토양역학

토양 역학은 토양 물리학의 한 분야이며 토양의 행동을 설명하는 응용 역학이다.토양이 유체(일반적으로 공기와 물)와 입자(일반적으로 점토, 실트, 모래, 자갈)의 이종 혼합물로 구성되어 있다는 점에서 유체 역학 및 고체 ^[1][2][3][4]역학과는 다릅니다.암석 역학과 함께, 토양 역학은 토목 공학의 하위 분야인 지질 공학 ^[5]및 지질학의 하위 분야인 공학 지질학에서 분석을 위한 이론적 기초를 제공합니다.토양 역학은 흙 위에 지지되거나 흙으로 만들어진 자연 및 인공 구조물 또는 ^[6]흙에 묻혀 있는 구조물의 변형과 흐름을 분석하는데 사용됩니다.예를 들어 건축 및 교량 기초, 옹벽, 댐 및 매립 파이프라인 시스템 등이 있습니다.토양역학의 원리는 지구물리공학, 연안공학, 농업공학, 수문학, 토양물리학과 같은 관련 분야에서도 사용된다.

이 기사는 토양의 생성과 구성, 기공수압과 입간유효응력의 차이, 토공공간 내 유체의 모세관 작용, 토양분류, 침출 및 투과성, 작은 기공공간에서 물을 짜내는 것으로 인한 시간 의존적인 체적 변화, 즉 고결화, s를 설명한다.토양의 강도와 뻣뻣한 소리를 듣다.토양의 전단 강도는 주로 입자 간의 마찰과 연동에서 도출되며, 이는 유효 ^[7][6]응력에 매우 민감하다.이 기사는 경사 안정성, 옹벽의 횡방향 토압, 기초의 지지력 등 토양역학의 원리를 적용한 사례로 마무리한다.

토양의 생성과 구성

창세기

토양 생성의 주요 메커니즘은 암석의 풍화이다.모든 종류의 암석(화성암, 변성암, 퇴적암)은 토양을 만들기 위해 작은 입자로 분해될 수 있다.풍화 메커니즘은 물리적 풍화, 화학적 풍화 및 생물학적 풍화입니다. 굴착, 발파, 폐기물 처리와 같은 인간의 활동도 토양을 만들 수 있습니다.지질학적 시간이 흐르면서 깊이 묻힌 토양은 압력과 온도에 의해 변성암이나 퇴적암으로 변할 수 있으며, 녹았다가 다시 굳으면 화성암이 ^[3]됨으로써 지질학적 순환을 완성할 수 있다.

물리적 풍화에는 온도 영향, 균열 내 물의 동결 및 해빙, 비, 바람, 충격 및 기타 메커니즘이 포함됩니다.화학풍화법은 암석을 구성하는 물질의 용해와 다른 광물 형태의 침전을 포함한다.예를 들어, 점토 광물은 화성암에 존재하는 가장 흔한 광물인 장석의 풍화에 의해 형성될 수 있다.

실트와 모래의 가장 흔한 미네랄 성분은 이산화규소라는 화학명을 가진 실리카라고도 불리는 석영입니다.장석이 암석에 가장 흔하지만 실리카가 토양에 더 많은 이유는 장석이 실리카보다 훨씬 더 녹기 때문입니다.

실트, 모래, 자갈은 기본적으로 부서진 바위의 작은 조각들이다.

통합토양분류시스템에 따르면 실트 입자의 크기는 0.002mm~0.075mm, 모래 입자의 크기는 0.075mm~4.75mm이다.

자갈 입자는 4.75mm에서 100mm 사이즈의 부서진 암석 조각이다.자갈보다 큰 입자는 자갈과 ^[1][2]바위로 불린다.

운송

토양 퇴적물은 이동과 그 위치로의 퇴적 메커니즘에 의해 영향을 받는다.운반되지 않은 토양을 잔류 토양이라고 합니다.-토양이 생성된 암석과 같은 위치에 존재합니다.분해된 화강암은 잔류 토양의 일반적인 예이다.운송의 일반적인 메커니즘은 중력, 얼음, 물, 바람의 작용이다.바람이 불어오는 토양에는 모래언덕과 황토가 포함된다.물은 물의 속도에 따라 크기가 다른 입자를 운반하기 때문에 물로 운반되는 토양은 크기에 따라 등급이 매겨진다.진흙과 점토는 호수에 가라앉을 수 있고, 자갈과 모래는 강바닥 바닥에 모인다.바람이 불어오는 토양 퇴적물(해풍 토양)도 입자의 크기에 따라 분류되는 경향이 있다.빙하의 바닥에서의 침식은 토양뿐만 아니라 큰 바위와 바위를 집어 올릴 만큼 강력합니다; 녹는 얼음에 의해 떨어진 토양은 매우 다양한 입자 크기의 잘 등급이 매겨진 혼합물이 될 수 있습니다.중력은 또한 산의 꼭대기에서 입자를 운반하여 흙과 바위를 만들 수 있다; 중력에 의해 운반되는 토양 퇴적물은 ^[1][2]콜루비움이라고 불린다.

수송 메커니즘은 또한 입자 모양에 큰 영향을 미친다.예를 들어, 강바닥에서 저속 연삭을 하면 둥근 입자가 생성됩니다.갓 깨진 콜루비움 입자는 종종 매우 각진 모양을 하고 있다.

토양 조성

토양 광물학

실트, 모래, 자갈은 크기에 따라 분류되므로 다양한 미네랄로 구성될 수 있습니다.석영은 다른 암석광물에 비해 안정성이 높기 때문에 모래와 실트의 가장 일반적인 성분이다.운모, 그리고 장석은 모래와 ^[1]실트에 존재하는 다른 흔한 광물입니다.자갈의 광물성분은 모암과 더 유사할 수 있다.

일반적인 점토 광물은 몬모릴로나이트 또는 스멕타이트, 일라이트, 카올리나이트 또는 카올린입니다.이러한 광물은 시트 또는 판상 구조물처럼 형성되는 경향이 있으며, 길이는 일반적으로 10m에서⁻⁶ 4x10m, 두께는 일반적으로 10m에서⁻⁶ 2x10m 사이이며⁻⁷⁻⁹, 상대적으로 큰 특정 표면적을 가지고 있다.비 표면적(SSA)은 입자의 질량에 대한 입자의 표면적의 비율로 정의됩니다.점토 광물은 일반적으로 고체 ^[3]1g당 10~1000평방미터의 특정 표면적을 가지고 있다.화학, 정전 및 판데르발스 상호작용에 사용할 수 있는 큰 표면적 때문에 점토 광물의 기계적 거동은 사용 가능한 모공 유체의 양과 모공 ^[1]유체에 용해된 이온의 유형과 양에 매우 민감합니다.

