e)이다. 흙의 구성에서 포화된 흙은 간극이 물로만 채워진 상태이므로 포화도가 100 %이다. 흙의 입도분포는 체분석과 침강분석으로 구하며, 입도곡선이 완만하게 누워 있을수록 여러 입경이 고르게 섞인 양입도이다. 흙의 소성특성은 함수비에 따라 흙이 소성 상태를 유지하는 범위이며, 소성지수 Ip는 액성한계 wL에서 소성한계 wP를 뺀 값이다. 식으로 쓰면 Ip = wL − wP이다. 흙의 분류에서 세립토는 액성한계와 소성지수의 관계를 나타낸 소성도로 구분한다.

흙속에서의 물의 흐름

흙 속 물의 흐름은 투수계수 k를 비례상수로 하는 Darcy 법칙을 따르며, 식으로 쓰면 v = k·i이다. 투수계수는 흙 입자 크기와 간극비에 따라 달라지므로 세립토일수록 작다. 물의 2차원 흐름은 유선과 등수두선으로 이루어진 유선망으로 해석하며, 유선망의 각 칸이 대략 정사각형이 되도록 그린다. 침투와 파이핑에서 파이핑은 하류 출구의 동수경사가 한계동수경사를 넘을 때 흙 입자가 유출되면서 시작되고, 침식된 수로가 상류 방향으로 진행하여 제체 붕괴에 이른다. 차수벽으로 침투 경로를 길게 만들고, 하류단에 필터층을 설치하여 출구 동수경사를 낮추고 입자 유출을 막는 것이 방지 대책이다.