침하 문서 원본 보기

{{위키데이터 속성 추적}}
[[파일:Warehouse's base piles exposed by subsidence in Shiroishi, Saga 02.jpg|섬네일|500px|1966년부터 2004년까지 지반이 1.2m 침하하면서 [[말뚝기초]]가 드러난 일본 사가 현, 시로시 마을, 신타쿠의 농가
창고]]
'''침하'''(沈下)는 하중에 의해 [[지반]]이 가라앉는 현상이다.

== 종류 ==
* '''즉시침하'''(immediate settlement, S<sub>i</sub>) 또는 '''탄성침하'''(elastic settlement) : 흙 입자의 변형에 의해 발생. [[투수계수]] 큰 [[사질토]] 지반에서 주로 발생. 짧은 시간에 침하 완료됨. 연약한 포화점토 지반에서 상부구조물의 하중에 의해 전단변형이 일어나며 즉시침하가 발생하기도 함. [[함수비]] 변화 없음.
** 사질토 지반에서 지하수가 있든 없든 즉시침하가 발생하고 이는 전체 침하량과 동일
** 지하수 아예 없는 점토에서도 사질토 지반과 마찬가지로 즉시침하가 발생하고 이는 전체 침하량과 동일
** 포화 점토에서는 즉시침하가 발생하나, 하중 방향으로 찌그러들면서 옆으로 팽창하는 형태의, 전 체적 변화가 없는 즉시침하가 발생함. 즉시 침하량과 전체침하량은 다르다.
* '''[[압밀]]침하''' : 공극 내 물과 공기의 유출에 의한 체적 변화에 따라 발생. 상당한 시간 소요.
** '''1차 압밀침하'''(primary consolidation settlement, S<sub>c</sub>) : 공극수압 소산되기까지의 압밀침하
** '''2차 압밀침하'''(secondary consolidation settlement, S<sub>s</sub>) : 공극수압 소산 이후 계속되는 체적변화에 의한 압밀침하
[[파일:1, 2차 압밀.jpg|left|350px]]
{{-}}

== 직접 기초의 침하 ==
{{본문|기초#직접 기초의 침하}}
연속 기초 혹은 독립 기초의 침하량 S는 q<sub>net</sub>을 기초에 작용하는 순하중, E를 지반의 탄성계수, μ를 지반의 [[포아송 비]], I를 영향계수(기초 형상, 근입 깊이에 따른 값)라고 하면 다음과 같다.{{Sfn|이인모|2015|p=78}}
:<math>S = \frac{q_{net} B (1-\mu^2)}{E}I</math>
기초의 침하량에 영향을 미치는 변수들을 살펴보면 다음과 같다.{{Sfn|이인모|2015|p=79}}
* 기초 면적이 클수록 접지압은 작아지나<math>\left( q = \frac{P}{BL}\right)</math> 침하랑은 커진다.
* 연성 기초의 경우 접지압은 면적에 대해 일정한 분포를 가지나, 침하량은 중심부가 크고 가장자리가 작다.{{Sfn|권호진, 김동수, 박준범, 정성교|2015|p=114}}
* 콘크리트 기초같은 강성 기초의 경우 접지압은 면적에 대해 일정치 않으나, 침하량은 일정하다.{{Sfn|권호진, 김동수, 박준범, 정성교|2015|p=114}}
* 기초가 파묻혀 있는 경우가 지표면 위에 있는 경우보다 침하량이 작다.
* 지반의 탄성 계수 E가 침하량에 가장 큰 영향을 미친다.

=== 즉시침하와 압밀침하 ===
{{본문|기초#즉시침하와 압밀침하}}
모래 지반과 건조 점토 지반은 즉시침하(탄성침하{{Sfn|권호진, 김동수, 박준범, 정성교|2015|p=113}})가 전체침하와 같다. 하지만 포화 점토 지반은 즉시침하와 [[압밀]]침하를 더해야 전체침하가 된다. 즉시침하는 다음과 같이 계산한다. E<sub>u</sub>가 비배수 상태에서의 탄성계수, μ<sub>u</sub>를 지반의 비배수 상태에서 [[포아송 비]]라고 하면,
:<math>S_i = \frac{q_{net} B (1-\mu_u^2)}{E_u}I</math>
이때 <math>E_u = \frac{\Delta \sigma_d}{\epsilon_z}, \mu_u = -\frac{\epsilon_x}{\epsilon_z}=0.5</math>이며 삼축 압축 실험 중 비배수 실험을 통해 구한다. 축차응력 <math>\Delta \sigma_d = \sigma_1 - \sigma_3</math>이고, ε<sub>x</sub>는 횡방향 변형률, ε<sub>z</sub>는 연직방향 변형률이다.

