불포화토 전단강도

불포화토 전단강도란

불포화토 전단강도는 공기와 물이 함께 있는 간극에서 생기는 강도다.

이 강도에는 간극 속 물이 입자를 당기는 흡수력이 더해진다.

그래서 모래도 물이 조금 있으면 겉보기 점착력을 가진다.

Fredlund 파괴기준

Fredlund과 Morgenstern이 제시한 식으로 불포화토 전단강도를 나타낸다.

순응력은 전응력에서 간극공기압을 뺀 값으로 흙 골격이 받는 응력이다.

흡수력은 간극공기압에서 간극수압을 뺀 값이며 물이 입자를 당기는 힘이다.

φb는 흡수력이 전단강도에 기여하는 정도를 나타내는 각이며 보통 φ′ 이하다.

함수비와 흡수력

함수비가 줄면 간극수가 입자 접촉부로 모여 흡수력이 커진다.

흡수력이 커지면 입자 접촉부의 마찰 저항이 늘어 강도가 증가한다.

반대로 함수비가 늘면 흡수력이 줄어 강도가 감소한다.

강우 침투로 흡수력이 사라지면 그만큼 강도가 떨어진다.

SWCC 이력현상

함수특성곡선은 흡수력과 함수비의 관계를 나타내는 곡선이다.

건조곡선은 증발, 습윤곡선은 침투 해석에 해당한다.

두 곡선은 이력현상 때문에 같은 함수비에서도 흡수력이 다르다.

그래서 해석 목적에 맞는 곡선을 골라 써야 한다.

계산 예제

가상의 불포화 사면으로 전단강도를 계산해 보자.

흡수력 기여분은 20에 tan 15°를 곱한 약 5.4kPa다.

흡수력이 0이면 강도는 39.6kPa가 되어 약 5.4kPa 낮아진다.

강우로 흡수력이 사라지면 이만큼 강도가 떨어진다는 뜻이다.

정리

정리하면 불포화토 전단강도는 흡수력 항이 더해진 식이다.

흡수력은 간극공기압에서 간극수압을 뺀 값이다.

강우 때는 흡수력이 줄어 강도가 떨어진다는 흐름을 기억하자.