토양의 광물들은 주로 다양한 결정 형태로 구성된 산소, 실리콘, 수소, 알루미늄 원자에 의해 형성된다.칼슘, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 탄소와 함께 이러한 원소들은 ^[1]토양의 고체 질량의 99% 이상을 구성한다.

입경 분포

토양은 크기, 모양, 광물학이 다른 입자들의 혼합물로 구성되어 있다.입자의 크기가 토양 거동에 큰 영향을 미치기 때문에 입자의 크기와 크기 분포는 토양을 분류하는 데 사용됩니다.입자 크기 분포는 다양한 크기의 입자의 상대적 비율을 나타냅니다.입자 크기는 누적 분포 그래프에 표시되는 경우가 많습니다. 예를 들어, 입자의 백분율이 크기 함수로 주어진 크기보다 더 미세하게 표시됩니다.$중앙{\displaystyle {}_{}}$ 입자 크기 $({displaystyle$ D_{$50$은 입자 질량의 50%가 미세한 입자로 구성된 크기입니다.토양 거동, 특히 유압 전도성은 작은 입자에 의해 좌우되는 경향이 있기 때문에 D $(\$10$\})$으로 표기되는 "유효 크기"는 입자 질량의 10%가 미세한 입자로 구성되어 있는 크기로 정의됩니다.

모래와 자갈은 다양한 입자 크기를 가지며 입자 크기가 매끄럽게 분포되어 있는 것을 잘 구배된 토양이라고 합니다.시료 내의 토양 입자가 비교적 좁은 크기의 범위에 있는 경우 시료는 균등하게 등급이 매겨진다.토양 샘플이 굵은 모래가 없는 자갈과 고운 모래의 혼합물 등 그라데이션 곡선에 뚜렷한 갭이 있는 경우 샘플은 갭 그레이딩될 수 있습니다.균일한 등급의 토양과 간격 등급의 토양은 모두 낮은 등급의 토양으로 간주된다.입자 크기 분포를 측정하는 방법은 여러 가지가 있습니다.기존의 두 가지 방법은 체 분석과 비중계 분석입니다.

체 분석

자갈 및 모래 입자의 크기 분포는 일반적으로 체 분석을 사용하여 측정됩니다.공식 절차는 ASTM D6913-04(2009)^[8]에 설명되어 있다.와이어 메쉬 사이에 정확하게 치수화된 구멍이 있는 체의 스택을 사용하여 입자를 크기 빈으로 분리합니다.덩어리가 개별 입자로 분해된 기존의 건조토를 거친 것부터 미세한 것까지 배열된 체 더미의 맨 위에 넣는다.체의 스택은 표준 시간 동안 흔들려서 입자가 크기 빈으로 정렬됩니다.이 방법은 모래 및 자갈 크기 범위에 있는 입자에 대해 상당히 잘 작동합니다.미립자가 서로 달라붙기 쉽기 때문에 체에 거르는 공정이 효과적이지 않다.토양에 미세 물질(흙과 점토)이 많이 있는 경우 굵은 입자와 덩어리를 씻어내기 위해 체에 물을 흘려야 할 수 있습니다.

다양한 크기의 체를 사용할 수 있습니다.모래와 진흙의 경계는 제멋대로이다.통합토양분류시스템에 따르면 개구부 크기가 4.75mm인 #4 체(인치당 개구부 4개)는 모래와 자갈을 분리하고 0.075mm인 #200 체는 모래와 진흙을 분리한다.영국 표준에 따르면 0.063mm는 모래와 실트의 경계, 2mm는 모래와 ^[3]자갈의 경계입니다.

비중계 분석

모래보다 미세한 토양, 즉 모래보다 미세한 토양의 분류는 주로 입자의 크기가 아닌 아터버그 한계에 의해 결정됩니다.미세 토양의 입자 크기 분포를 결정하는 것이 중요한 경우 비중계 테스트를 수행할 수 있습니다.비중계 시험에서는 토양 입자를 물과 혼합하여 흔들어서 유리 실린더에 희석된 현탁액을 생성한 후 실린더를 그대로 둔다.비중계는 서스펜션의 밀도를 시간의 함수로 측정하는 데 사용됩니다.점토 입자는 비중계 측정 깊이를 지나 침전하는 데 몇 시간이 걸릴 수 있습니다.모래 입자는 1초 미만이 걸릴 수 있습니다.스토크의 법칙은 침전 속도와 입자 크기 사이의 관계를 계산하기 위한 이론적 근거를 제공한다.ASTM은 비중계 테스트를 수행하기 위한 자세한 절차를 제공합니다.

점토 입자는 브라운 운동으로 인해 현탁 상태로 유지되기 때문에 절대 침하되지 않을 정도로 작을 수 있으며, 이 경우 콜로이드로 분류될 수 있습니다.

질량-체적 관계

토양 내 공기, 물 및 고체의 상대적 비율을 설명하는 데 사용되는 다양한 매개변수가 있습니다.이 섹션에서는 이들 파라미터와 이들 파라미터의 ^[2][6]상호관계를 정의합니다.기본 표기법은 다음과 같습니다.

${\displaystyle V_{}}$ a$(\$ V_${a$ $V{\displaystyle {}_{}}$ $(\$ 및 ${\displaystyle V_{}}$ s$(\$는 토양 혼합물의 공기, 수분 및 고체의 부피를 나타냅니다.

${\displaystyle {}_{}}$${\displaystyle W_{}}$$(\$ W$(\$ 및 $(\$는 토양 혼합물의 공기, 수분 및 고체의 중량을 나타냅니다.

${\displaystyle M_{}}$ a$(\$ M_${a$ ${\displaystyle M_{}}$w(\$displaystyle M_{w$ 및 ${\displaystyle M_{}}$s(\$displaystyle M_{s})$는 토양 혼합물 내의 공기, 물 및 고형물의 질량을 나타냅니다.

$a$\$displaystyle$ \$rho _${ a$$} ,$w$ \$displaystyle$ \$rho _${ w$$} ,$$ s \$displaystyle \rho$ _$${ s$$} $은{\displaystyle {}_{}}$ 토양 혼합물의 성분(공기, 물 및 고체)의 밀도를 나타낸다.

