흙(soil)의 성질(토질역학)

목차

Ⅰ. 흙(soil)의 성질
1. 토질역학이란
1.1 정 의
1.2 토질역학의 유래
1.3 흙의 거동

2. 흙의 특성
2.1 흙의 생성
2.2 흙의 특성
2.3 흙의 성질
2.4 흙과 관련된 공학적 문제
2.5 토질역학적 문제의 해결

3. 흙의 구성 및 성질
3.1 공극비(Void ratio)
3.2 공극률(Porosity)
3.3 포화도(Degree of Saturation)
3.4 함수비(Water content: KSF2306). 비중(Specific Gravity)
3.5 단위중량(Unit Weight)
3.6 상대밀도(Relative Density)
3.7 연경도(Atterberg Limits)
3.7.1 액성한계시험 KSF 2303
3.7.2 소성한계시험 KSF 2303
3.7.3 수축한계시험 KSF 2303
3.7.4 연경도지수
3.8 Plasticity(소성)
3.9 표면효과(Surface Effects)
3.10 비체적(Specific Volume υ)

본문내용

흙
- PI>500 순수한 montmorillonite점토
- Sand인 경우 PI=0 이므로 NP로 표현
제안
- Kenney(1959): 소성지수를 통하여 내부마찰각을 대략적으로 추정
- Skempton(1957): 정규압밀점토
- 김용필 (1995):
액성지수
LI,
LIquidity index
정의
흙이 액성과 소성상태로 존재할 수 있는 범위
수식
평가
LI≥1 : 액체 상태 LI≤1 : 소성상태
정규압밀점토
과압밀점토
초 예민 점토 Quick clay
연경지수
CI
Consistency index
정의
수식
평가
흙의 안정성을 판정