정규압밀점토에서 압밀침하는 C<sub>c</sub>는 압축지수, Δσ는 연직응력의 증가량이라 할 때,{{Sfn|이인모|2015|p=80}}
:<math>S_c = \frac{C_c H}{1+e_0}\log\frac{\sigma_0' + \Delta \sigma}{\sigma_0'}</math>
한편 배수 조건에서의 지반 정수 E'과 μ'을 구할 수 있다면 포화 점토 지반이라고 하더라도 즉시침하와 압밀침하를 따로 구할 필요 없이 다음 식으로 전체 침하량을 구할 수 있다.
:<math>S = \frac{q_{net} B (1-\mu'^2)}{E'}I</math>
압밀 배수 삼축압축시험에서 <math>E' = \frac{\Delta \sigma_d}{\epsilon_z}, \mu' = -\frac{\epsilon_x}{\epsilon_z}</math>이다.{{Sfn|이인모|2015|p=81}}

=== 탄성침하 공식 ===
{{본문|기초#탄성침하 공식}}
근입 깊이 <math>D_f = 0</math>이고, 기초저면에서 암반까지의 거리가 무한대라고 가정할 때 탄성침하량(즉시침하량{{Sfn|권호진, 김동수, 박준범, 정성교|2015|p=113}})은 다음 식들로 나타난다. 모래 지반에서는 이 값이 전체 침하량이고 포화 점토지반에서는 즉시침하량을 의미한다.{{Sfn|이인모|2015|p=82}}{{Sfn|권호진, 김동수, 박준범, 정성교|2015|p=116}}
; 연성기초 모서리에서의 침하
:<math>S = \frac{q_{net} B (1-\mu^2)}{E}\frac{I}{2}</math>
; 연성기초 중심부 침하
:<math>S = \frac{q_{net} B (1-\mu^2)}{E}I</math>
; 연성기초 평균 침하
:<math>S = \frac{q_{net} B (1-\mu^2)}{E}I_{avg}</math>
; 강성기초 침하
:<math>S = \frac{q_{net} B (1-\mu^2)}{E}I_{rig}</math>

근입 깊이 <math>D_f \neq 0</math>인 경우는 근입 깊이에 따른 수정계수 C<sub>D<sub>f</sub></sub>를 최종적으로 곱해서 침하량을 계산한다. 이 수정계수는 [[포아송 비]] μ, 기초의 단변 길이(B)와 장변 길이(L), 근입 깊이 D<sub>f</sub>의 함수로 나타난다.{{Sfn|이인모|2015|p=85}}{{Sfn|권호진, 김동수, 박준범, 정성교|2015|p=117-118}}

== 같이 보기 ==
* [[기초]]
* [[압밀]]

== 각주 ==
{{각주}}

== 참고 문헌 ==
* {{서적 인용 |저자= 이인모|날짜= 2015|제목= 기초공학의 원리 |출판사= 씨아이알 |isbn= 979-11-5610-063-8 |ref=harv}}
* {{서적 인용 |저자1= 권호진 |저자2= 김동수 |저자3= 박준범 |저자4= 정성교|날짜= 2015|판=2 |제목= 기초공학 |출판사= 구미서관 |isbn= 978-89-8225-5854 |ref=harv}}
* {{서적 인용 |저자1=장병욱 |저자2=전우정 |저자3=송창섭 |저자4=유찬 |저자5=임성훈 |저자6=김용성 |날짜=2010 |제목=토질역학 |출판사=구미서관 |쪽=129 |isbn=978-89-8225-697-4 }}
* {{서적 인용 |저자1=김도열 |저자2=김석환 |저자3=기완서 |저자4=정상국 |저자5=이병철 |날짜=2009 |제목=알기쉬운 토질역학 |출판사=구미서관 |쪽=247 |isbn=978-89-8225-688-2 }}
* {{서적 인용|저자1=이인모|제목=토질역학의 원리|날짜=2014|출판사=씨아이알|isbn=9791156100096|판=2|ref=harv}}

== 외부 링크 ==
* {{위키공용분류-줄}}

{{전거 통제}}
{{토막글|지질학|공학}}

[[분류:지형학]]
[[분류:토질역학]]
[[분류:도시 문제]]