중량 W는 질량 M에 중력에 의한 가속도(예: ${\displaystyle W_{}}$ s $=$ ${\displaystyle M_{}}$ s $\displaystyle W_{s$}= $M_{s}g)$를 곱하여 구할 수 있습니다.

비중(Specific Gravity$)$은 순수한 물의 밀도와 비교한 한 물질의 밀도의 비율이다(${\displaystyle {\theta }_{}}$ ${\displaystyle \mathrm{w}}$ $=$ g / ${\displaystyle {c\mathrm{}}^{}}$ m$$3 { \ $displaystyle$ \$rho _${ w $$} =$$1 ${\displaystyle g}$/ $cm^{$3} ） 。

고체의 비중, ${\displaystyle {Gs}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle \frac{{\rho s}_{}}{}}$ w$${ $displaystyle G_{s$ } =$fr$ frac { $rho$_ { $s}$ {\ $rho$_ { w$}$}

기존에는 ${\(\displaystyle$ \$gamma)$로 표기되던 특정 중량은 물질의 밀도$(\displaystyle$ \$rho)$에 중력에 의한 $가속도{\displaystyle }$g(\$displaystyle$g)를 곱하여 구할 수 있습니다.

밀도(Density), 부피 밀도$($Bulk Density) 또는 $습식$ 밀도$(Wet$ Density)는 혼합물의 밀도를 나타내는 다른 명칭입니다. 즉, 공기, 물, 고형물의 총 질량을 공기 물 및 고형물의 총 부피로 나눈 값입니다(실제로는 공기 질량이 0으로 가정됨).

$\displaystyle \rho = flac {M_{s} + M_{w}} {V_{w} + V_{a}} = flac {M_{t} {V_{t}}}$

건조밀도(${\displaystyle {\delta }_{}}$ d$\$ _${d$는 고형물의 질량을 공기수와 고형물의 총 부피로 나눈 값이다.

${\displaystyle\rho_{s}=svfrac {M_{s}+V_{w}+V_{a}}=svfrac {M_{s}}{V_{t}}}$

부력 밀도 $\rho {\displaystyle {}^{}}$ ′ $′$ （ \ $displaystyle$ \rho '$）$는 혼합물의 밀도에서 물의 밀도를 뺀 값으로 정의되며 토양이 물에 잠길 때 유용합니다.

$(\displaystyle \rho '=\rho \-\rho _{w})$

여기서 ${\displaystyle w_{}}$ w$$w \ $displaystyle \rho$ _${w}$는 물의 밀도입니다.

수분 함량, $\displaystyle$w는 고체$$ 질량에 대한 물의 질량의 비율입니다.흙의 시료를 계량하여 오븐에 건조시킨 후 재측정하면 쉽게 측정할 수 있습니다.표준 절차는 ASTM에 의해 설명되어 있습니다.

${\displaystyle w=marchfrac {M_{s}}=marchfrac {W_{w}}{W_{s}}}$

보이드비$,$ $e{\displaystyle }$\$displaystyle$e는 솔리드 부피에 대한 보이드 부피의 비율입니다.

${\displaystyle e=bsfrac {V_{v}}{V_{s}}=bsfrac {V_{T}-{V}}=bsfrac {n}{1-n}}}$

다공성($\displaystyle$ n$)$은 전체 부피에 대한 공극 부피의 비율로, 공극비와 관련이 있습니다.

${\displaystyle n=bsfrac {V_{v}}{V_{t}}=bsfrac {V_{s}+V_{v}}=bsfrac {e}{1+e}}}}$

포화도 $(\style$ S$)$는 공극 부피에 대한 물의 부피의 비율입니다.

$({displaystyle S=squalfrac {V_{w}}}{V_{v}}})$

위의 정의로부터, 몇 가지 유용한 관계는 기초 대수의 사용으로 도출될 수 있다.

${\displaystyle \rho = frac {(G_{s}+Se)\rho _{w}} {1+e}}$

${\displaystyle \rho = frac {(1+w)G_{s}\rho _{w}}{1+e}}$

${\displaystyle w=secfrac {Se}{G_{displaystyle w}}$

토양분류

지질공학 엔지니어들은 교란된(건조, 체 통과 및 재몰딩된) 토양 표본에 대한 테스트를 수행하여 토양 입자 유형을 분류합니다.이것은 토양 입자 자체의 특성에 대한 정보를 제공한다.토양에 존재하는 곡물의 종류 분류는 토양의 구조나 직물의 중요한 영향을 고려하지 않으며, 하중 운반 프레임워크의 입자 배열에서 입자와 패턴의 콤팩트성 및 공극 크기 및 공극 유체 분포를 설명하는 용어이다.공학 지질학자들은 또한 토양의 기원과 퇴적 역사를 바탕으로 토양을 분류한다.

토양 입자의 분류

미국과 다른 나라에서는 토양 분류를 위해 통합 토양 분류 시스템(USCS)이 종종 사용된다.다른 분류 체계로는 영국 표준 BS 5930과 AAHTO 토양 분류 ^[3]시스템이 있다.

모래 및 자갈의 분류

USCS에서 자갈(기호 G)과 모래(기호 S)는 입경 분포에 따라 분류된다.USCS의 경우, 자갈에는 분류 기호 GW(잘 다듬어진 자갈), GP(저급한 등급의 자갈), GM(다량의 실트가 있는 자갈), 또는 GC(다량의 점토 자갈)가 부여될 수 있다.마찬가지로 모래는 SW, SP, SM 또는 SC로 분류할 수 있습니다.적지만 지워지지 않는 벌금(5~12%)이 있는 모래와 자갈은 SW-SC와 같은 이중 분류를 받을 수 있다.

아터버그 한계

점토와 실트는 종종 '세립자 토양'으로 불리며, 아터버그 한계치에 따라 분류됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 아터버그 한계치는 액상 한계치($LL{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {또는}_{}}$ w$\$}),$$ 플라스틱 한계치(PL $또는{\displaystyle {}_{}}$ $\$})$$ 및 수축 한계치(슬롯)입니다.

액체 한계는 토양 거동이 플라스틱 고체에서 액체로 이행하는 수분 함량입니다.소성 한계는 토양 거동이 플라스틱 고형에서 부서지기 쉬운 고형물로 바뀌는 수분 함량입니다.수축 한계는 토양이 건조해도 수축하지 않는 수분 함량에 해당합니다.고운 입자의 흙의 농도는 흙의 수분 함량에 비례하여 변화한다.

