지반 액상화

액상화의 정의

액상화는 포화된 사질토가 동하중을 받아 지지력을 잃는 현상이다.

흔들림이 반복되면 물이 빠지지 못해 과잉간극수압이 쌓인다.

그러면 입자를 누르는 힘인 유효응력이 줄어 땅이 버티는 힘을 잃는다.

정식 정의는 KDS 17 10 00 용어 정의를 따른다.

발생 원리

반복 전단이 가해지면 배수가 늦은 간극수에 압력이 쌓인다.

과잉간극수압이 오르면 입자를 누르는 유효응력이 줄어든다.

흙의 전단강도는 유효응력에 비례하므로 강도도 함께 사라진다.

이 순서가 액상화의 발생 메커니즘이다.

평가: 안전율

액상화 평가는 지진이 만드는 응력과 지반의 저항을 비교한다.

CSR은 지진 시 깊이별 전단응력과 유효상재압의 비다.

CRR은 지반의 전단저항응력과 유효상재압의 비다. 같은 깊이에서 비교한다.

안전율 FS는 CRR을 CSR로 나눈 값이다. 1.0 이하이면 액상화가 발생한다고 판정한다.

계산 예제

예제로 지하수위 아래 깊이 6m 사질토의 안전율을 구해 보자.

지표 최대지반가속도는 0.2g에 증폭계수 1.4를 곱한 0.28g로 둔다.

CSR은 0.65 × 0.28 × 110/60 × 0.9로 계산해 약 0.30이 된다.

CRR은 0.25로 가정하면 FS는 0.25/0.30, 약 0.83이다.

안전율 0.83은 1.0 이하이므로 이 층은 액상화가 발생한다고 판정한다.

지반 재료별 취약성

같은 흔들림이라도 흙의 종류에 따라 취약성이 크게 다르다.

포화된 느슨한 사질토가 가장 취약하다. 액상화의 기본 대상이다.

점토는 액상화보다 반복연화로 강도가 급격히 떨어지는 경우가 많다.

점성토를 액상화로만 쓰는 것은 흔한 실수다. 반복연화로 구분해 적는다.

특등급 시설물은 비배수 반복삼축강도시험 등으로 별도 검토한다.

헷갈리는 점과 정리

시험에서 자주 틀리는 세 가지를 짚는다.

첫째, 안전율을 CSR/CRR로 쓰면 판정이 반대가 된다.

둘째, 세립분 함량 보정을 빼면 N값 평가가 과대 평가된다.

셋째, 대책은 공법을 나열하지 말고 치환, 다짐, 배수처럼 원리를 구분해 쓴다.

지표 가속도가 커지거나 CRR이 작아지면 안전율이 떨어진다.