간극수압 발생특성

간극수압의 정의

간극수압은 흙에 전응력 변화가 생길 때 간극 속 물이 받는 압력이다.

그중 평소 정수압보다 더 올라간 부분을 과잉간극수압이라고 한다.

과잉간극수압이 빠져나가면 유효응력이 커지고 흙이 단단해진다.

전응력의 구성

전응력은 흙 입자가 받는 유효응력과 간극수압의 합이다.

구속압이 증가하면 전응력 증가분 일부가 간극수압 증가로 먼저 나타난다.

배수가 일어나면 간극수압은 소산되고 유효응력이 증가한다.

Skempton 간극수압 식

비배수 상태에서 간극수압 변화는 Skempton 식으로 구한다.

Δu 는 과잉간극수압, Δσ1 과 Δσ3 는 최대·최소 주응력 증분이다.

B 는 포화도에 따른 계수로, 포화토에서는 1에 가깝다.

A 는 축차응력에 대한 계수로, 전단 중 흙이 수축하면 양, 팽창하면 음이 된다.

구속압 증가와 간극수압 거동

구속압이 증가하면 흙에 전응력 증가분 Δσ 가 작용한다.

포화토에서는 비압축성 물이 먼저 하중을 받아 Δu 가 순간 발생한다.

배수 경로가 있으면 Δu 가 소산되며 유효응력이 증가한다.

배수가 불량하면 비배수 상태가 유지되어 강도가 낮아진다.

계산 예제

포화된 점토에 총응력 증가 Δσ = 60 kN/m² 가 작용하고 B 는 1이다.

등방 구속이면 Δu = BΔσ 이므로 간극수압은 60 kN/m² 가 된다.

축차응력 40 kN/m² 에 Af 0.5 를 적용하면 간극수압은 20 kN/m² 가 된다.

과압밀 점토에서 Af 가 −0.3 이면 간극수압은 −12 kN/m² 로 부(−)가 된다.

지반 종류별 비교와 쟁점

정규압밀 점토와 조밀한 모래를 같은 방식으로 해석하면 안 된다.

정규압밀 점토는 파괴면에서 간극수압이 양(+)이 되기 쉽다.

조밀한 모래는 체적 팽창 경향으로 음(−)의 간극수압이 나타날 수 있다.

과압밀 점토에서는 Af 가 음수가 될 수 있어, 정규압밀 기준의 해석을 그대로 쓰면 안전측 판단이 어려워진다.

정리

정답은 음(−)이다. 과압밀 점토는 전단 중 팽창하여 Af 가 음수가 된다.

정리하면 간극수압은 응력 경로와 배수 조건에 따라 크기가 결정된다.

시험에서는 구속압 증가 시와 파괴 시의 영향인자를 구분해 답한다.