토질(전단)실험

소개글

토질(전단)실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 기구 및 재료

3. 이론적 배경

4. 시험방법

5. 결과의 정리

6.고찰

본문내용

이렇게 하여 수직하중을 3, 4회 다른 크기로 시험하여 각 수직응력에 대한 최대 전단응력의 값을 구하면 Coulomb의 파괴식으로부터 점착력 c 와 전단저항각 0를 결정할 수 있다.
γ = с + σtan0
전단상자 단면은 원형이나 정사각형이 있으며, 두께는 20mm가 표준이다. 정방형은 전단중에 변하는 유효 단면적 산출이 쉬운데, 비해서 원형은 곤란하다. 다만, 수직하중(N)의 응력분포는 균등하다. 정방형 전단상자는 수평방향 변형량이 ΔL 인 때의 변형율, 전단저항 면적, 전단응력, 수직응력 등은 다음과 같이 구한다.
여기서, τ,σ: 각각 전단응력 및 수직응력
P\', P, LRC : 각각 전단저항 하중 계기눈금의 읽음값, 환산하중 및 하중환산계수
N : 수직하중
Lo, ΔL : 각각 수평방향에 대한 공시체의 시험전 길이 및 전단중의 변형량
Ho, Hc, ΔH : 각각 자연상태, 압밀후 공시체 두께 및 Dilatancy 변화량
Ao, A : 각각 시험전 및 전단중에 변한 단면적
ε, εv : 각각 수평방향 및 부피 변화율 또는 변형도(%)
파괴 전에 시료를 전단상자 안에서 포화시킨 후, 수직 정하중으로 미리 압밀시키거나 자연상태 그대로 시행한다. 압밀시험이면, 상 하면에는 포화시료의 간극수 배수용 다공판을 장착한다. 이 압밀시험에서는 시간에 따른 침하량 은 측정하지 않는 것이 보통이다. 압밀 요소시간은 토질에 따라 다르나 사질토는 10～30분 점 성토는 4～5시간 정도 걸린다. 압밀전 후의 시료상태가 다르므로, 시험성과표에는 압밀 전 후 의 함수비, 밀도, 간극비, 포화도 등을 제시한다. 전단파괴 과정에서는 수평 및 연직 방향 변형 량에 따른 전단저항력을 측정한다.
◎ 흙의 전단파괴 특성
(1) 응력-변형곡선과 부피변화
조밀한 모래나 과압밀점토는 파괴되는 동안에 부풀다가 다시 감소되는 성질이 있다. 즉, 아래 그림처럼 최대점 또는 정점에 이르는 동안은 부피가 커지고, 이 이후부터는 곡선이 하강하는 경향이 있다. 꼬지점은 전단저항 응력의 최대치로서 파괴점(Failure point) 또는 강도(Strength)라 한다. 꼭지점 이후에 계속 변형시키면 어느 수준에서는 더 하강하지 않고 그대로 유지되는 경향도 있다. 이 일정하게 유지되는 응력을 잔류강도(Residual strength) 라 한다.
파괴점과 잔류강도가 확실히 나타나는 응력-변형 거동을 유연성 파괴(Work sofrening failure)라 한다. 반면에, 느슨한 모래(Loose sand)나 정규압밀토는 정점 이후에 계속 변형되어도, 응력-변형 관계 곡선이 하강하지 않고 곡선 B 처럼 더 이상의 응력변화가 없는 경향을 띤다. 이런 거동을 탄 소성이라 하며, 변형이 계속되어도 일정한 응력에 접근된다. 이처럼 변형이 증가되는데도 일정하게 유지되는 응력을 극한강도라 한다. 암석이나 큰크리트 간은 것들은 순간적으로 파괴되며, 이런 응력-변형 거동을 하는 물체를 취성이라 한다.
