압밀침하량

압밀침하량의 정의

압밀침하량은 포화 점성토가 하중을 받아 간극수가 빠져나가며 생기는 체적 감소 침하다.

흙 알갱이는 거의 줄지 않는다. 줄어드는 것은 알갱이 사이의 간극이고, 간극비가 감소하면서 지반이 가라앉는다.

처음 빠르게 가라앉는 구간이 1차 압밀이고, 1차 압밀침하량이 이 장의 계산 대상이다.

유효응력과 간극비

하중이 가해지면 간극수가 빠져나가고, 그만큼 흙 입자가 받는 유효응력이 커진다.

유효응력이 커지면 간극비가 줄고, 지반이 조금씩 가라앉는다.

기본 원리는 유효응력 식 σ' = σ − u 이다. 간극수압이 0이 되면 1차 압밀이 끝난다.

이후 선행압밀응력과 현재 유효응력을 비교해 식을 고른다.

정규압밀과 과압밀 판정

판정은 선행압밀응력 σ'p와 현재 유효응력을 먼저 비교하는 것이 순서다.

과압밀비는 OCR = σ'p / σ'0 이다. 정규압밀이면 두 응력이 같은 상태다.

최종 유효응력 σ'f 가 σ'p 이하이면 Cr 항만 쓴다.

σ'f 가 σ'p 를 넘으면 Cr 항과 Cc 항을 나눠 합산한다.

예제 계산

예제로 확인한다. 점토층 두께 4 m, 초기 간극비 1.2, Cc 0.3, Cr 0.05이다.

현재 유효응력 100 kPa, 선행압밀응력 150 kPa, 최종 유효응력 180 kPa이다.

최종 응력이 선행압밀응력을 넘으므로 재압축 구간과 초기압축 구간을 나눈다.

재압축 구간은 0.016 m, 초기압축 구간은 0.043 m다.

두 값을 합하면 약 0.059 m, 즉 약 59 mm다.

정규압밀 가정과 비교

같은 점토층이라도 정규압밀로 보면 약 139 mm가 나온다.

과압밀로 보면 약 59 mm로, 정규압밀 결과의 약 40% 수준이다.

같은 응력 증분이라도 과압밀이면 재압축 구간만 지나므로 침하가 크게 준다.

그래서 과압밀 여부 판정이 침하량 계산의 출발점이 된다.

정답은 1.5다. 선행압밀응력이 현재 유효응력보다 크므로 과압밀이다.

시험 감점 포인트

가장 많이 나오는 감점은 OCR 판정 착오다. 판정 없이 식을 고르면 안 된다.

수중 단위중량 γ' = γsat − γw 를 써야 한다. 습윤 단위중량을 넣으면 유효응력이 과대 계산된다.

점토층이 두꺼우면 여러 층으로 나눠 계산하는 것이 원칙이다.

교란 시료는 σ'p를 작게 보여 침하를 과대평가하게 한다.

정리

정리한다. 정규압밀이면 Cc 항 하나만 쓴다.

과압밀이고 최종 응력이 선행압밀응력 이하이면 Cr 항만 쓴다.

최종 응력이 선행압밀응력을 넘으면 Cr 항과 Cc 항을 합산한다.