Transcript 토질역학(2)

토질 역학
흙의 기본적 성질
주요내용
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흙의 구성
2
흙의 단위 중량(밀도)
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흙 비중
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상대 밀도
5
흙의 연경도
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연경도 지수
7
소성도표
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흙의 물리적 성질
흙의 구성
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흙의 삼상도
○ 물과 공기가 차지하는 부분 공극(=간극, void)
흙의 상대 정수
(1) 공극비(空隙比 ; void ratio) = 간극비(間隙比):
- 토립자 부분의 체적에 대한 공극의 체적비
(2) 공극률(孔隙率 ; porosity) = 간극률(間隙律)
- 흙 전체의 부피에 대한 공극의 체적에 대한 비를
백분율로 표시
흙의 상대 정수
(3) 함수비(含水比 ; water content)
- 흙 입자만의 무게에 대한 함유된 물의 무게를 백분율로 표시
(4) 함수율(含水率 ; ratio of moisture)
- 흙 전체에 대한 함유된 물의 무게를 백분율로 표시
(5) 포화도 (飽和度 ; degree of saturation)
- 공극의 체적에 대한 함유된 물의 체적에 대한 비를 백분율로 표시
상대 정수의 상호관계
(1) 공극비 (e) 와 공극률 (n)과의 관계
상대 정수의 상호관계
(2) 흙 전체의 무게(W)와 흙 입자 무게(W )의 관계
S
상대 정수의 상호관계
(3) 물 무게(W )와 흙 전체 무게(W)의 관계
W
상대 정수의 상호관계
(4) 포화도 (S)와 비중(G )의 상관 관계
S
상대 정수의 상호관계
(5) 체적변화와 공극비의 관계
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흙의 단위 중량 (밀도)
흙의 단위 중량 (밀도)
○ 어떤 상태에 있는 흙덩이의 무게를 이에 대응하는 부피로 나눈 값
흙의 단위 중량 (밀도)
○ 습윤 밀도(wet density)
- 흙 이 공기 중에 습윤 상태로 있을 때 단위 부피당 무게
○ 건조 밀도(dry density)
- 흙을 건조시켰을 때 단위 부피당 흙 입자만의 무게
흙의 단위 중량 (밀도)
○ 포화 밀도(saturated density)
- 포화도 S = 100%일 때의 단위 무게
○ 수중 밀도(submerged density)
-흙의포화밀도에서부력에해당하는만큼의물의무게를뺀값
흙 비중
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흙 비중
○ 어떤 온도에서 토립자의 단위중량과 같은 온도
또는15˚C의 증류수의 단위 중량과의 비
○ 겉보기 비중 (apparent specific gravity)
- 시료 전 중량에 대한 것
흙 비중
○ 진비중(ture specific gravity)
- 토립자 중량만에 대한것
○ 실험비중
상대 밀도
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○ 사질토가 느슨한 상태에 있는가 조밀한 상태에 있는가를
나타내는 것
○ 느슨하게 다지면 공극비 최대,
충분히 다지면 공극비 최소
상대 밀도 공식
○ 표준 관입 시험에서 N값을 구해 상대밀도를 추정함
○ 상대 밀도는 100%에 가까울수록 밀도가 크고, 0%에 가까울수록 느슨함
○ 상대 밀도는 모래 지반의 다짐 정도와 강도를 예측하는데 필요한 표현 방법
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흙의 연경도
○ 점착성이 있는 흙의 함수량이 차차 감소하면
액성상태  소성상태  반고체상태 
고체상태로 변하는 성질
액성 한계(liquid limit) : W
L
○ 액체상태에서 소성상태로 변할 때의 함수비
○ 반죽된 흙의 함수비를 달리하여 각 함수비에 대한 낙하
횟수와의 관계를 반대수 용지상에 plot하여 타격 횟수
25회에 대한 함수비를 구하면 이것이 액성한계임
- 액성 한계가 크면 수축, 팽창이 큼
- 유동 곡선은 점토 함유율이 증가할수록 완만
- 점토분을 많이 함유하면 액성 한계, 공극비가 큼
- 액성 한계가 크면 습윤 밀도, 건조 밀도는 작아짐
- 액성 한계에서는 모든 흙의 강도가 거의 같은 값
액성 한계(liquid limit) : W
액성 한계 시험 장치
시험전
L
측면도
정면도
시험후
액성 한계 유동 곡선
소성 한계(plastic limit) : W
P
○ 흙을 유리판 위에서 지금 3mm가 되도록 줄모양으로
늘였을 때 잘라지려는 상태의 함수비
○ 흙이 소성상태에서 반고체상태로 옮겨지는 한계
- 소성 한계는 소성상태에서 가장 작은 함수비를 가짐