그리고 전단중에는 부피가 변한다. 전단중에 생기는 부피 팽창이나 수축되는 경향만을 파악하는 데는 수평방향 변형율에 따른 수직방향 변형량으로 작도해도 충분하다. 전단중에 부피가 늘거나 주는 현상이 ‘Dilatancy\' 이다. 느슨한 사질토나 정규압밀 점토는 부피가 계속 줄어드는 경향을 띤다. 조밀한 사질토나 과압밀된 점성토는 부피가 늘어나는 경향이 있다. 후자인 경우라도, 전단 초기에는 부피가 줄다가 다시 늘어나기도 한다. 이는 수직하중으로 구속된 토립자들이 전단되는 중에 재배열되기 때문이다.
◎ 한계상태
전단중에 부피가 줄거나 늘다가 부피변화가 없는 때를 한계상태라 하며, 이 간극비와 밀도가 각각 한계 간극비 및 한계 밀도이다. 변형이 계속되면 조밀한 흙의 잔류강도와 느슨한 흙의 극한강도는 서로 수렴하는데, 이 수렴점은 일반적으로 한계 간극비이다. 그러나, 반드시 그렇지는 않으므로 조밀한/ 느슨한 모래, 정고/ 과압밀 점토의 응력-변형 거동의 수렴점에서 보다는, 한계 간극비는 부피 변화가 일정한데서 찾는 게 더 쉽다.
※ 직접전단 시험은 배수조건에 따라 다음과 같이 분류한다.
1) 급속시험(Quick Test, Q시험)
수직하중을 가하고 압밀이 되기 전에 전단시킨다. 만약에 시료가 점착력이 있고 포화상태이면 과잉 간극수압이 발생한다. 이 시험은 삼축시험의 UU(비압밀 비배수)시험과 유사하나, 전단시 배수되는 점이 다르다.
2) 압밀급속시험(Consolidated-Quick Test, Qc시험)
수직하중을 가하고 수직 변위가 정지할 때까지 관찰한 다음에 전단력을 가하여 급속히 전단시킨다. 이 시험은 삼축시험의 CU(압밀 배수)시험과 CD(압밀 비배수)시험의 중간이라고 볼 수 있다. 전단 중에 어느정도의 가잉간극수압이 발생된다.
3) 압밀 완속시험(Consolidated-Slow Test, S시험)
수직하중을 가하고 수직변위가 정지할 때가지 기다렸다가 간극수압이 발생하지 않도록 천천히 시료에 전단력을 가한다. 이 시험은 삼축시험의 CD(압밀 배수)시험과 유사하다. 사질토에서는 시료의 포화정도에 무관하게 위의 세 가지 시험법의 결과가 거의 같지만, 점성토에 있어서는 시험법과 포화도에 따라 토질정수가 현저히 달라진다. 이 시험법들은 삼축시험보다 간편하지만 배수조건을 철저히 조절할 수가 없다. 배수시에는 유공판을 상하단에 놓고 시험을 실시한다. 구조물의 장기안정을 검토하는 경우에는 구조물의 하부에 있는 점성토 지반이 장기간 동안에 압밀된 상태이므로 완전한 배수상태에서, 그리고 구조물 건설 직후 또는 흙댐에서 수위 급강하시에는 비배수 상태에서 지반의 전단강도를 구해야 한다. 배수 및 비배수 전단시험은 시험실에서는 가능하지만, 실제의 경우에는 대부분 이 두 시험조건 사이에 있다. 기술자는 실제의 각 경우에 대하여 전단파괴가 배수 또는 비배수 상태로 일어나는지 또는 그 중간의 어느 정도인지를 잘 판단해야 할 것이다. 교란으로 인한 흙의 강도손실은 흙이 면모구조로부터 이산구조로 바꾸어지기 때문이다.
◎ 직접전단 시험의 장단점
(1) 장점 : ① 기기가 간단하고 가격이 싸다.
② 공시체 제작이 쉽고 시험과정에서 개인차가 비교적 적다.
(2) 단점 : ① 기

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