점토 전단강도

점토 전단강도의 정의

점토의 전단강도는 흙이 전단 파괴될 때 활동면에 작용하는 최대 전단응력이다.

Mohr-Coulomb 이론에 따르면 점착력과 마찰저항의 합으로 정의된다.

점토는 입자가 가늘고 물을 많이 품고 있어 같은 흙이라도 배수 조건에 따라 강도가 크게 달라진다.

간극수압과 유효응력

간극수압이 발생하면 전응력이 아니라 유효응력을 대입한다.

유효응력은 전응력에서 간극수압을 뺀 값이다.

같은 전응력이라도 간극수압이 커지면 전단강도는 줄어든다.

배수 조건과 두 가지 강도

점토는 배수 조건에 따라 두 가지 강도로 구분한다.

배수가 허용되지 않는 상태에서 얻는 값이 비배수 전단강도 c_u다.

비배수 전단강도는 급속 성토나 굴착 직후의 단기 안정 해석에 쓴다.

배수 전단강도는 장기 안정 해석에 쓴다.

체적 변화와 간극수압

전단 중 점토 구조가 압축되면 양의 간극수압이 생긴다.

그러면 유효응력이 줄어 강도가 낮아진다.

반대로 팽창하면 음의 간극수압이 생겨 유효응력이 늘어 강도가 커진다.

따라서 비배수 강도는 체적 변화 경향에 따라 배수 강도보다 크거나 작을 수 있다.

시험 방법별 강도 정수

실내시험은 배수 조건과 구속압력을 재현하는 방식에 따라 나뉜다.

일축압축은 구속압력이 0이므로 UU 조건과 같다.

UU 삼축은 비배수 c_u를, CU와 CD 삼축은 유효응력 강도 정수 c′와 φ′를 구한다.

일축압축은 간단하지만 시료 교란과 시험 속도에 민감하다.

액성지수 예제

자연함수비 45%, 소성한계 25%, 액성한계 60%인 점토로 계산해 보자.

먼저 소성지수 IP는 액성한계에서 소성한계를 뺀 값이다.

IP는 60에서 25를 뺀 35%다.

액성지수 IL은 자연함수비에서 소성한계를 뺀 값을 IP로 나눈 것이다.

정답 확인과 핵심 정리

정답은 0.57이다. IL이 0.57이라 소성 상태와 액성 상태의 중간이다.

액성지수가 클수록 비배수 강도는 작아진다.

전단강도는 유효응력과 배수 조건으로 해석하며 단기는 비배수, 장기는 배수 강도를 쓴다.

흙의 종류보다 시험 조건과 상태가 강도를 바꾼다는 점을 기억한다.