- 흙의 역학적 성질을 추정할 때 예비적 자료로 이용함
- 소성 한계에서는 각종 흙의 강도가 서로 다른 것이 보통
수축 한계(shrinkage limit : W
S
○ 시료를 건조시켜서 함수비를 감소시키면 흙은 수축해서
부피가 감소 하지만 어느 함수비 이하에서는 부피가
변화하지 않는데 이때의 최대 함수비를 수축한계라 함
수축 한계(shrinkage limit) : W
(3) 흙 비중
(4) 체적 변화
(5) 선수축
S
연경도 지수
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소성 지수 (plasticity index) : IP, PI
○ 액성 한계와 소성 한계의 차이
- IP = WL – WP
○ 흙의 성질을 개략적으로 판별하는 데 주요한 지표가 됨
○ 액성한계와 함께 세립토의 분류에 이용
○ 비소성(non plastic ; NP)
- 함수비의 변함에 비례하여 체적이 변하지도 않아
소성 한계를 결정할 수 없는 흙
액성 지수(liquiduty index) : IL
○ 자연상태에 있는 흙의 함수비에서 소성 한계를 뺀 값을
소성 지수로 나눈 값
○ 액성지수가 0에 가까울수록 안정된 상태
액성 지수(liquiduty index ; IL)
액성 상태
1<IL
소성 상태
0<IL<1
반고체, 고체 상태
IL<0
(1) IL은 0에 가까울수록 안정적이고, 1에 가까울수록 불안정함
(2) IL = 1 : 정규 압밀 점토이며 액성 한계에 있음
(3) IL = 0 : 과압밀 점토이며 자연 함수비가 소성 한계에 있음
(4) IL > 1 : 정규 압밀 점토로 극히 예민한 점토
(5) IL ≤ 0 : 과압밀 점토이거나 염류가 용탈된 점토
연경도 지수
○ 수축 지수 (shrinkage index ; I )
s
- 소성 한계와 수축 한계의 차
- IS = WP – WS
○ 연경 지수(consistency index ; I )
C
- 액성 한계와 자연 함수비와의 차에 대한 소성 지수와의
비로 점성토에 있어서 상대적인 굳기를 나타냄
연경도 지수
(1) IC ≥ 1 : 안정한 상태의 흙
① IC = 1 이면 성토 다짐에 양호한 흙
② IC 가 1에 가까울수로 안정적
(2) IC ≤ 0 : 불안정한 상태의 흙
① IC 가 0에 가까울수록 불안정하고 유동 가능성이 큼
② IC = 0%면 함수비가 소성 한계와 같음
유동 지수 (Flow Index, If)
터프니스 지수(toughness index) ; I
f
○ 소성 지수와 유동 지수의 비로 소성 한계에 있는 흙의
전단 강도
(1) colloid 가 많이 함유된 흙일수록
터프니스 지수가 커짐
(2) clay : 0~3, 활성이 큰 점토 It = 5
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소성도표
○종축의 소성 지수(IP)와 횡축의 액성한계( WL )인 흙의 성질
(점성토의 소성, 압축성, 투수성)로부터 개략 흙을 분류
하는 방법
A선
(1) 주어진 A선 아래에 액성한계와 소상한계가
있다면 실트(M) 또는 유기질토(O)
(2) 주어진 A선 위에 액성 한계와 소성 한계가
있다면 점토( C )
(3) 액성 한계와 소성 지수가 A선 위에 있고 소성
지수가 4 이하는 ML,7 이상이면 CL로 구분하고
빗금 친 구역 안에 들어가면 CL – ML로 분류 함
소성도표의 특징
(1) 소성 지수와 액성 한계가 큰 흙은 점토와
콜로이드 크기의 입자 함량이 많음
(2) 소성 지수와 액성 한계가 큰 흙은 지반이 약한
흙으로 기초에 적합하지 않음
(3) 소성 지수와 액성 한계가 큰 흙은 함수량에 따라
체적 변화에 민감한 흙
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흙의 물리적 성질
함수 당량 (Moisture equivalent)
○ 흙의 보수력을 판정하는 기준
○ 투수성, 팽창성, 동상성 등을 추정
(1) 원심 함수당량(CME)
물로 포화되어 있는 흙이 중력의 1,000배와 같은 힘
(원심력)을 1시간 동안 받은 후의 시료의 함수비
함수 당량
① 점토가 많을수록 함수당량이 커짐
② 원심 함수당량(CME)이 12% 이상이면 불투수성
재료로 볼 수 있음
③ 원심 함수당량이 큰 흙일수록 보수력이 큼
토질
모래
사질룸
점토
CME
3~4%
5~12%
50% 이내
(2) 현장 함수 당량(FME)
- No.40체를 동과한 대표적인 시료
- 습윤상태로 한후 표면을 평활하게편다음 흙의 표면에
한방울의 물을 떨어 뜨렸을 때 30초 이내에 없어지지 않고
표면이 광택을 띄운 채로 물이 번저갈 때의 함수비
팽창 작용
○ 건조상태에 있는 흙에 수분을 가하면 체적이 팽창하는 현상
(1) bulking : 모래 속의 물이 표면 작용으로 팽창하는 현상
(2) swelling : 점성토가 흡수로 인해 팽창하는 현상
비화 작용
○ 비화 작용
- 점토 덩어리는 재차 물을 흡수하면 토립자간의 결합력이
감소되어 붕괴하게 되는 현상
- 점토 물 흡수 (고체  반고체  소성  액성) 거치지 않고
갑자기 붕괴되는 현상