사질토와 점성토 전단강도

전단강도의 정의

전단강도는 흙이 미끄러져 무너지지 않으려고 버티는 힘이다.

모래는 알갱이가 맞물려 마찰이 주된 힘이고, 점토는 서로 달라붙는 점착이 주된 힘이다.

이 차이를 알아야 설계에 쓸 강도 정수를 고를 수 있다.

Mohr-Coulomb 파괴기준

전단강도는 Mohr-Coulomb 파괴기준식으로 나타낸다.

τf 는 전단강도, c′ 는 유효 점착력, σ′ 는 파괴면의 유효 수직응력, φ′ 는 유효 내부마찰각이다.

파괴포락선은 직선이며, 절편이 점착력, 기울기가 내부마찰각이다.

사질토의 전단강도

사질토는 입자가 굵고 투수성이 커서 배수가 빠르다.

그래서 간극수가 바로 빠져 나가 대부분 유효응력으로 해석한다.

조밀할수록 내부마찰각이 커지고, 전단 중 팽창하는 다일러턴시도 강도를 높인다.

사질토는 마찰이 지배하므로 유효응력 강도로 표현한다.

점성토의 비배수 강도

점성토는 투수성이 낮아 배수가 느리다.

하중이 가해지면 간극수압이 먼저 생겨서, 단기 안정은 비배수 조건으로 본다.

이때 강도는 비배수 강도 cu 로 나타내며, cu 는 일축압축강도 qu 의 절반이다.

예를 들어 qu 가 80 kPa 이면 cu 는 40 kPa 이다.

시험 방법과 흔한 실수

앞의 문제 답은 φu = 0 이다. 비배수 해석이므로 내부마찰각을 0으로 둔다.

시험은 배수 조건에 따라 나뉘며, 일축압축시험은 포화 점성토의 비배수 강도를 구한다.

일축압축시험은 소성지수 Ip 가 10 미만인 흙에는 적용할 수 없다.

흐트러진 시료는 강도가 작게 나오므로 시료 교란을 줄여야 한다.

정리

사질토는 유효응력의 φ′ 로, 점성토는 비배수 강도 cu 로 본다.

먼저 배수 조건을 판정하고, 그에 맞는 시험과 강도 정수를 고른다.

중요 구조물에는 삼축시험으로 강도 정수를 확인하는 것이 원칙이다.