삼축압축시험

삼축압축시험이란

삼축압축시험은 원주형 흙 시료를 전단파괴시켜 강도정수를 구하는 실내 시험이다.

구속압력을 먼저 가한 뒤 축하중을 늘려 파괴시키고, 배수 조건에 따라 c와 φ를 구한다.

이 장에서는 시험의 원리와 UU, CU, CD의 차이를 차례로 살펴본다.

구속압력과 축차응력

구속압력 σ₃를 먼저 가하고, 그 상태에서 축하중을 더해 흙을 파괴시킨다.

파괴 순간의 최대주응력 σ₁에서 σ₃를 뺀 값이 축차응력 σd이다.

전응력 해석은 이 값을 그대로 쓰고, 유효응력 해석은 간극수압 u를 뺀다.

포화된 흙에서 간극수압은 유효응력의 크기를 바꾸는 가장 큰 요인이다.

UU, CU, CD 세 가지 유형

삼축압축시험은 압밀과 배수 조건의 조합에 따라 UU, CU, CD로 나뉜다.

UU는 압밀 없이 비배수 전단하며, 간극수압을 측정하지 않아 전응력 해석에만 쓴다.

CU는 압밀 후 비배수 전단하며, 간극수압을 측정하면 유효응력 강도정수를 얻는다.

CD는 압밀 후 배수 전단하며, 과잉간극수압이 거의 없어 전응력과 유효응력 강도가 같다.

배수 조건을 잘못 고르면 설계에 쓸 강도정수가 달라지므로 목적에 맞게 골라야 한다.

포화 확인과 간극수압계수

시험 신뢰도의 출발점은 공시체가 충분히 포화되었는지 확인하는 것이다.

간극수압계수 B가 거의 1에 가까우면 포화가 충분하다고 본다.

파괴 시 간극수압계수 A_f는 과잉간극수압을 축차응력으로 나눈 값이다.

포화가 부족하면 간극수압 측정값이 실제와 어긋나 유효응력 해석이 틀어진다.

계산 예제

구속압력 200 kN/m²에서 파괴 시 전응력과 유효응력 주응력을 구한다.

축차응력은 σ₁에서 σ₃를 뺀 값이고, 유효응력은 간극수압 u_f를 빼서 구한다.

유효 점착력을 0으로 가정하면 sin φ′는 유효 주응력의 차를 합으로 나눈 값이다.

구한 φ′가 20~40도 범위의 점토 값인지 확인하는 것이 검산이다.

헷갈리는 점과 채점 포인트

시험 종류를 혼동하는 것이 가장 흔한 실수다.

UU는 비압밀비배수 시험이므로 전응력 강도정수 c_u, φ_u만 얻는다.

CU와 CD는 압밀 후 전단하므로 유효응력 강도정수를 구할 수 있다.

전응력 경로와 유효응력 경로는 간극수압이 생기면 서로 다른 선을 그린다.

정리

마지막으로 핵심을 정리한다.

삼축압축시험은 구속압력을 가한 상태에서 축차응력을 늘려 파괴시키는 시험이다.

시험 종류, 포화 확인, 배수 조건을 함께 챙기면 설계 강도정수를 올바르게 고를 수 있다.