모관흡수력

정의

모관흡수력은 불포화토 간극에서 표면장력으로 생기는 부(-)의 압력이다.

간극수압이 대기압보다 낮아지면 흙 입자를 서로 끌어당기는 힘이 생긴다.

시험에서는 흡인력과 같은 개념으로 보며, s = u_a − u_w 로 나타낸다.

원리

원리는 모세관 현상이다. 좁은 간극일수록 물이 높이 올라간다.

모관 상승고는 간극 반지름 r에 반비례하며, 식으로 구한다.

세립토는 간극이 작아 흡수력과 상승고가 모래보다 크다.

예시 계산

간극 반지름 0.1 mm, 표면장력 0.0728 N/m, 접촉각 0도를 대입한다.

분자는 0.1456 N/m, 분모는 0.981 N/m²이다. 결과는 약 0.148 m이다.

흡인력으로 환산하면 γ_w h_c 이므로 약 1.45 kPa이 된다.

함수특성곡선

함수특성곡선은 흡인력과 함수비의 관계를 나타내는 곡선이다.

흡인력이 공기 함입값을 넘으면 공기가 들어가 함수비가 급감한다.

흡인력이 더 커지면 물이 거의 빠지지 않는 잔류 함수비에 이른다.

강도와 사면 안정

흡인력이 생기면 간극수압이 음(-)이 되어 유효응력이 커진다.

흡인력이 줄면 전단강도가 떨어져 사면이 불안정해진다.

강우 침투가 흡인력을 낮추면 사면 파괴로 이어지는 되먹임이 생긴다.

헷갈리는 점과 직접 풀기

헷갈리기 쉬운 점은 간극수압의 부호다. 불포화토의 간극수압은 부압이다.

단위는 kPa로 통일한다. 텐시오미터의 cb 값은 kPa로 환산해 쓴다.

이제 직접 풀어 보자. 흡인력이 커질 때 전단강도의 변화를 떠올린다.

정리

정리하면 모관흡수력은 간극수의 부압이며 흡인력과 같은 개념으로 쓴다.

흡인력이 줄면 강도가 떨어지므로 강우 시 사면 안정을 함께 검토한다.

시험에서는 정의, 원리, 사면 영향을 묶어 답한다.