붕괴성 지반

정의

붕괴성 지반은 건조하거나 불포화된 상태에서는 안정하다가, 물을 만나면 흙 구조가 무너져 급격히 침하하는 지반이다.

원인은 하중 증가가 아니라 수분 변화다. 이 점을 가장 먼저 짚어야 한다.

답안 첫 줄에는 이 정의와 침수에 의한 구조 붕괴라는 원인을 함께 쓴다.

원리

자연 상태에서는 모관 흡인력과 점토 결합이 입자 사이의 큰 간극을 유지한다.

물이 들어오면 흡인력이 사라지고 결합이 약해져 입자 접점이 미끄러진다.

상재하중은 그대로 작용하므로 입자가 재배열되며 간극이 줄고 큰 수직 변형이 생긴다.

즉 붕괴는 하중 증가가 아니라 수분 변화에 의해 일어난다.

붕괴포텐셜

붕괴포텐셜은 일정한 상재하중에서 흙을 침수시켰을 때 생기는 수직 변형의 정도를 나타낸다.

분자는 침수에 따른 간극비 감소량이고, 1+e0으로 나누면 수직 변형률이 된다.

따라서 CP는 침수 전 시료 높이에 대한 침하 백분율로 읽는다.

CP는 침수 후 발생하는 수직 변형의 크기로 붕괴 위험을 판정하는 지표다.

판정 기준

CP 값은 경험적으로 네 구간으로 나누어 판정한다.

1% 미만이면 침수에 따른 문제가 작고, 1% 이상 5% 미만이면 중간 정도의 문제가 예상된다.

5% 이상 10% 미만이면 문제가 되는 붕괴 지반이고, 10% 이상이면 심각한 붕괴 지반으로 본다.

설계는 설계 하중 수준에서 CP를 구하는 것을 원칙으로 한다.

이중압밀시험

붕괴포텐셜은 이중압밀시험 등 침수 조건의 압축 시험으로 구한다.

첫 단계는 자연 함수비 상태에서 목표 상재하중까지 재하하는 것이다.

둘째 단계에서는 같은 하중을 유지한 채 시료를 침수시켜, 침수로 생긴 변형만 분리한다.

시험 결과를 적을 때는 응력 수준과 침수 전후 함수비를 함께 쓴다.

계산 예제

예를 들어 두께 5m의 황토 지반에서 침수 전 간극비 0.90, 침수 후 0.70이 측정되었다.

간극비로 구하면 0.20을 1.90으로 나눈 값, 약 10.5%다.

시료 높이로 구한 값도 2.0mm를 20mm로 나눈 10%라서 두 값이 비슷하다.

CP가 10% 이상이므로 심각한 붕괴 지반으로 보고 대책을 검토해야 한다.

비교와 정리

붕괴성 지반은 팽창성 지반과 체적 변화 방향이 반대다.

팽창성 지반은 침수 시 체적이 늘고, 붕괴성 지반은 골격이 무너져 체적이 줄어든다.

답안에서는 원인, 시험법, 대책을 연결하고 시험 조건을 함께 적는다.

건조 시 안정, 침수 시 골격 붕괴로 침하가 급증하는 흙이라는 점이 핵심이다.