한 주에서 다른 주로의 이행이 점진적으로 진행됨에 따라, 테스트는 주의 경계를 결정하기 위해 자의적인 정의를 채택했다.액체 한계는 표준 ^[9]테스트에서 25번의 송풍 후 홈이 닫히는 수분 함량을 측정하여 결정됩니다.또는 액한계를 측정하기 위해 폴콘 시험장치를 사용해도 된다.액체 한계에서 재몰딩된 토양의 비배수 전단 강도는 약 2 ^[4][10]kPa이다.플라스틱 제한은 흙을 손으로 3mm 직경의 실린더로 굴릴 수 없는 수분 함량입니다.토양이 이 지름까지 굴러 떨어지면서 갈라지거나 부서진다.플라스틱 한계에서 재몰딩된 토양은 매우 단단하며, 약 200kPa의 ^[4][10]비배수 전단 강도를 가진다.

특정 토양 시료의 가소성 지수는 시료의 액체 한계와 소성 한계 사이의 차이로 정의되며, 시료의 토양 입자가 흡수할 수 있는 물의 양을 나타내는 지표로 투과성, 압축성, 전단 강도 등 많은 공학적 특성과 상관관계가 있다.일반적으로 가소성이 높은 점토는 투과성이 낮고 압축도 어렵다.

실트와 점토의 분류

USCS(Unified Toom Classification System)에 따르면 실트와 점토는 소성지수와 액상한계값을 소성도에 표시하여 분류한다.차트의 A-라인은 점토(USCS 기호 C)와 실트(기호 M)를 구분하고, LL=50%는 높은 가소성 토양(수식 기호 H)과 낮은 가소성 토양(수식 기호 L)을 구분합니다.예를 들어, A선 위에 플롯되어 LL>50%의 토양이 있으면 CH로 분류됩니다.실트와 점토의 다른 가능한 분류로는 ML, CL 및 MH가 있다. Aterberg가 원점 근처의 그래프에서 "해치된" 영역의 플롯을 제한하면 토양은 이중 분류 'CL-ML'로 지정된다.

토양 강도와 관련된 지수

유동성지수

포화 리몰드 토양 강도에 대한 수분 함량의 영향은 유동성 지수 LI를 사용하여 정량화할 수 있다.

${\displaystyle LI=sublic frac {w-PL}{LL-PL}}$

LI가 1일 때 재몰딩된 토양은 액체 한계치이며 약 2 kPa의 비배수 전단 강도를 가진다.토양이 소성 한계치에 있을 때 LI는 0, 비배수 전단강도는 약 200 ^[4][11]kPa이다.

상대 밀도

모래(코션이 없는 토양)의 밀도는 종종 상대 밀도로 특징지어집니다. ${\displaystyle D_{}}$r { $displaystyle$ D _ {$r$ }

${\displaystyle D_{r}=black {e_{max}-e}{e_{max}-e_{min}}100\%}$

$여기$서 e ${\displaystyle m_{}}$ ${\displaystyle x_{}}$({$displaystyle e_{$$max$$})$는 매우 느슨한 상태에 해당하는 "최대 보이드비"이고 e ${\displaystyle m_{}}$ ${\displaystyle n_{}}$({$displaystyle$e_${$min$$})는 매우 조밀한 상태에 해당하는 "하이브리드 보이드비"이며$$e {{$displaystyle$ e$}$는 현장 보이드비입니다.상대밀도 계산에 사용되는 방법은 ASTM D4254-00(2006)^[12]에 정의되어 있다.

${\displaystyle {따라서}_{}}$ Dr $=$ ${\displaystyle 100}$ D_${r$}=$100$인 경우 모래 또는 자갈의 밀도가 매우 ${\displaystyle {높고}_{}}$, ${\displaystyle \mathrm{Dr}}$ $=$0%({$디스플레이 스타일 D_{$r}=0$\%)$인 $경우{\displaystyle {}_{}}$ 토양이 매우 느슨하고 불안정합니다.

침출: 안정된 상태의 물 흐름

토양 침전물 내의 유체 압력이 u $=$ ${\displaystyle w_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle z_{}}$w {\$displaystyle$u=\$rho _{w} gz_{$w$$}}에 $따라{\displaystyle }$ 깊이에 따라 균일하게 증가하면 정수압 조건이 우세하여 토양을 통해 유체가 흐르지 않습니다. ${\displaystyle z_{}}$ w$${\$displaystyle z_{w}}$는 물 테이블 아래의 깊이입니다.단, 물 테이블이 경사진 경우 또는 첨부된 스케치에 나타난 것처럼 쐐기형 물 테이블이 있는 경우 침수가 발생합니다.정상 상태의 침투의 경우 침투 속도는 시간에 따라 변화하지 않습니다.수위가 시간에 따라 변화하거나 토양이 굳어지는 과정에 있는 경우에는 정상 상태 조건이 적용되지 않는다.

다아시의 법칙

Darcy의 법칙은 단위 시간당 다공질 매체를 통과하는 모공 유체의 흐름량은 거리에 따른 과도한 유체 압력의 변화 속도에 비례한다는 것입니다.비례 상수에는 유체의 점도와 토양의 고유 투과성이 포함됩니다.흙으로 채워진 수평 튜브의 간단한 경우

${\displaystyle Q=frac {-KA}{\mu}}{\frac {(u_{b}-u_{a}}}}{L}}}$

총유출량 $(시간당$ 부피 단위, 예를 들어 ft m/s 또는 m units$/$$s$)는 고유투과성$K{\displaystyle }$(\$displaystyle$K$),$$단면적{\displaystyle }$ $A(\$$displaystyle$$A$) 및 거리에 ${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$ 모공압 $변화율$에 $비례$한다$.$$}{L$ 및 유체 동적${\displaystyle }$ 점도에 반비례하는$μ {\displaystyle$ \mu$\}.$ 유체는 고압에서 저압으로 흐르기 때문에 음의 부호가 필요합니다.따라서 압력 변화가 음의$$경우($x$(\$displaystyle$x) 방향$$), 흐름은 양의($(\displaystyle$x) 방향$$)입니다.위의 방정식은 수평 튜브에 대해 잘 작동하지만 튜브가 기울어져서 점 b가 점 a와 다른 표고가 되면 방정식은 작동하지 않습니다.상승 효과는 모공 압력을 과도한 모공 압력으로 대체함으로써 $설명$됩니다. ${\displaystyle u_{}}$ ${\$는 다음과 같이 정의됩니다.

${\displaystyle u_{e}=u-\rho _{w}gz}$

$여기$서$$z {$displaystyle$ z$}$는 임의의 표고 기준(데이터)에서 측정된 깊이입니다.$\$$$u를$$u\displaystyle $u_{e}$로 $대체$하면 흐름의 보다 일반적인 방정식을 얻을 수 있습니다.

