압밀도와 압밀침하량

압밀의 정의

압밀은 포화 점토에 하중이 가해졌을 때 체적이 줄어드는 현상이다.

압밀도 U는 과잉간극수압이 유효응력으로 바뀐 비율을 나타낸다.

압밀침하량은 그 과정에서 생기는 체적 감소에 따른 침하량이다.

압밀이 진행되는 원리

하중이 올라가면 점토 안에 먼저 과잉간극수압이 생겨 물이 하중을 나눠 받는다.

간극수가 배수층을 따라 빠져나가면 과잉간극수압이 소산된다.

그만큼 유효응력이 흙입자로 옮겨 가고, 간극비가 줄면서 침하가 생긴다.

따라서 침하는 즉시 일어나지 않고 배수 속도에 맞춰 시간에 따라 진행된다.

1차 압밀침하량 식

정규압밀 점토의 1차 압밀침하량은 이 식으로 구한다.

Cc는 압축지수, H는 점토층 두께, e0는 초기 간극비다.

로그 항은 최종 유효응력과 초기 유효응력의 비에 로그를 씌운 값이다.

로그 항의 응력 단위는 같아야 하므로 비로 계산한다.

평균압밀도와 소요 시간

평균압밀도 U는 시간 t의 침하량 St를 최종 침하량 Sc로 나눈 값이다.

U가 60% 이하일 때 시간계수는 Tv = π/4·U²로 구한다.

U 50%일 때 Tv는 0.197, 90%일 때 0.848, 95%일 때 1.129다.

소요 시간은 t = Tv·Hdr²/Cv로 구하고, 단위계를 하나로 맞춘다.

배수 조건과 배수 거리

배수 거리 Hdr은 간극수가 빠져나가는 가장 긴 경로다.

양면 배수는 위아래가 모두 배수층이므로 Hdr은 층 두께의 절반이다.

한면 배수는 배수 거리가 층 두께 H와 같다.

같은 Cv라도 배수 거리가 절반이면 시간은 네 배 빨라진다.

헷갈리는 점과 채점 포인트

시험에서 가장 흔한 실수는 배수 조건을 잘못 적용하는 것이다.

양면 배수면 배수 거리는 층 두께의 절반이고, 근사식은 U 60% 이하에서만 쓴다.

단위도 빠뜨리면 안 된다. 응력은 kN/m², 두께는 m로 맞춘다.

2차 압밀은 1차 압밀이 끝난 뒤 생기며, 과압밀 무기질토에서는 무시 가능하다고 명시한다.

정리

마지막으로 핵심 식을 정리한다.

소요 시간은 t = Tv·Hdr²/Cv로 구하고, 배수 조건으로 Hdr을 정한다.

압밀도와 압밀침하량은 침하량 예측과 공사 공정 계획을 함께 다루는 핵심 개념이다.