토질역학 문서 원본 보기

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'''토질역학'''(土質力學, {{llang|en|soil mechanics}})은 [[지반]] 또는 [[흙]]을 공사재료로 이용하는 측면에서 [[역학 (물리학)|역학]], [[수리학]], [[화학]] 등의 원리를 응용하여 흙의 역학적 거동을 해석하는 학문이다.{{Sfn|장병욱|전우정|송창섭 |유찬 |2010 |p=1}}

== 삼상관계 ==
[[파일:Soilcomposition.png|right|섬네일|400px|흙덩이 구조에서 첨자 s는 흙 입자, w는 물, a는 공기를 의미한다. 위와 같은 그림을 '''삼상도'''라고 한다.]]
토질역학에서는 흙이 물, 공기, 흙 입자 세 가지로 이루어져있다고 본다. 이들의 비율에 따라 흙의 역학적 특성이 달라진다. 물과 공기가 차지하는 부분은 '공극' 또는 '간극'이라고도 한다.{{Sfn|장병욱|전우정|송창섭 |유찬 |2010 |p=25}}

=== 공극비 ===
{{본문|간극비}}
토질역학에서 간극비 e는 흙 입자의 부피에 대한 간극 즉, 물과 [[공기 (기체)|공기]]의 부피의 비로 정의된다.{{Sfn|장병욱|전우정|송창섭 |유찬 |2010 |p=26}}
:<math>e = \frac{V_v}{V_s}</math>

=== 공극률 ===
{{본문|공극률}}
공극률 n은 흙 전체의 부피 V와 공극만의 부피 V<sub>v</sub>로부터, 다음과 같이 정의된다.{{Sfn|장병욱|전우정|송창섭 |유찬 |2010 |p=27}}
:<math>n = \frac{V_v}{V}\times 100 (\%)</math>

=== 포화도 ===
포화도 S는 물이 차지하는 부피 V<sub>w</sub>와 공극의 부피 V<sub>v</sub>로부터 다음과 같이 정의된다.{{Sfn|장병욱|전우정|송창섭 |유찬 |2010 |p=27}}
:<math>S = \frac{V_w}{V_v}\times 100 (\%)</math>

=== 함수비 ===
함수비 ω는 흙 입자 중량 W<sub>s</sub>와 물의 중량 W<sub>w</sub>를 이용해 다음과 같이 정의한다.{{Sfn|장병욱|전우정|송창섭 |유찬 |2010 |p=27}}
:<math>\omega = \frac{W_w}{W_s}\times 100 (\%)</math>

=== 진비중 ===
흙의 진비중 G<sub>s</sub>는 흙의 입자 단위중량 γ<sub>s</sub>(또는 입자 밀도 ρ<sub>s</sub>)와 4°C 물의 단위중량 γ<sub>w</sub>(또는 물 밀도 ρ<sub>w</sub>)를 이용해 다음과 같이 정의한다. 그냥 비중이라고 하기도 한다.{{Sfn|장병욱|전우정|송창섭 |유찬 |2010 |p=28}}
:<math>G_s = \frac{\gamma_s}{\gamma_w} = \frac{\rho_s g}{\rho_w g} = \frac{\rho_s}{\rho_w}</math>

=== 비중, 함수비, 포화도, 공극비 관계식 ===
:<math>G_s \omega = S e</math>

위의 관계식들을 통하여 삼상도에서 V<sub>s</sub> = 1이라고 볼 경우, 삼상도의 각 요소들은 다음과 같이 요약할 수 있다.<ref>{{서적 인용|저자1=임진근|저자2=정대석|저자3=허경한|저자4=이동현 |제목=토목기사 과년도 - 토질 및 기초 |날짜=2015 |출판사=성안당 |isbn=9788931568110 |쪽='''2'''-16}}</ref>
* <math>V_w = \frac{S\cdot e}{100}</math>
* <math>V_v = e</math>
* V = 1 + e
* <math>W_s = G_s \gamma_w</math>
* <math>W_w = \frac{S\cdot e}{100} \gamma_w</math>
* <math>\left( G_s + \frac{S\cdot e}{100} \right) \gamma_w</math>

=== 단위중량 ===
흙 시료에 물이 포함되었는가, 수중에 흙 시료가 있는가 등 상황에 따라 단위중량은 여러 가지로 정의된다.