${\displaystyle Q=syslogfrac {-KA}{\mu}}{\frac {(u_{e,b}-u_{e,a}}}{L}}$

방정식의 양쪽을 A$(\displaystyle$ A$)$로 $나누고{\displaystyle }$ 과도한 공압의 변화율을 도함수로 표현하면 X방향의 겉보기 속도에 대한 보다 일반적인 방정식을 얻을 수 있습니다.

${\displaystyle v_{x}=black {-K}{\mu}}{\flac {du_{e}}{flac}}$

$여기$서 v ${\displaystyle x_{}}$ $=$ / $(\displaystyle v_{x$}=$Q/A)$는 속도 단위를 가지며 Darcy 속도(또는 특정 방전, 여과 속도 또는 표면 속도)라고 합니다.모공 또는 간극 $속도{\displaystyle {}_{}}$ v ${\displaystyle p_{}}$x {\$displaystyle v_{px}}$는 모공 내 유체 분자의 평균 속도이다. 이는 Dupuit-Forchheimer 관계를 통해 다아시 속도 및 $다공성{\displaystyle }$n(\$displaystyle$n$$)과 관련이 있다.

${\displaystyle v_{px}=v_{x}}{n}}$

(누출속도라는 용어는 다아시 ^[13]속도를 의미하며, 다른 저자는 다아시 속도를 의미하기 위해 사용합니다.)^[14]

토목 공학자는 주로 물과 관련된 문제에 대해 작업하고 주로 지구상의 문제(지구 중력)에 대해 작업합니다.이러한 종류의 문제에 대해 토목 기술자들은 종종 다아시의 법칙을 훨씬 더 간단한 ^[4][6][15]형태로 기술합니다.

${\displaystyle v=ki}$

$여기$서$$k(\$displaystyle$ k$)$는 k ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle K\frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{w_{}}{}}$ w ${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{\mu }_{}}{}}$w { $displaystyle$ k =$frac { K\rho$ _${w}g}{\mu$ _${w$로 $정의$된 유압 $전도율$이고 i$(\displaystyle$ i$)$는 유압 구배입니다.유압 구배는 거리에 따른 총 헤드의 변화율입니다.한 지점에서 총 헤드 $(\displaystyle$ h$)$는 해당 지점에서 물이 올라오는 높이(기준에 대해 측정됨)로 정의됩니다.총 헤드는 다음과 같이 과도한 수압과 관련이 있습니다.

${\displaystyle u_{e}=\rho _{w}gh+정수}$

${\displaystyle {깊이}_{}}$ 원점과 동일한 표고에서 헤드 측정 기준$z$를 ${\displaystyle \mathrm{선택}}$하면 C ${\displaystyle \mathrm{on}}$ s t ${\displaystyle n}$ t$$ \ $displaystyle$constant는 0이$$ 됩니다(\$displaystyle u_{e$

유압 전도율의 일반적인 값

유압 전도율 값 $(\style$ k$)$는 토양 유형에 따라 여러 가지 크기로 달라질 수 있습니다.점토는 약 ${\displaystyle {10}^{~}\frac{}{}}$ $(\$ 10$^{-122}{\frac {m}{s$의 유압전도율을 가질 수 있으며, 자갈은 약 ${\displaystyle {10}^{~}\frac{}{}}$ $(\$ 10$^{-1}{\frac {m}{s$의 유압전도율을 가질 수 있으며, 샘플링 및 테스트 공정에서 층상 및 이질성 및 교란으로 정확한 측정이 가능합니다.토양 수압 전도율은 매우 어려운 문제입니다.^[4]

비행선

다아시의 법칙은 1차원,^[3] 2차원 또는 3차원으로 적용된다.2차원 또는 3차원에서 정상상태 침투는 라플라스 방정식으로 설명된다.이 방정식을 풀 수 있는 컴퓨터 프로그램을 사용할 수 있습니다.그러나 전통적으로 2차원 침출 문제는 flightet으로 ^[3][15][16]알려진 그래픽 절차를 사용하여 해결되었습니다.플라이트의 라인 세트 중 하나는 물 흐름 방향(유량 라인)이고 다른 하나는 일정한 총 헤드 방향(등위 라인)입니다.플라이트를 사용하여 댐 및 시트 말뚝 아래 침투량을 추정할 수 있습니다.

침출력과 침식

침출 속도가 충분히 클 경우 토양 입자에 가해지는 마찰 항력에 의해 침식이 발생할 수 있습니다.시트 말뚝의 하류 쪽과 댐 또는 제방의 발가락 아래에 수직으로 위쪽으로 스며드는 것은 위험의 원천입니다."토양 배관"으로 알려진 토양의 침식은 구조물의 기능 상실과 싱크홀 형성을 초래할 수 있습니다.침출수는 침출구부터 토양을 제거하여 침식을 촉진한다.^[17]"모래 끓기"라는 용어는 활성 토양 ^[18]파이프의 배출 단부의 외관을 나타내기 위해 사용됩니다.

침투 압력

위쪽 방향으로 스며들면 토양 내의 유효 응력이 감소합니다.토양의 한 지점의 수압이 그 지점의 총 수직 응력과 같으면 유효 응력은 0이 되고 토양의 변형에 대한 마찰 저항은 없다.표층에서는 상향 유압구배가 임계구배와 ^[15]같을 때 수직유효응력이 층 내에서 0이 된다.유효 응력이 0일 때 토양의 강도는 매우 낮으며 상대적으로 투과성이 없는 토양의 층은 기초 수압으로 인해 부풀어 오를 수 있다.상향 침수로 인한 강도 손실은 제방 붕괴의 일반적인 원인이다.위쪽 침출과 관련된 유효 응력이 0인 상태를 액상화, 유사 또는 끓는 상태라고도 합니다.유사는 흙 입자들이 돌아다니고 살아 있는 것처럼 보이기 때문에 그렇게 이름 붙여졌다.(모래에 '흡입'하는 것은 불가능합니다.반대로, 당신은 반쯤 몸을 뜬 채로 떠다닐 것입니다.)^[19]

유효 응력 및 모세혈관성: 정수압 조건

토양의 역학을 이해하기 위해서는 상이한 상으로 인해 정상적인 응력과 전단 응력이 어떻게 공유되는지 이해할 필요가 있다.기체와 액체 모두 전단 응력에 큰 저항을 제공하지 않습니다.토양의 전단 저항성은 입자의 마찰과 연동에 의해 제공됩니다.마찰은 고체 입자 사이의 입자 간 접촉 응력에 따라 달라집니다.반면, 정상 응력은 유체 및 ^[7]입자에 의해 공유됩니다.공기는 상대적으로 압축이 가능하기 때문에 대부분의 지질공학적 문제에서 일반적인 응력이 거의 걸리지 않지만 액체 물은 상대적으로 압축이 불가능하며, 공극이 물로 포화되면 공극 물을 짜내어 입자를 서로 밀착시켜야 합니다.

