GeoWith 500 프로젝트 스무 번째 이야기입니다. 지난 회차에서 암반분류를 다뤘다면, 오늘은 흙의 강도를 정량화하는 대표 실내시험, 삼축압축시험과 전단강도정수 산정을 살펴보겠습니다. 사면·기초·옹벽 설계 모두 이 강도정수에서 출발합니다.
삼축압축시험과 전단강도정수 산정
1. 전단강도정수란
전문가를 위한 정의
전단강도정수는 흙이 전단파괴에 저항하는 능력을 나타내는 값으로, 점착력(c)과 내부마찰각(φ)으로 구성되며 Mohr-Coulomb 파괴기준의 핵심 변수입니다.
초보자를 위한 설명
흙이 얼마나 "버티는 힘"이 있는지를 숫자로 나타낸 것입니다. 이 숫자를 알아야 사면이 무너지지 않을지, 기초가 가라앉지 않을지 계산할 수 있습니다.
2. 삼축압축시험이란
삼축압축시험(triaxial compression test)은 원통형 공시체에 측방구속압(σ3)을 가한 상태에서 축하중을 증가시켜 파괴시키는 시험으로, 다양한 구속압 조건에서의 흙의 거동을 재현할 수 있습니다.
3. 삼축압축시험의 종류
| 시험 종류 | 배수 조건 | 적용 상황 |
|---|---|---|
| UU시험(비압밀 비배수) | 압밀·배수 모두 허용 안함 | 시공 직후 단기 안정 검토 |
| CU시험(압밀 비배수) | 압밀 허용, 전단 시 배수 안함 | 압밀 후 급속 재하 조건 |
| CD시험(압밀 배수) | 압밀·배수 모두 허용 | 장기 안정, 배수 조건 검토 |
4. 시험 결과 해석 - Mohr원과 파괴포락선
여러 구속압 조건에서 얻은 파괴 시점의 응력을 Mohr원으로 그리고, 이 원들에 접하는 직선(파괴포락선)을 구하면 그 직선의 절편이 점착력(c), 기울기가 내부마찰각(φ)이 됩니다.
5. 간극수압과 유효응력
포화된 흙에서는 전단강도가 전응력이 아닌 유효응력에 지배됩니다. CU시험에서는 간극수압을 측정해 유효응력 기준 강도정수(c′, φ′)를 별도로 산정할 수 있습니다.
6. 시험 시 유의사항
공시체 교란 최소화: 채취·성형 과정에서 시료 교란이 발생하면 강도가 왜곡됩니다. 배압 포화: 시험 전 공시체를 충분히 포화시켜야 정확한 간극수압 측정이 가능합니다. 구속압 범위 설정: 실제 현장 응력 범위를 포함하도록 최소 3개 이상의 구속압 조건에서 시험해야 합니다.
- 전단강도정수는 점착력(c)과 내부마찰각(φ)으로 구성
- 삼축압축시험은 측방구속압 하에서 축하중을 가해 파괴시키는 시험
- UU, CU, CD시험은 배수조건과 적용상황이 다름
- Mohr원의 파괴포락선에서 c, φ를 구함
- 포화토는 유효응력이 전단강도를 지배하며, CU시험에서 c′, φ′ 산정 가능
- 시료교란 방지와 배압포화가 시험 신뢰도의 핵심
오늘은 전단강도정수의 개념부터 삼축압축시험의 종류, 결과 해석, 유효응력 개념까지 다뤄봤습니다. 이 강도정수는 사면안정, 기초설계, 옹벽설계 등 지반공학 전반의 기초 자료가 되는 만큼 정확한 시험과 해석이 중요합니다. 다음 회차에서도 실무에 유용한 지반공학 이야기로 찾아뵙겠습니다!
옹벽 설계에서 반드시 확인해야 할 3대 안정조건과 검토 방법을 다룰 예정입니다.
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