[공학/컴퓨터/통신] 흙의 압밀시험

소개글

[공학/컴퓨터/통신] 흙의 압밀시험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

요약

1. 목 적

2. 기본원리

3. 이론적 배경
1) 압밀이론
1. 개요
2. 방법
3. 실험결과
4. 토의
5. 고찰

본문내용

요약
1. 목 적
흙을 일차원적으로 또한 단계적재에 의해 배수를 허용하면서 압밀하여 압축성과 압밀속도에 관한 상수를 구하는 데 목적이 있다.
2. 기본원리
포화토층이 추가응력을 받으면 흙속의 간극수압이 추가응력만큼 증가하게 된다. 이것을 과잉간극수압이라 한다. 그리고 과잉간극수압의 소산이 일어나는데 점토는 사질토보다 투수계수가 작으므로 간극수의 소산은 오랜기간에 걸쳐 점차로 소산된다. 간극수가 소산이 다 되면 임의의 깊이의 흙속에 유효응력이 증가하게 되고 이 일정한 유효응력 아래서 이차압밀침하가 일어나는 것이다.
이러한 압밀 현상을 실내에서 실험적으로 구하는 시험을 압밀시험이라 하며 Terzaghi의 1차 압밀 이론에 근거를 두고 있다. 압밀 시험을 통하여 압밀정수(압축지수, 선행압밀하중, 체적압축계수, 압밀계수)를 구할 수 있으며, 압밀정수를 이용하여 점성토지반이 하중을 받아서 지반 전체가 1차원적으로 압축되는 경우에 발생되는 침하특성(침하량, 침하속도)을 밝힐 수 있다. 압밀시험방법은 한국산업규격 KS F2306에 규정되어 있다.
3. 이론적 배경
1. 압밀이론(Consolidation Theory)
외부 하중으로 인하여 유발된 과잉간극수압이 소산되는 과정을 시간의 함수로서 나타낸 1차원 압밀방정식이 Terzaghi(1925)에 의해 발표되었는데, 이 압밀방정식의 유도과정에서 가정한 내용들을 정리하면 다음과 같다.
1. 흙은 균질하다.(Soil is homogeneous)
2. 흙은 완전히 포화되어 있다.(Soil is saturated)
3. 흙입자와 물의 압축성은 무시할 수 있을 만큼 작다. (즉, 흙입자와 물 자체는 압축성이 없 고 여기서는 흙입자의 파괴 또한 발생하지 않는다.)
4. 미소 흙요소의 거동은 큰 토체의 거동과 비슷하다.
5. 압축은 1차원 수직방향으로 발생하며 횡방향 변위는 구소고디어 있다.
6. 물의 흐름도 수직방향으로만 일어난다. (Flow is 1-dimensional vertically)
7. Darcy의 법칙이 유효하며 투수계수는 일정하다. (Soil obeys Darcy\'s law)
8. 흙의 압밀 특성은 압밀하중의 크기와 무관하게 일정하다.
9. 유효압력과 간극비는 선형적 비례관계를 갖는다.
10. 변형이 작다.(Small strain exists → Small Strain Theory)
11. 유효응력의 법칙을 따른다.(Principe of effective stress is obeyed)
12. 토체는 에너지 불멸(불변)의 법칙을 따른다.(Conservation of energy, mass is obeyed)
13. 흙의 성질은 시간에 따라 변하지 않는다.(Soil properties do not change with time)
위 가정들의 유효성에 대해 살펴보면 1, 2, 3은 토질역학에서 흔히 사용되는 보편적인 가정들이며, 4는 이론적 모형화를 위한 방편으로서 큰 토체의 경우 비균질한 경우가 많으나 1의 가정에 의해 정당회된다고 볼 수 있다. 5와 6은 횡방향변위가 구속된 실내 1차원 압밀시험에서는 유효하나 변위구속조건이 다양한 현장에 적용할 때는 유효성을 신중히 검토해야 한다. 7과 8은 엄밀히 말한다면 압력의 변화에 따라 달라질 수 있지만 거시적으로는 가정의 유효성에 큰 문제는 없다. 9의 가정은 유효응력의 미소증분에 대해서는 유효하지만 압력변화범위가 클 경우에는 문제가 된다. 그리고 압력-변형률의 관계를 비선형으로 볼 경우 실제거동에 근사하게 접근할 수 있지만 해석이 지나치게 복잡해지는데 비해 기여도는 그리 크지 않다.
위의 가정으로 다음과 같은 2차 편미분 방정식을 구할 수 있는데,
where
이 식이 Terzaghi 의 1차원 압밀방정식이다.
1. 개요
모든 흙은 압축성이 있다고 할 수 있다. 즉, 흙이 하중을 받으면 체적이 감소한다. 이 때에 토체를 이루고 있는 세 가지 요소, 즉 흙입자, 물, 공기 중에서 흙입자와 물은 비압축성이므로 결국 토체의 체적감소는 흙입자 사이의 간극을 차지하고 있는 공기가 압추고디거나 물에 용해되든지 또는 간극 속에서 물이 빠져나가기 때문이라고 할 수 있다. 만약에 흙이 완전히 포화되어 있다면 압축은 유동성인 물이 빠져나가서 발생한다. 이 때의 압축속도는 간극 속의 물이 빠져가는 속도에 달려 있고 오랜 시간에 걸쳐 흙 속으로부터 물이 빠져나가면서 지반이 압축되는 현상을 압밀이라고 한다. 토질역학의 아버지로 알려진 Karl Terzaghi는 압밀을 `a decrease of water content of a saturated soil without replacement of the water by air is called a process of consolidation.`라고 정의하였다. (1943) 이러한 압밀현상을 실내에서 시험적으로 구하는 시험을 압밀시험이라고 한다. 압밀시험은 Terzaghi의 1차 압밀 이론에 근거를 두고 있다. 즉 압밀시험은 흙을 일차원적으로 또한 단계적재에 의해 배수를 허용하면서 압밀하여 압축성과 압밀속도에 관한 상수를 구하는 시험방법이다.
2. 방법
① 조립한 압밀상자를 재하 장치에 올려놓고 재하레버를 가능한 수평으로 유지한다.
② 다이얼게이지 호울더를 상하로 조정하여 침하량 측정용 다이얼게이지를 설치하고 0으로

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