Karl Terzaghi에 의해 도입된 유효 응력의 원리는 유효 응력 δ'(즉, 고체 입자 간의 평균 입간 응력)는 총 응력에서 공압을 단순히 빼서 계산할 수 있다고 명시하고 있다.

${\displaystyle \displaystyle '=\displays -u,}$^[7]

여기서 θ는 총응력이고 u는 모공압이다.θ'를 직접 측정하는 것은 실용적이지 않기 때문에 실제로 수직 유효 응력은 모공압과 수직 총 응력으로부터 계산된다.압력과 스트레스라는 용어의 구별도 중요합니다.정의상 한 점의 압력은 모든 방향에서 동일하지만 한 점의 응력은 다른 방향으로 다를 수 있습니다.토양역학에서 압축응력과 압력은 양, 인장응력은 음으로 간주되며 이는 응력에 대한 고체역학 기호 규칙과는 다르다.

총응력

수평 지반 조건의 경우, 점에서의 총 수직 응력 ${\displaystyle v_{}}$ v$$\ $displaystyle$\$sigma$_ { $v$}는 평균 단위 면적당 해당 점 위의 모든 것의 무게입니다.밀도$\theta {\displaystyle }$ {$displaystyle \rho$ 및 $두께{\displaystyle }$H {\$displaystyle$ H$}$의 균일한 표면층 아래의 수직 응력은 다음과 같습니다.

$\displaystyle _{v}=\rho gH=\gamma H}$

$여기$서$$g {\$displaystyle$g$$}는 중력에 의한 가속도이고$\theta {\displaystyle }$ {\$displaystyle\display}$는 오버레이어의 단위 중량입니다.관심 지점 위에 토양 또는 물의 여러 층이 있는 경우 수직 응력은 단위 무게와 모든 층 두께의 곱을 합산하여 계산할 수 있다.전체 응력은 토양의 밀도에 비례하여 깊이가 증가함에 따라 증가한다.

이 방법으로는 수평 총 응력을 계산할 수 없습니다.측면 토압은 다른 곳에서 다루어진다.

공극 수압

정수 상태

토양에서 공극수 흐름이 발생하지 않으면 공극수압은 정수압입니다.수표는 수압이 대기압과 동일한 깊이에 위치한다.정수압 조건의 경우 수압은 물 테이블 아래의 깊이와 함께 선형적으로 증가합니다.

${\displaystyle u=\rho_{w}gz_{w}$

여기서 ${\displaystyle w_{}}$ w$$w \ $displaystyle \rho$ _${w}$는 물의 밀도이고 ${\displaystyle z_{}}$ w w$$\ $displaystyle z_{w}$는 물 테이블 아래의 깊이입니다.

모세관 작용

표면 장력으로 인해 물은 자유 표면 위로 작은 모세관 안에서 상승합니다.마찬가지로, 물은 물 테이블 위로 올라와 토양 입자 주변의 작은 기공 공간으로 들어갈 것입니다.사실 토양이 수면 위로 어느 정도 떨어져 있으면 완전히 포화 상태가 될 수 있습니다.모세관 포화도 이상에서는 토양이 젖을 수 있지만, 표고와 함께 수분 함량이 감소합니다.캐피럴리 존의 물이 이동하지 않으면 수압은 정수적 $평형{\displaystyle }$ ${\displaystyle u_{}}$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle z_{}}$ w g z w$$w = \ $rho$_ { w }$gz$_ { w }$$note note note note note note note note note ${\displaystyle {note}_{}}$ note note note if if if if if of$the{\displaystyle {}_{}}$ the the of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of u = \ $displaystyle$ u=\$rho$ _ { who _ { w} $gz_{w}$ gz_{w} = if if if if if따라서 정수압 수압은 물 테이블 위에서 음수입니다.모세관 포화 구역의 두께는 모공 크기에 따라 다르지만, 일반적으로 거친 모래의 높이는 1센티미터 내외에서 실트나 ^[3]점토의 높이는 수십미터까지 다양합니다.실제로 토양의 공극 공간은 균일한 프랙탈이다. 예를 들어 평균 선형 크기 L의 균일한 분포의 D차원 프랙탈 집합이다.점토 토양의 경우 L=0.15mm, D=2.^[20]7인 것으로 확인되었다.

물의 표면 장력은 왜 물이 젖은 모래성이나 촉촉한 점토덩어리에서 빠져나가지 않는지 설명해준다.음의 수압은 물을 입자에 달라붙게 하고 입자를 서로 끌어당겨 입자 접점에서의 마찰로 모래성이 안정됩니다.하지만 젖은 모래성이 자유 수면 아래로 잠기는 순간, 음압은 사라지고 성은 무너진다.유효응력방정식 $\sigma {\displaystyle {}^{}}$′ $=$ ${\displaystyle ,}$ -${\displaystyle u}$, {displaystyle $\display$ '=\$display -u$ ,$\}$를 고려하면, 자유표면(총정상응력이 0인 표면)에서도 유효응력은 양수일 수 있다.음의 세공압은 입자를 끌어당겨 압축 입자가 입자 접촉력을 갖게 합니다.점토질 토양에서의 음의 모공 압력은 모래보다 훨씬 더 강력할 수 있습니다.음의 모공 압력은 점토토가 건조할 때 수축하고 물에 젖을 때 부풀어 오르는 이유를 설명합니다.팽창과 수축은 특히 가벼운 구조물과 도로에 ^[15]큰 고통을 초래할 수 있습니다.

이 문서의 뒷부분에서는 침출 및 고결 문제에 대한 모공 수압에 대해 설명합니다.

