응력경로

응력경로란

응력경로는 흙요소의 응력 상태가 하중을 받으며 p-q 평면 위를 이동한 궤적이다.

응력 상태 하나는 좌표 위의 점이고, 그 점들을 이은 선이 응력경로가 된다.

실내 삼축시험 결과를 현장의 응력 변화와 연결하는 기본 도구다.

p-q 좌표와 두 경로

응력경로는 평균응력 p와 전단응력 q로 나타내는 것이 일반적이다.

평균응력 p는 두 주응력의 평균이고, 전단응력 q는 축차응력의 절반이다.

응력경로는 전응력 경로와 유효응력 경로로 나뉜다. 두 경로의 차이는 과잉간극수압이다.

배수 조건에 따른 경로

배수 조건에 따라 전응력 경로와 유효응력 경로의 모양이 달라진다.

배수 전단에서는 간극수 배출로 간극수압이 일정해서 두 경로가 같다.

비배수 전단에서는 체적이 일정해 과잉간극수압이 생기고 두 경로가 갈라진다.

정규압밀과 과압밀 점토

같은 점토라도 정규압밀과 과압밀은 CU 시험에서 응력경로 모양이 다르다.

정규압밀 점토는 수축하려는 성질 때문에 간극수압이 올라가고 유효응력이 줄어든다.

과압밀 점토는 팽창하려는 성질 때문에 간극수압이 내려가고 유효응력이 늘어난다.

그래서 두 점토의 유효응력 경로는 서로 반대 방향으로 휘어진다.

계산 예제: 과잉간극수압

과잉간극수압은 Skempton 계수 Af로 구할 수 있다.

포화 시료이므로 B는 1이다. 구속응력 증분은 0으로 둔다.

Af가 0.5, 축차응력 증분이 120kPa이면 과잉간극수압은 60kPa이다.

60kPa는 축차응력의 절반이며, Af가 0과 1 사이에 있어 상식 범위다.

직접 풀기 정답과 시험 방식

시험에 자주 나오는 방식은 시험별 응력경로를 그리고 현장 파괴 경로를 설명하는 것이다.

답안은 배수 조건을 먼저 구분하고, 전응력 경로와 유효응력 경로를 차례로 그린다.

정규압밀과 과압밀 시료의 파괴 응력경로 위치를 구분해야 감점을 피한다.

정리

정리한다. 응력경로는 응력 상태의 변화를 잇는 궤적이다.

배수 시험은 두 경로가 같고, 비배수 시험은 과잉간극수압 때문에 달라진다.

응력경로 해석의 핵심은 전응력 경로와 유효응력 경로를 함께 그리는 것이다.