토질 역학 흙의 기본적 성질

주 요 내 용 1 흙의 구성 2 흙의 단위 중량(밀도) 3 흙 비중 4 상대 밀도 5 흙의 연경도 6 연경도 지수 7 소성도표 8 흙의 물리적 성질

1 흙의 구성 흙의 삼상도 ○ 물과 공기가 차지하는 부분 공극(=간극, void)

(1) 공극비(空隙比 ; void ratio) = 간극비(間隙比): 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(WS)의 관계

상대 정수의 상호관계 (3) 물 무게(WW)와 흙 전체 무게(W)의 관계

상대 정수의 상호관계 (4) 포화도 (S)와 비중(GS)의 상관 관계

상대 정수의 상호관계 (5) 체적변화와 공극비의 관계

2 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 포화 밀도에서 부력에 해당하는 만큼의 물의 무게를 뺀 값 흙의 단위 중량 (밀도) ○ 포화 밀도(saturated density) - 포화도 S = 100%일 때의 단위 무게 ○ 수중 밀도(submerged density) - 흙의 포화 밀도에서 부력에 해당하는 만큼의 물의 무게를 뺀 값

흙 비중 또는15˚C의 증류수의 단위 중량과의 비 3 흙 비중 ○ 어떤 온도에서 토립자의 단위중량과 같은 온도 ○ 겉보기 비중 (apparent specific gravity) - 시료 전 중량에 대한 것

흙 비중 ○ 진비중(ture specific gravity) - 토립자 중량만에 대한것 ○ 실험비중

4 상대 밀도 ○ 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

5 흙의 연경도 ○ 점착성이 있는 흙의 함수량이 차차 감소하면 액성상태  소성상태  반고체상태  고체상태로 변하는 성질

액성 한계(liquid limit) : WL ○ 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) : WL 액성 한계 시험 장치 측면도 정면도 시험전 시험후

액성 한계 유동 곡선

소성 한계(plastic limit) : WP ○ 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 : WS ○ 시료를 건조시켜서 함수비를 감소시키면 흙은 수축해서 부피가 감소 하지만 어느 함수비 이하에서는 부피가 변화하지 않는데 이때의 최대 함수비를 수축한계라 함

수축 한계(shrinkage limit) : WS (3) 흙 비중 (4) 체적 변화 (5) 선수축

소성 지수 (plasticity index) : IP, PI 6 연경도 지수 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 < I L 소성 상태 0 < I L < 1 반고체, 고체 상태 I L < 0

○ 수축 지수 (shrinkage index ; Is) 연경도 지수 ○ 수축 지수 (shrinkage index ; Is) - 소성 한계와 수축 한계의 차 - IS = WP – WS ○ 연경 지수(consistency index ; IC) - 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

유동 지수 (Flow Index, If)

터프니스 지수(toughness index) ; If ○ 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

7 소성도표 ○ 종축의 소성 지수(IP)와 횡축의 액성한계( WL )인 흙의 성질 (점성토의 소성, 압축성, 투수성)로부터 개략 흙을 분류 하는 방법

A 선 (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

함수 당량 (Moisture equivalent) 8 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 (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 토질 모래 사질룸 점토 CME 3~4% 5~12% 50% 이내

○ 건조상태에 있는 흙에 수분을 가하면 체적이 팽창하는 현상 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