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  입자 접촉부의 물

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  표면 장력에 의한 입자간 접촉력

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  건조로 인한 수축

통합: 일시적인 물의 흐름

고결은 토양의 부피가 감소하는 과정이다.흙에 응력이 가해지면 흙 입자가 더 촘촘하게 뭉쳐 부피가 줄어들게 된다.이것이 물로 가득 찬 토양에서 발생할 때, 물은 흙에서 짜낼 것이다.점토질의 두꺼운 퇴적층에서 물을 짜내는 데 몇 년이 걸릴 수 있다.모래 층의 경우, 물은 몇 초 만에 짜낼 수 있습니다.건물의 기초나 새로운 제방을 건설할 경우 아래 토양이 굳어져 침하가 일어나 건물이나 제방에 피해를 줄 수 있다.칼 테르자기는 정착의 양과 ^[21]정착에 필요한 시간을 예측할 수 있는 1차원 통합 이론을 개발했다.그 후, 모리스 비오트는 3차원 토양 굳힘 이론을 완전히 발전시켰고, 이전에 테르자기에 의해 개발된 1차원 모델을 보다 일반적인 가설로 확장하고 기탄성의 ^[7]기본 방정식 세트를 도입했다.토양은 압축지수와 고결계수를 결정하기 위해 외도계 시험을 통해 테스트된다.

응집된 토양에서 응력이 제거되면 토양이 다시 반등하여 모공으로 물을 끌어들여 응집 과정에서 잃었던 체적을 회복합니다.응력이 다시 가해지면 토양이 재압축 지수로 정의된 재압축 곡선을 따라 다시 응고됩니다.큰 압력으로 굳어진 후 하중을 가한 토양은 과도하게 고화된 것으로 간주된다.과거의 최대 수직 유효 응력을 사전 응력이라고 합니다.현재 최대 과거 수직 유효 응력을 겪고 있는 토양은 정상적으로 고결되어 있다고 한다.OCR(과밀비)은 현재의 수직 유효 응력에 대한 과거 최대 수직 유효 응력의 비율이다.OCR은 두 가지 이유로 중요하다. 첫째, 정상적으로 통합된 토양의 압축성이 과도하게 통합된 토양의 압축성보다 상당히 크기 때문이다. 둘째, 점토질의 전단 거동 및 희석성은 임계 상태의 토양 역학을 통해 OCR과 관련이 있다. 반면, 고도로 통합된 점토질은 확장성이 있다.일반적으로 굳어진 토양은 ^[2][3][4]수축하는 경향이 있다.

전단 거동: 강성과 강도

토양의 전단강도와 강성은 토양이 안정되는지, 얼마나 변형될지를 결정한다.경사가 안정적인지, 건물이나 교량이 지면에 너무 많이 가라앉을지, 옹벽에 가해지는 제한 압력 등을 판단하기 위해서는 강도에 대한 지식이 필요하다.토양 요소의 기능 상실과 지질학적 구조물 기능 상실(예: 건물 기초, 경사면 또는 옹벽)을 구별하는 것이 중요하다. 일부 토양 요소는 구조물의 기능 상실 전에 최대 강도에 도달할 수 있다.응력-변형 곡선의 토양 요소에 대한 "전단 강도"와 "유율점"을 정의하기 위해 다른 기준을 사용할 수 있다.피크 전단 강도를 응력-변형 곡선의 피크로 정의하거나 임계 상태의 전단 강도를 전단 저항이 낮아질 때 큰 변형률 이후의 값으로 정의할 수 있다.응력-변형 곡선이 전단 강도 시험 종료 전에 안정되지 않으면 "강도"는 15-20% ^[15]변형률에서 전단 저항으로 간주되기도 한다.토양의 전단 강도는 유효 응력과 보이드 비율을 포함한 많은 요인에 의해 결정됩니다.

예를 들어 전단 강성은 파괴 전 기초와 경사면의 변형 크기를 평가하기 위해 그리고 전단파 속도와 관련이 있기 때문에 중요하다.전단 변형률 함수로서의 전단 응력 플롯의 초기, 거의 선형 부분의 기울기를 전단 계수라고 한다.

마찰, 연동 및 팽창

토양은 거의 또는 전혀 침착되지 않은 입자의 집합체이며, 암석(사암 등)은 화학적 결합에 의해 강하게 접착된 입자의 집합체로 구성될 수 있습니다.토양의 전단 강도는 주로 입자 간 마찰에 기인하므로 평면에서의 전단 저항은 해당 ^[3]평면에서의 유효 수직 응력에 대략 비례한다.따라서 내부 마찰 각도는 최대 안정 기울기 각도와 밀접하게 관련되어 있으며, 종종 정지각이라고 불립니다.

그러나 마찰과 더불어 토양은 곡물의 연동을 통해 상당한 전단저항을 일으킨다.입자가 촘촘하게 채워지면 전단 변형되기 때문에 입자가 서로 갈라지는 경향이 있다.Osborne ^[11]Reynolds는 전단작용으로 인한 입자 매트릭스의 확장을 dlatancy라고 불렀다.입자의 집합체를 전단하는데 필요한 에너지를 생각하면 전단력 T에 의해 입력되는 에너지 x가 있고 시료가 거리 ^[11]y를 확장함에 따라 통상력 N에 의해 입력되는 에너지도 있다.입자가 팽창하는 데 필요한 추가 에너지 때문에 팽창성 토양은 수축성 토양보다 피크 강도가 더 높습니다.또한 희석성 토양 입자가 팽창함에 따라 더 느슨해지고(공극비가 증가), 임계공극비에 도달할 때까지 팽창률이 감소한다.수축성 토양은 깎아내릴수록 밀도가 높아지고 수축률은 임계 보이드비에 이를 때까지 감소한다.

토양이 팽창하거나 수축하는 경향은 주로 토양의 구속 압력과 보이드 비율에 따라 달라집니다.구속 압력이 작고 보이드 비율이 작을 경우 팽창 속도가 높습니다.구속압력이 크고 보이드비가 크면 수축률이 높다.첫 번째 근사치로서 수축 및 팽창 영역은 임계 상태선에 의해 분리된다.

고장 기준

토양이 임계 상태에 도달한 후에는 더 이상 수축하거나 팽창하지 않으며 $고장면$의 ${\displaystyle {\mathrm{전단}}_{}}$ 응력은 고장면의 유효 법선 응력 ${\displaystyle n_{}^{}}$ n ${\$ \ $displaystyle \sigma$$_${$n'}$ 및$$ 임계 상태 마찰각 ${\displaystyle c_{}^{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{crit}}_{}^{}}$$$c c i ${\displaystyle t_{}^{}}{\displaystyle {}_{}^{}}$ { discrit}에 의해 결정된다.$playstyle \phi$ _${crit}$ \ $\}$ :

$\displaystyle _{crit}=\displaystyle _{n}'\tan \phi _{crit}\}$

그러나 토양의 피크 강도는 연동(지속성) 기여로 인해 더 클 수 있다.다음과 같이 기술할 수 있습니다.

