포화점토 사면의 시간효과

정의

포화점토 사면의 시간효과는 시간이 지나며 간극수압이 변해 안전율이 바뀌는 현상이다.

과잉간극수압은 포화토에 추가응력이 가해질 때 간극수가 떠맡는 초과 수압이다.

점토는 투수계수가 작아 압밀이 수개월에서 수년에 걸쳐 진행된다.

핵심은 간극수압이 빠지는 동안 흙의 강도도 함께 변한다는 점이다.

시간에 따른 변화

굴착이나 성토로 하중이 바뀌면 흙 속의 물이 먼저 하중을 떠받친다.

완공 직후 과잉간극수압이 최대가 되고, 이후 배수되며 점차 소산된다.

간극수압이 줄면 유효응력이 늘고, 그에 따라 전단강도가 회복된다.

시간에 따라 안전율이 어떻게 변하는지가 이 개념의 핵심이다.

안전율과 강도식

안전율은 전단강도를 전단응력으로 나눈 값이다. 1.0 미만이면 파괴가 예상된다.

비배수 해석은 전단강도를 비배수 강도 c_u로 두고 단기 안정을 본다.

배수 해석은 유효응력으로 전단강도를 구한다. 간극수압 u가 커질수록 전단강도는 줄어든다.

배수 조건별 시험

배수 조건에 따라 같은 흙이라도 얻는 강도 정수가 달라진다.

UU 시험은 간극수가 빠지지 않는 조건이라 비배수 전단강도를 얻는다.

CU 시험은 압밀 후 전단하며, 수위 급강하처럼 간극수압이 남은 상황에 쓴다.

CD 시험은 배수가 충분하므로 유효응력 강도가 곧 전단강도가 된다.

성토와 절토 비교

성토 사면은 완공 직후 과잉간극수압이 최대가 되어 단기 안정이 위험하다.

절토 사면은 굴착으로 응력이 풀리면서 부의 간극수압이 생긴다.

시간이 지나 수압이 회복되면 절토 사면의 안전율은 장기에 떨어진다.

이 한 줄이 채점에서 점수가 되는 핵심이다.

정리와 직접 풀기

정리하면 단기는 비배수 강도, 장기는 유효응력 강도로 검토한다.

수위 급강하 때는 상류 사면을 CU 시험 강도로 검토한다.

절토 사면은 단기보다 장기에 안전율이 낮아지는 경우가 많다.

직접 풀어 보자.

정답은 장기다. 굴착 후 수압이 회복되면서 안전율이 낮아진다.