사질토 전단저항각

전단저항각의 뜻

전단저항각은 흙이 전단될 때 발휘되는 마찰저항의 크기다.

사질토는 점착력이 거의 없어 강도가 대부분 마찰에서 나온다.

그래서 최대, 한계상태, 잔류 세 값으로 나누어 구분해야 한다.

세 가지 구성 성분

전단저항각은 입자 간 미끄럼, 파쇄·재배열, 체적팽창의 합으로 나타난다.

이 세 성분이 합쳐져 피크 전단저항각이 된다.

조밀한 모래는 체적팽창 저항이 커서 피크 강도가 크다.

피크 마찰각과 팽창각

피크 마찰각은 한계상태 마찰각에 팽창각을 더한 값으로 근사한다.

팽창각은 응력 수준이 높아질수록 줄어들고 상한은 약 20도 안팎이다.

구속응력이 클수록 팽창각이 작고, 밀도가 높을수록 다일러턴시가 커진다.

계산 예제

가상의 모래 사면을 예로 들어 값을 대입해 보자.

한계상태 값 32도에 팽창각 4도를 더하면 피크 값 36도가 된다.

이 피크 값은 초기 안정 검토에만 쓰고 기준은 32도로 잡는다.

이렇게 하면 파괴 후 강도 저하를 함께 반영할 수 있다.

세 가지 값 비교

세 값은 발현 시점과 체적 거동에 따라 구분한다.

최대 전단저항각은 다일러턴시가 더해져 세 값 중 가장 크다.

한계상태 전단저항각은 체적 변화가 없어 설계 기준값으로 자주 쓴다.

잔류상태 전단저항각은 대변형 후의 최소 값으로, 사면 활동 후 해석에 쓴다.

흔한 실수와 정리

앞 문제의 정답은 32도다. 팽창각이 0이면 피크 값은 한계상태 값과 같다.

가장 많이 틀리는 실수는 최대 값과 잔류 값을 같게 쓰는 것이다.

활용방안에서는 사면, 기초, 옹벽 등 해석 목적별 적용을 써야 한다.

잔류 강도는 링전단시험을 제시하면 가점이 된다.

해석 목적에 맞춰 세 값을 구분해 쓰는 것이 핵심이다.