압밀 document_id A220517027348

압밀(壓密, consolidation)은 포화된 점토층이 하중을 받음으로써 오랜 시간에 걸쳐 간극수가 빠져나감과 동시에 침하가 발생하는 현상을 일컫는다. 흙은 흙 입자와, 물과 공기 등의 간극(void)으로 이루어져 있는데, 흙 입자와 물 자체의 압축성은 미소하므로 흙의 부피 변화는 주로 간극의 부피 변화이다. 모래와 같이 큰 입자로 된 흙은 간극 속의 물과 공기가 쉽게 빠져나갈 수 있어 외부하중으로 인한 부피 변화도 빠른 속도로 일어나나, 투수계수가 낮은 포화된 점토층의 경우 간극수가 빠져나가는 속도가 매우 느리므로 토층의 부피 변화 속도도 느리게 일어난다. 이러한 현상을 압밀이라고 한다. <heading>압밀의 이론 </heading> 포화된 점토층에 하중이 가해지면 순간적으로 과잉 간극수압이 유발된다. 자연 상태의 포화 점토 간극수압(정수압)을 초과하여 발생하는 수압이라는 의미에서 '과잉간극수압'이라고 한다. 이로 인해 점토층의 배수면에 수두차가 발생하여 간극수가 흘러나가게 되어 침하가 발생하며, 과잉간극수압이 소산되는 동시에 흙 입자에 작용하는 유효응력이 증가하게 된다. '소산된다'의 의미는 간극수압이 자연상태 간극수압으로 돌아간다는 것을 의미한다.p=198 투수계수가 낮은 점토층의 경우에는 간극수의 유속이 느리므로, 이러한 침하도 오랜 시간에 걸쳐 발생한다. 하중과 배수 조건에 따라 흙의 전응력, 유효응력, 과잉간극수압의 변화 양상이 다르다. 예를 들어 가운데 점토층이 있고 위아래가 모래층이 있는 포화 점토층에 무한 등분포하중이 작용한다고 하면, 점토층의 횡방향 변위는 없고(즉시침하가 없음) 압밀침하만 일어난다. <heading>테르자기의 1차원 압밀 이론 >> 가정 사항 </heading> 압밀이론의 근거가 되는 테르자기의 기본가정은 실제지반의 거동과는 차이가 있기 때문에 이론적 해석결과와 실제 지반의 거동사이에는 오차가 발생한다. 발생하는 오차는 일반적으로 침하량 산정 보다는 침하속도와 관련하여 더 크게 발생하는 경향이 있다. 설계에 있어서 2차압밀을 고려한 해석, 다차원 압밀이론을 활용한 해석 및 수치해석등을 활용하여 설계하고, 시공시 정밀한 계측을 통해 이론적 해석결과와 실제 지반의 거동의 차이점에 대한 대비책을 마련하여야 한다. <heading>기본 미분 방정식 </heading> 가정을 만족하는 토체 내부의 임의의 한 흙 요소에 대해 연속성을 고려하면 다음과 같은 미분 방정식을 유도할 수 있다. <heading>미분 방정식의 해 </heading> 기본 미분 방정식의 풀이를 위해, 상하면에 모래층이 있어 양면 배수가 되는 점토층의 두께가 2H이고, 초기 과잉 간극수압의 분포는 깊이에 따라 일정하며, 다음과 같은 초기 조건과 경계 조건을 만족한다고 하자. 이때, 미분방정식의 해는 다음과 같다. <heading>압밀계수의 결정 </heading> 1차원 압밀 기본 미분방정식에는 압밀계수(coefficient of consolidation; <math>c_v</math>)가 포함되어 있다. 압밀계수는 압밀 시험의 각 하중 단계에서, 시간에 따른 토층의 압축량으로부터 계산한다. 대한민국 국가 표준2017에는 <math>log t</math> 방법 또는 <math>sqrt t</math> 방법을 사용하도록 되어 있다. <heading> <math>sqrt{t}</math> 방법 =</heading> Taylor에 의해 제안된 방법. 가로축을 <math>sqrt{t}</math>로 하여 그래프를 그린다. 곡선의 직선 부분 기울기의 1.15배(<math>1.15overline{OA}=overline{OB}</math>)로 그린 직선과 곡선이 만나는 점이 압밀도 90%에 해당한다.p=155 여기의 가로축 값이 <math>sqrt{t_{90}}</math>이고 이 값을 제곱하면 t₉₀을 얻을 수 있다. <heading>압밀 시험 </heading> 흙의 압밀 특성을 압밀 시험을 통해 알 수 있다. 압밀 시험을 통해 흙 시료에 가해지는 하중과 흙 시료 두께의 변형량을 측정을 통해 시간에 대하여 직접적으로 얻는다. <heading>압밀 시험 장치 </heading> 압밀 시험을 위한 장치는 물로 채워진 수침 상자 안에 시료의 횡방향 변위를 구속하는 압밀링과 시료의 상하면을 덮으며 배수를 위한 다공질 판, 하중을 가할 수 있는 가압판, 시료의 두께를 측정할 수 있는 다이얼 게이지 등으로 구성되어 있다. 연직하중 σ₁을 가하면 수평하중은 K₀σ₁이 되어 횡방향 구속이 이루어진다. 여기서 점차 연직하중을 증가시켜 시간과 침하량을 기록한다. 6. 하중 증가시키며 과정 반복, e―p 또는 e―log p 곡선을 그린다. 액성 한계와 압축 지수의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다. <heading>압밀 침하량의 계산 >> 1차 압밀 침하량 </heading> 과잉간극수압이 0이 되면 1차 압밀이 완료된 것이다. 압축지수(<math>C_c</math>)와 재압축지수(<math>C_r</math>, 또는 팽창지수 <math>C_e</math>)와 초기 간극비(<math>e_0</math>), 압밀층의 두께(H)가 주어졌다면, (1차원) 1차 압밀 침하량은 다음과 같이 계산된다. 과압밀, <math>{sigma_0}' + Delta sigma > {sigma_c}'</math>인 경우 C_r이 작으므로 1항은 생략 가능하다.