유효응력

Effective stress

유효 응력은 적용된 장력 j sigmbol {\ 모공 압력 에 따라 응력으로 정의될 수 있으며 이는 모공 압력 값이나 기타 용어로 흙과 바위(또는 일반 다공질체)의 변형력)의 강도 또는 강도 동작을 제어한다.건조한 다공성 몸체에 적용되는 s(: = 0 )는 0에서 관찰되는 것과 동일한 변형률 또는 강도 동작을 제공한다.[1] 세분화된 매체의 경우 입자 집합체를 단단하게 유지하는 으로 볼 수 있다. 보통 이것은 모래, 흙 또는 자갈뿐만 아니라 모든 종류의 암석과 콘크리트, 금속 분말, 생물 조직 등과 같은 몇몇 다른 다공성 물질에도 적용된다.[1] 적절한 ESP 제형의 유용성은 건조한 시료와 관련된 실험(즉, 제로 모공 압력에서 수행되는 실험)에 기초하여 모든 모공 압력 값에 대해 다공성 신체의 행동을 평가할 수 있도록 하는 데 있다.

역사

Karl von Terzaghi는 1925년에 효과적인 스트레스를 위해 그 관계를 처음 제안했다.[2][3][4] 그에게 있어서 '효능'이라는 용어는 흙을 움직이거나 변질을 일으키는 데 효과가 있는 계산된 스트레스를 의미했다. 그것은 종종 흙골격에 의해 전달되는 평균적인 스트레스로 해석되어 왔다.[citation needed] 이후, 효과적인 스트레스에 대해 다른 제형이 제안되었다. 모리스 비오트는 이전에 테르자히가 개발한 1차원 모델을 보다 일반적인 가설로 확장하고 다공성성의 기본 방정식 세트를 도입하면서 3차원 토양 통합 이론을 완전히 발전시켰다. 알렉 스켈레톤은 1960년 작품에서 이러한 표현 중 일부를 거부하기 위해 토양, 콘크리트, 암석 등에서 유효한 효과적인 스트레스에 관한 문헌에서 이용 가능한 제형과 실험 데이터를 폭넓게 검토했으며, 스트레스-스트레인 또는 같은 여러 작품 가설에 따라 어떤 표현이 적절했는지를 명확히 했다. 강도 거동, 포화 또는 불포화 매체, 암석/지반 또는 토양 거동 등

설명

토양에 작용하는 유효응력(σ力)은 다음과 같이 총응력(σ力)과 모공수압(u)의 두 가지 매개변수로 계산된다.

일반적으로, 간단한 예제의 경우

스트레스 그 자체의 개념과 마찬가지로, 이 공식은 토양 질량에 작용하는 힘의 시각화, 특히 경사 안정성을 위한 단순한 분석 모델, 미끄러짐 평면을 포함하는 구조를 의미한다.[5] 이러한 모델들을 가지고, 밀폐층 역할을 하는 것으로 가정해, 슬립면 내의 토양의 총중량(물 포함)과 모공수압을 아는 것이 중요하다.[citation needed]

그러나 측정 가능한 다른 조건에서 토양 입자의 실제 행동을 고려할 때 이 공식은 혼란스러워진다. 왜냐하면 어떤 매개 변수도 실제로 입자의 독립적 행위자가 아니기 때문이다.[citation needed]

접점을 보여주는 구들의 배열

고전적인 "캐논볼" 배열로 느슨하게 쌓인 둥근 석영 모래 알갱이의 그룹을 고려한다. 보다시피 구들이 실제로 만지는 접촉 응력이 있다. 더 많은 구에 쌓이면 마찰 불안정(동적 마찰)을 유발할 정도로 접촉 응력이 증가한다. 접촉부(정상과 전단 모두)에 영향을 미치는 독립적인 매개변수는 위의 구들의 힘이다. 이것은 구들의 전체 평균 밀도와 위의 구들의 높이를 이용하여 계산할 수 있다.[citation needed]

구가 물에 잠기면서 효과적인 응력을 감소시킴

만약 우리가 이 구들을 비커에 넣고 약간의 물을 더한다면, 그 구들은 그들의 밀도(부유)에 따라 조금씩 뜨기 시작할 것이다. 자연 토양 재료로, 호수에서 큰 바위를 들어올린 사람이라면 누구나 증명할 수 있듯이 그 효과는 상당할 수 있다. 비커가 구들 꼭대기까지 차면 구들에 대한 접촉 응력이 감소하지만, 물을 더 넣으면 아무것도 변하지 않는다. 구들 사이의 수압(포레수압)은 증가하고 있지만, '전체 스트레스'의 개념은 위의 모든 물의 무게를 포함하기 때문에 효과적인 스트레스는 그대로 유지된다. 이것이 방정식이 혼란스러워질 수 있는 부분이며, 구(토양)의 부력밀도, 위의 토양 높이를 이용하여 유효응력을 계산할 수 있다.[citation needed]

구에 물을 주입하여 효과적인 응력을 감소시킴

효과적인 스트레스의 개념은 수압이 아닌 모공 수압을 다룰 때 정말로 흥미로워진다. 기압 구배 조건에서는 투과성 방정식(다시의 법칙)에 따라 지하수가 흐른다. 우리의 구들을 모델로 삼아 구들 사이에 물을 주입(또는 빼내는) 것과 같다. 만약 물을 주입하고 있다면, 스며드는 힘은 구들을 분리하는 작용을 하며 효과적인 스트레스를 감소시킨다. 따라서, 토양의 질량은 약해진다. 물이 빠지면 구들이 힘을 합쳐서 효과적인 스트레스가 증가한다.[6]

이 효과의 두 가지 극한은 지하수 구배와 스며드는 힘이 중력에 반하는 모래와 배수 및 모세관 작용이 모래를 강화시키는 "모래성 효과"[7]이다. 또한, 효과적인 스트레스는 비탈길 안정성, 그리고 지하수 관련 침하와 같은 다른 지질 공학 및 공학 지질학 문제에 중요한 역할을 한다.

참조

일반참조

  • 테르자히, K. (1925년) 토양 역학의 원리. 엔지니어링 뉴스 레코드, 95년(19-27).

인라인 인용구

  1. ^ a b Guerriero, V; Mazzoli, S. (2021). "Theory of Effective Stress in Soil and Rock and Implications for Fracturing Processes: A Review". Geosciences. 11: 119. doi:10.3390/geosciences11030119.
  2. ^ Terzaghi, Karl (1925). Erdbaumechanik auf Bodenphysikalischer Grundlage. F. Deuticke.
  3. ^ Terzaghi, Karl (1936). "Relation Between Soil Mechanics and Foundation Engineering: Presidential Address". Proceedings, First International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Boston. 3, 13–18.
  4. ^ [1] 2006년 6월 18일 웨이백머신보관
  5. ^ [2]
  6. ^ [3] 2006년 9월 2일 웨이백머신보관
  7. ^ [4] 2008년 5월 30일 웨이백머신보관