SHANSEP 방법

왜 배우는가: SHANSEP는 점토지반의 비배수 전단강도를 시료 교란과 응력이력의 영향을 줄여 구하는 대표적인 방법이다. 연약점토 지반의 안정 해석과 성토·선행재하 설계에 직접 쓰이므로 실무에서 중요하다. 1교시 용어 문제와 2~4교시 논술 문제에서 반복해 출제된다.

출제 이력: 제134회 1교시 1번, 제122회 1교시 3번, 제99회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의:

SHANSEP 방법은 응력이력에 따른 점토의 비배수 전단강도를 정규화하여 구하는 방법이다.

핵심 키워드:

• 비배수 전단강도
• 과압밀비(OCR)
• 응력이력
• 정규화
• 강도비(Su/σ'v0)
• 재압밀과 제하
• K0 압밀 비배수 시험

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 같은 깊이의 점토라도 과거에 받은 하중이 다르면 강도가 다르다. SHANSEP는 이 차이를 응력이력으로 나타내어 강도를 식 하나로 정리하는 방법이다.

정식 정의는 다음과 같다. 정규압밀 점토와 과압밀 점토의 비배수 전단강도를 현장 유효 연직응력으로 나눈 강도비가 과압밀비(OCR)의 거듭제곱 관계를 따른다. 이 성질을 이용해 강도를 정규화하는 방법이 SHANSEP이다. 이 관계는 Henkel(1960)이 처음 정식화했고, Ladd와 Foott(1974)가 실무용 방법으로 다듬어 SHANSEP이라 이름 붙였다.

핵심 관계식은 다음과 같다.

$\frac{S_u}{\sigma'_{v0}} = S \cdot OCR^{m}$

• S_u: 비배수 전단강도(kPa)
• \sigma'_{v0}: 현장 유효 연직응력(kPa)
• S: 정규압밀 점토의 강도비(무차원, 시험으로 결정)
• OCR: 과압밀비 = 선행압밀응력 / 현장 유효 연직응력(무차원)
• m: 응력이력 지수(무차원, 흙의 종류에 따라 다름)

식의 뜻은 다음과 같다. OCR이 1이면 정규압밀 상태이고 강도비는 S가 된다. OCR이 커지면 같은 깊이라도 강도비가 커진다. 지수 m은 과압밀에 따른 강도 증가 정도를 나타낸다. 실무에서 m은 0.8 전후 값으로 보고되는 경우가 많다.

정규화의 의미는 두 가지다. 첫째, 깊이와 응력이력이 다른 시험 결과를 하나의 강도비 곡선으로 묶는다. 둘째, 시험 결과가 흩어져도 OCR 기준으로 비교할 수 있다. 따라서 현장 전 구간의 강도를 소수의 시험으로 추정할 수 있다.

3. 등장 배경과 필요성

점토지반의 비배수 강도는 시료 채취 과정의 영향을 크게 받는다. 불교란 시료는 얇은 관 튜브(쉘비 튜브)로 채취하는데, 채취 과정에서 응력이 풀리고 흙 구조가 흐트러진다. 교란된 흙은 압축 강도와 전단 강도가 작아진다. 따라서 교란 시료의 한 개 값으로 현장 강도를 정하면 과소평가하거나 과대평가할 위험이 생긴다.

시료 교란과 응력이력이 비배수 강도 측정값을 흔들기 때문에 정규화가 필요하다.

현장 지반은 깊이마다 응력이력이 다르다. 지표 가까운 연약층은 과압밀 상태일 수도 있고, 깊은 곳은 정규압밀 상태에 가까울 수 있다. 같은 시험 조건으로 얻은 강도를 깊이별로 그대로 쓰면 설계 강도가 실제와 달라진다. 특히 성토나 선행재하처럼 응력이 증가하는 경우에는 증가된 유효응력에 따른 강도 변화를 예측해야 한다. SHANSEP는 이 예측을 강도비와 OCR의 관계로 체계화한 방법이다.

연약지반 설계에서 비배수 강도는 안정 해석과 지지력 계산의 기본 값이다. 배수 조건이 맞지 않는 짧은 기간의 안정 해석에서는 비배수 강도를 쓴다. 이때 값의 신뢰도가 설계 안전율을 좌우한다. 따라서 교란 영향을 줄이면서 응력이력을 반영하는 강도 산정법이 요구되었고, 그 결과 SHANSEP가 실무에 자리 잡았다.