흙의 전단강도

전단강도란

흙의 전단강도는 흙이 전단력에 버티는 최대 전단응력이다.

흙 안의 어떤 면을 따라 미끄러지지 않고 저항하는 힘이다.

이 강도는 Mohr-Coulomb 식 τ = c + σ′tanφ 로 나타낸다.

구성 요소와 파괴 규준

전단강도는 점착력과 내부마찰각의 두 성분으로 이루어진다.

점착력은 입자 사이의 결합이고, 내부마찰각은 입자 사이의 마찰과 맞물림이다.

파괴 조건은 τ = c + σ tanφ 이며, σ는 파괴면의 수직응력이다.

응력점이 파괴규준선 아래에 있으면 파괴가 일어나지 않고, 선에 닿으면 파괴된다.

간극수압과 유효응력

간극수압이 있으면 전응력 대신 유효응력을 식에 넣는다.

유효응력은 전응력에서 간극수압을 뺀 값이다.

예로 σ = 100kPa, c = 20kPa, φ = 25°이면 전단강도는 약 66.6kPa이다.

간극수압 30kPa이면 유효응력은 70kPa이 되고, 전단강도는 크게 줄어든다.

배수 조건과 시험

배수 조건이 다르면 같은 흙이라도 얻는 강도정수가 달라진다.

UU는 배수하지 않아 과잉간극수압이 생기며, 점토의 단기 안정에 쓴다.

CU는 압밀만 배수하고 전단 중 간극수압을 측정해 유효응력 해석이 가능하다.

CD는 압밀과 전단을 모두 배수하여 과잉간극수압이 거의 없고, 장기 안정에 쓴다.

헷갈리는 점

정답은 CD다. 모두 배수하므로 장기 안정 해석에 쓴다.

점착력을 고유 정수로 단정하면 감점된다. 응력 범위에 따라 값이 달라진다.

직접전단시험은 배수 조절을 하지 않으므로 간극수압을 측정하지 않는다.

파괴규준선 아래는 파괴가 일어나지 않고, 선 위나 선상은 파괴 상태다.

핵심 정리

전단강도는 흙이 전단파괴될 때 활동면에서 버티는 최대 전단응력이다.

구성은 점착력과 내부마찰각이며, 간극수압이 있으면 유효응력으로 계산한다.

배수 조건과 유효응력을 함께 보고 시험과 강도정수를 고른다.