토질역학

토질역학(土質力學, 틀:Llang)은 지반 또는 흙을 공사재료로 이용하는 측면에서 역학, 수리학, 화학 등의 원리를 응용하여 흙의 역학적 거동을 해석하는 학문이다.틀:Sfn

삼상관계

흙덩이 구조에서 첨자 s는 흙 입자, w는 물, a는 공기를 의미한다. 위와 같은 그림을 삼상도라고 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.틀:Sfn

공극비

틀:본문 토질역학에서 간극비 e는 흙 입자의 부피에 대한 간극 즉, 물과 공기의 부피의 비로 정의된다.틀:Sfn

$e=\frac{V_v}{V_s}$

공극률

틀:본문 공극률 n은 흙 전체의 부피 V와 공극만의 부피 V_v로부터, 다음과 같이 정의된다.틀:Sfn

$n=\frac{V_v}{V}\times 100(\mathrm{\%})$

포화도

포화도 S는 물이 차지하는 부피 V_w와 공극의 부피 V_v로부터 다음과 같이 정의된다.틀:Sfn

$S=\frac{V_w}{V_v}\times 100(\mathrm{\%})$

함수비

함수비 ω는 흙 입자 중량 W_s와 물의 중량 W_w를 이용해 다음과 같이 정의한다.틀:Sfn

$\omega =\frac{W_w}{W_s}\times 100(\mathrm{\%})$

진비중

흙의 진비중 G_s는 흙의 입자 단위중량 γ_s(또는 입자 밀도 ρ_s)와 4°C 물의 단위중량 γ_w(또는 물 밀도 ρ_w)를 이용해 다음과 같이 정의한다. 그냥 비중이라고 하기도 한다.틀:Sfn

$G_s=\frac{{\gamma }_s}{{\gamma }_w}=\frac{{\rho }_{s}g}{{\rho }_{w}g}=\frac{{\rho }_s}{{\rho }_w}$

비중, 함수비, 포화도, 공극비 관계식

$G_s\omega =Se$

위의 관계식들을 통하여 삼상도에서 V_s = 1이라고 볼 경우, 삼상도의 각 요소들은 다음과 같이 요약할 수 있다.

• $V_w=\frac{S\cdot e}{100}$
• $V_v=e$
• V = 1 + e
• $W_s=G_s{\gamma }_w$
• $W_w=\frac{S\cdot e}{100}{\gamma }_w$
• $(G_s+\frac{S\cdot e}{100}){\gamma }_w$

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)${\gamma }_t=\frac{W}{V}=\frac{W_s+W_w}{V}=\frac{W_s(1+W_w/W_s)}{V}=\frac{W_s(1+\omega )}{V}=\frac{G_s+Se}{1+e}{\gamma }_w$

공기중에 있는 습윤상태의 흙 시료 단위중량을 전체단위중량 또는 습윤단위중량이라고 한다.틀:Sfn

건조단위중량(dry unit weight)

${\gamma }_d=\frac{W_s}{V}=\frac{G_s{\gamma }_w}{1+e}=\frac{{\gamma }_t}{1+\omega }$

건조되어 물이 없는 경우의 흙 시료 단위중량을 건조단위중량이라고 한다.틀:Sfn

포화단위중량(saturated unit weight)

${\gamma }_{sat}=\frac{W}{V}=\frac{W_s+W_w}{V}=\frac{G_s{\gamma }_w+\omega G_s{\gamma }_w}{1+e}=\frac{G_s{\gamma }_w+Se{\gamma }_w}{1+e}=\frac{G_s+e}{1+e}{\gamma }_w$

공극이 모두 물로 채워져 있을 때 단위중량을 포화단위중량이라고 한다.틀:Sfn

수중단위중량(submerged unit weight)

${\gamma }_{sub}={\gamma }_{sat}-{\gamma }_w=\frac{G_s+e}{1+e}{\gamma }_w-{\gamma }_w=\frac{G_s-1}{1+e}{\gamma }_w$

지하수위 아래에 있는 흙의 단위중량을 수중단위중량이라고 한다. 지하수위 아래에 있는 흙은 부력을 받기 때문에, 포화단위중량보다 가벼워져야 하므로 포화단위중량에서 물의 단위중량을 빼준다.틀:Sfn

상대 밀도

사질토와 관련된 특성으로 상대 밀도($D_r$)가 있다.틀:Sfn

$D_r=\frac{e_{max}-e}{e_{max}-e_{min}}\times 100(\mathrm{\%})$

$D_r=\frac{{\gamma }_{dmax}}{{\gamma }_d}\cdot \frac{{\gamma }_d-{\gamma }_{dmin}}{{\gamma }_{dmax}-{\gamma }_{dmin}}\times 100(\mathrm{\%})$

$e_{max}$ : 최대 공극비, $e_{min}$ : 최소 공극비, e : 공극비

${\gamma }_{dmax}$ : 최대 건조 단위중량, ${\gamma }_{dmin}$ : 최소 건조 단위중량, ${\gamma }_d$ : 건조 단위중량

참고 문헌

• 틀:서적 인용

같이 보기

• 사면 (토질역학)

외부 링크

• 틀:위키공용분류-줄