2차압밀침하

왜 배우는가: 2차압밀침하는 1차압밀이 끝난 뒤에도 장기간 계속되는 침하로, 장기 침하 예측과 구조물 유지관리 기준을 정하는 데 필요하다. 기출에서 정의·산정식·계산 문제로 반복 출제되어 개념과 식을 함께 정리해야 한다.

출제 이력: 제120회 3교시 1번, 제116회 1교시 6번, 제115회 1교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

2차압밀침하는 과잉간극수압이 모두 소산된 후 유효응력이 일정한 상태에서 흙 구조의 소성 변형(크리프)에 의해 시간에 따라 계속 일어나는 체적 감소 침하이다.

핵심 키워드

• 2차압밀(Secondary Consolidation)
• 크리프(Creep)
• 2차 압축지수(Cα, Secondary Compression Index)
• 과잉간극수압 소산 완료
• 유효응력 일정
• 시간의존적 침하
• 흙 구조의 소성 재배열

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 물이 다 빠져나간 뒤에도 흙이 천천히 더 눌려 내려가는 현상이다. 1차압밀이 물이 빠지며 생기는 침하라면, 2차압밀은 물이 빠진 후 흙 입자의 골격이 천천히 재배열되며 생기는 침하다.

정식 정의는 다음과 같다. 1차 압밀이 완료되어 과잉간극수압이 0이 된 후, 유효응력이 거의 일정한 상태에서 흙 구조의 소성적 변형에 의해 발생하는 체적 압축을 2차압밀이라 한다. 기준 문헌에서는 이 현상을 크리프(Creep)라고도 부른다.

핵심 용어를 풀면 다음과 같다.

2차압밀은 과잉간극수압 소산 이후 계속되는 체적변화에 의한 압밀침하다. 공극수가 빠져나가는 1차압밀과 달리 배수 경로의 영향이 작고 시간에 따라 천천히 진행된다.

2차 압축지수(Cα)는 간극비가 로그 시간에 대해 변하는 기울기이다. 로그 시간 축에서 간극비 변화량을 나타내며, 2차압밀 침하량 산정에 쓰인다.

과잉간극수압 소산 완료는 2차압밀이 시작되는 기준점이다. 이 시점 이후의 침하를 2차압밀로 구분한다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 압밀이론은 과잉간극수압이 소산되면 침하가 끝난다고 보았다. 그러나 실제 점성토 지반은 1차압밀 완료 후에도 수년에서 수십 년 동안 침하가 이어지는 사례가 관찰되었다. 이에 따라 시간에 따른 체적 변화를 설명할 별도 항이 필요해졌다.

특히 유기질 흙과 연약한 점토에서 2차압밀이 크게 나타난다. 무기질 과압밀 점토에서는 2차 압축지수가 매우 작아 무시하는 경우가 많다. 따라서 흙의 종류와 상태에 따라 2차압밀 영향을 판단하는 것이 설계의 출발점이다.

현장에서는 2차압밀이 장기 침하, 부등침하, 구조물 사용성 저하의 원인이 된다. 준설매립지반이나 연약 점토 위의 성토, 교대 뒤채움 등에서 장기 침하 관리의 근거가 된다. 따라서 1차압밀과 함께 총 침하량을 예측하는 체계가 필요하다.

4. 구성요소·원리·절차

2차압밀은 1차압밀이 끝난 뒤에도 흙 구조의 소성 재배열과 점성(크리프)에 의해 계속되는 체적 감소이다. 과잉간극수압이 0이 된 뒤의 침하이므로 시간에만 의존하는 특징이 있다. 구성 요소를 나누면 다음과 같다.