안 정
불안정
유동지수
FI
Flow index
정의
함수비의 변화에 따른 전단강도의 변화상태 및 안정성을 파악
수식
평가
FI= 10~20% 가 적당
터프니스지수
TI
Toughness index
정의
소성지수와 유동지수의 비
수식
평가
colloid가 많을수록 값이 크다.
0~3 : 보통점토 3~5 : 활성이 큰 점토
활성도
A
Activity
정의
점토의 소성지수는 흙 속의 점토분 함량에 직선적으로 비례한다고 추측하여 이 관계곡선의 기울기를 활성도라 정의(Skempton)
수식
평가
입경이 작을수록 표면적이 증가하므로 흡차되어 있는 수분은 흙 속의 점토입자 크기와 비례
점토의 팽창 가능성을 나타내는 지표로 사용
Kaolinite ≤0.75 :비활성점토(안정) Illite 0.75~1.25 : 보통점토(보통)
Montmorillonite ≥1.25 : 활성점토(불안정)
참 고
문 헌
토질물성치 관련자료, 지반Lab.
지반공학 및 응용, 세진사, 1995
3.8 Plasticity(소성)
1)정의: 소성이란 탄성한도를 초과하여 변형되면 마치 점성이 큰 유체와 같은 성질을 나타내며 Hook's law이 성립되지 않는 즉, 힘을 제거해도 원형으로 회복되지 않는 성질을 말함.
체적변화, 부서짐, 탄성적 반발없이 쉽게 변형할 수 있는 상태- 반죽상태이며 점성적 흐름은 없음.
2)소성도- 점성토의 특성을 파악하기 위한 것으로 흙의 물리적 매개변수사이의 상관관계를 이용 casagrand가 LL과 PI의 관계를 제안. 통일분류시 세립토 분류의 근거가 됨.
A선 무기질 실트와 무기질 점토를 구분.
U선 액성한계와 소성지수 관계의 상한선.
압축성 小 大
소성이 큰 투수성 小
무기질 점토大
중간압축성의
무기질점토 B-Line
높은 압축성의
무기질실트.유기질 점토
소성이 낮은
무기질점토 중간압축성의 무기질실토
유기질실트
액성한계 낮은 압축성 무기질
TIP. 소성이론
소성이론이란 고체일부의 응력상태가 재료고유의 항복조건에 도달하면, 항복조건은 응력에 대한 구속조건이 되어 응력은 구속조건을 만족하면서 변형을 일으키는 응력-변형률 관계를 갖는 역학체계이다.
이와같이 소성상태에 들어간 영역을 소성영역이라하며 소성영역에서는 외력의 증가에도 응력을 항복조건을 상회하지 않으며 항복조건을 만족하며 소성적인 변형이 진행되며 항복조건에 도달하지 않는 부분의 응력을 증가시키는 것으로 외력의 증가에 대응하고 소성영역에 생긴 소성변형은 응력이 항복조건을 만족하면서 재배분이 진행하는데 따라 발전한다.
따라서 각 응력단계에 대응하여 응력과 소성변형증분의 관계가 주어지며 해를 구하는데 있어 탄성이론에 비해 복잡하며 반복계산이 필요하므로 유한요소에 의한 수치해석으로 전산화되고 있다.
소성변형이란 점성유동과 같은 비가역적 거동의 하나로 시간요소와 관계가 없다는 것이 점성유동과 구별된다.
※항복조건: 항복이란 고체가 어느 응력상태에서 탄성적 성질을 잃고 소성상태로 들어가는 거동을 말하며 항복을 시작할때의 조건 즉, 항복이 생긴 이후 응력의 구속조건을 항복조건이라 한다. <지반공학의 기초이론, 황정규, pp.528-539>
통일분류법의 세립토 분류
Atterberg 한계가 A-Line 아래 or PI＜4 : GM Atterberg 한계가 A-Line 위 or PI＞7 : GC
Atterberg 한계가 A-Line 아래 or PI＜4 : SM Atterberg 한계가 A-Line 위 or PI＞7 : SC
Atterberg 한계가 4＜PI＜7 : CL - ML 이중부호를 사용하는 경계부분의 분류
3.9 표면효과(Surface Effects)
1)표면현상
토립자간의 상호작용과 토립자와 간극간의 상호작용이 입자의 표면을 통해 이루어 지는 현상.(강도는 입자의 비표면적에 의존)
2)표면효과
흙입자의 표면은 간극수 내의 전해질에 의해 달라지는 음전하를 갖고 있으며 이러한 표면전하는 입자의 자중에 기인하여 미립자 사이의 힘을 증가시킨다.
표면력은 광물의 종류와 전해질에 의한 표면적에 비례하며 자중은 입자의 부피에 비례한다.
표면효과는 거친입자에 비해 매끄러운 입자에서 더 중요하며 모래에 대해서는 무시되어도 좋으나 점토에 대해서는 흙의 거동측면에서 중요하게 작용한다.
3)비표면적
정의 : 단위질량(단위체적) 중에 포함되는 토립자의 총 표면적. -1g의 토립자의 총 표면적(1㎡/g).
특성 a. 토립자의 크기가 감소함에 따라 급격히 증가한다.
b. 비표면적이 클수록 입자의 표면현상이 활발하다.
c. 비표면적이 클수록 입자간의 상호작용이 강하게 된다.
이론식
4)Colloid이론
콜로이드란 입자의 거동이 중력보다 표면력에 의해 지배되는 입자로 1mm～1μm의 크기이며 비표면적의 하한계로 25㎡/g을 갖는다.
이 이론은 입자간의 작용력을 고찰할 수 있으므로 세립토의 근본거동을 이해하기 위해 사용된다.
3.10 비체적(Specific Volume υ)
1)정의 : 비중량의 역수로 유체의 단위중량이 차지하는 체적을 말함.
2)비체적의 표현 : 흙입자의 조밀함은 직접적으로 계산될 수는 없으나 아래의 식을 통해 비체적으로 표현될 수 있다.
3)모래에서의 비체적
거친입자의 모래나 자갈은 비표면이 작고 표면장력은 자중에 비해 무시할만큼 작다.
조밀한 상태 υ=1.35 느슨한 상태 υ=1.92
일반적으로 모래는 자연상태에서 1.3～2.0 범위에 존재한다.
4)점토에서의 비체적
점토에서는 비표면적이 상대적으로 크고 표면장력은 침강하는 동안 점토의 재배열에 영향을 미친다.

키워드

흙의 성질,   토질역학,   흙의 특성,   흙의 구성