; 전체단위중량(total unit weight), 또는 습윤단위중량(moist unit weight)<math>\gamma_t = \frac{W}{V} = \frac{W_s + W_w}{V} = \frac{W_s (1 + W_w/W_s)}{V} = \frac{W_s (1+\omega)}{V} = \frac{G_s + Se}{1+e} \gamma_w</math>
공기중에 있는 습윤상태의 흙 시료 단위중량을 전체단위중량 또는 습윤단위중량이라고 한다.{{Sfn|장병욱|전우정|송창섭 |유찬 |2010 |p=30}}


; 건조단위중량(dry unit weight)
;<math>\gamma_d = \frac{W_s}{V} = \frac{G_s \gamma_w}{1+e} = \frac{\gamma_t}{1+\omega}</math>
건조되어 물이 없는 경우의 흙 시료 단위중량을 건조단위중량이라고 한다.{{Sfn|장병욱|전우정|송창섭 |유찬 |2010 |p=30}}


; 포화단위중량(saturated unit weight)
;<math>\gamma_{sat} = \frac{W}{V} = \frac{W_s + W_w}{V} = \frac{G_s \gamma_w + \omega G_s \gamma_w}{1+e} = \frac{G_s \gamma_w + S e \gamma_w}{1+e} = \frac{G_s + e}{1+e}\gamma_w</math>
공극이 모두 물로 채워져 있을 때 단위중량을 포화단위중량이라고 한다.{{Sfn|장병욱|전우정|송창섭 |유찬 |2010 |p=31}}


; 수중단위중량(submerged unit weight)
;<math>\gamma_{sub} = \gamma_{sat} - \gamma_w = \frac{G_s + e}{1+e}\gamma_w - \gamma_w = \frac{G_s - 1}{1+e}\gamma_w</math>
[[지하수|지하수위]] 아래에 있는 흙의 단위중량을 수중단위중량이라고 한다. 지하수위 아래에 있는 흙은 [[부력]]을 받기 때문에, 포화단위중량보다 가벼워져야 하므로 포화단위중량에서 물의 단위중량을 빼준다.{{Sfn|장병욱|전우정|송창섭 |유찬 |2010 |p=31}}
:

=== 상대 밀도 ===
사질토와 관련된 특성으로 상대 밀도(<math>D_r</math>)가 있다.<ref>임진근 외, <토목기사 과년도 - 토질 및 기초> 2-8쪽, 성안당, 2015</ref>{{Sfn|장병욱|전우정|송창섭 |유찬 |2010 |p=32-33}}
:<math>D_r=\frac{e_{max}-e}{e_{max}-e_{min}}\times 100(\%)</math>
:<math>D_r=\frac{\gamma_{dmax}}{\gamma_d}\cdot \frac{\gamma_d-\gamma_{dmin}}{\gamma_{dmax}-\gamma_{dmin}}\times 100(\%)</math>
::<math>e_{max}</math> : 최대 공극비, <math>e_{min}</math> : 최소 공극비, e : 공극비
::<math>\gamma_{dmax}</math> : 최대 건조 단위중량, <math>\gamma_{dmin}</math> : 최소 건조 단위중량, <math>\gamma_d</math> : 건조 단위중량

== 각주 ==
{{각주}}

== 참고 문헌 ==
* {{서적 인용 |저자1=장병욱 |저자2=전우정 |저자3=송창섭 |저자4=유찬 |저자5=임성훈 |저자6=김용성 |날짜=2010 |제목=토질역학 |출판사=구미서관 |isbn=978-89-8225-697-4 |ref=harv}}

== 같이 보기 ==
* [[사면 (토질역학)]]

== 외부 링크 ==
* {{위키공용분류-줄}}

{{전거 통제}}
{{토막글|공학}}

[[분류:토질역학| ]]