$\displaystyle _{peak}=\displaystyle _{n}'\tan \phi _{peak}\}$

여기서 p k > $c$ i t ${\${ $displaystyle$ \$phi$_ { peak } > \$phi$ _ { crit 단, 설계에 임계상태값보다 큰 마찰각을 사용하는 경우에는 주의가 필요합니다.기초나 경사면, 옹벽 등 실질적인 문제에서 피크 강도가 동시에 모든 곳에 동원되는 것은 아니다.임계 상태 마찰각은 피크 마찰각만큼 가변적이지 않으므로 안심하고 신뢰할 수 있습니다.^[3][4][11]

쿨롱은 지연성의 중요성을 인식하지 못하면서 토양의 전단 강도는 접착력과 마찰 ^[11]성분의 조합으로 표현될 수 있다고 제안했다.

$\displaystyle _{f}=c'+\display _{f}\tan \phi ',}$

마지막 방정식의 c ${\$ { $displaystyle$ c$$} 및$$ $\varphi {\displaystyle {}^{}}$ ${$ $displaystyle \phi$ '$$} $파라미터$는 기초적인 토양 ^{[3][6][11][22]}특성이 아닌 것으로 알려져 있습니다.특히 유효응력의 ^[6][22]크기에 따라 c ${\$ { $displaystyle$ c$$}와$$ $\varphi {\displaystyle {}^{}}$ ${$ $displaystyle \phi$}가 다르다.Scofield(2006)^[11]에 따르면 오랫동안 c ${\$ {$displaystyle$ c$'$를 $실제로{\displaystyle {}^{}}$ 사용했기 때문에 많은 엔지니어들이 c ${\$ {$displaystyle$ c$'$가 기본 파라미터라고 $잘못{\displaystyle {}^{}}$ 믿고 있습니다.c ${\$ { $display style$ c$$} anddisplay$$ $display{\displaystyle {}^{}}$ display i$$i i { $display$style \$phi$}가$$ $일정$하다고 가정하면 피크 ^[3][22]강도를 과대평가할 수 있습니다.

구조, 직물 및 화학

강도의 마찰 및 연동(지속성) 구성요소 외에도 구조와 직물은 토양 거동에 중요한 역할을 합니다.구조 및 직물에는 고형 입자의 간격 및 배치 또는 모공수의 양과 공간 분포와 같은 요소가 포함됩니다. 경우에 따라서는 시멘트 소재가 입자-입자 접점에 축적됩니다.토양의 기계적 거동은 입자의 밀도, 입자의 구조 또는 배치, 존재하는 유체의 양과 공간 분포(예: 물과 공극)에 의해 영향을 받는다.다른 요인으로는 입자의 전하, 공극수의 화학, 화학 결합(즉, 재결정 탄산칼슘과 같은 고체 물질을 통해 연결된 석출 - 입자)이 있다.

배수 및 비배수 전단

모공 공간에 물과 같이 거의 압축할 수 없는 유체의 존재는 모공이 확장되거나 수축되는 능력에 영향을 미칩니다.

모공이 물로 포화되면 팽창하는 모공을 채우기 위해 팽창하는 모공 공간으로 물을 빨아들여야 합니다(이 현상은 젖은 모래로 밀려드는 발 주위에 분명히 건조한 점이 형성될 때 해변에서 볼 수 있습니다).

마찬가지로 수축성 토양의 경우 모공 공간에서 물을 짜내 수축이 일어나도록 해야 한다.

공극의 확장은 수분을 모공으로 끌어들이는 음의 수압을 유발하고, 공극의 수축은 물을 모공 밖으로 밀어내는 양의 모공 압력을 유발합니다.물이 팽창하거나 수축하는 세공공간으로 빨려들어갈 수 있는 속도에 비해 전단속도가 매우 큰 경우 전단속도를 비배수전단이라고 하며, 전단속도가 수압이 무시할 정도로 느린 경우 전단속도를 배수전단이라고 한다.비배수 전단 시에는 부피 변화 경향에 따라 수압 u가 변화합니다.유효응력방정식에서 u의 변화는 다음 방정식에 의해 유효응력에 직접 영향을 미칩니다.

${\displaystyle \displaystyle '=\displays -u,}$

강도는 효과적인 스트레스에 매우 민감합니다.따라서 토양의 비배수 전단 강도는 토양의 수축성 또는 확장성 여부에 따라 배수 전단 강도보다 작거나 클 수 있다.

전단 시험

강도 매개변수는 실험실에서 직접 전단 시험, 삼축 전단 시험, 단순 전단 시험, 낙추 원뿔 시험 및 (손) 전단 베인 시험을 사용하여 측정할 수 있다. 오늘날 실제로 사용되는 장치에는 수많은 다른 장치 및 변형이 있다.지반 내 토양의 강도와 강성을 특징짓기 위해 실시하는 시험에는 원뿔 침투 시험과 표준 침투 시험이 포함된다.

기타 요인

토양의 응력-변형 관계, 따라서 전단 강도는 다음과 같은 ^[23]영향을 받는다.

1. 토양 조성(기초 토양 재료): 광물학, 입자 크기 및 입자 크기 분포, 입자 모양, 모공액 유형 및 함량, 곡물의 이온 및 모공액 내.
2. 상태(초기):초기 보이드비, 유효 법선응력 및 전단응력(응력 이력)으로 정의한다.상태는 느슨함, 밀도, 과도한 통합, 보통 통합, 경직, 부드러움, 수축, 확장 등의 용어로 설명할 수 있습니다.
3. 구조:토질량 내 입자의 배치, 즉 입자가 충전 또는 분포되는 방식을 말합니다.층, 이음새, 균열, 슬릭사이드, 빈 공간, 포켓, 석출 등과 같은 기능은 구조물의 일부입니다.토양 구조는 다음과 같은 용어로 설명된다: 방해받지 않음, 교란됨, 리몰드, 압축됨, 시멘트, 응집됨, 꿀집합, 단일 입자, 응집됨, 디클로제이션, 층화됨, 층화됨, 적층됨, 등방성 및 이방성.
4. 부하 조건: 유효 응력 경로 - 배수, 비배수 및 부하 유형 - 규모, 속도(정적, 동적), 시간 이력(단조, 주기적)

적용들

횡방향 접지 압력

수평 지반 응력 이론은 토양이 중력에 수직으로 가할 수 있는 응력의 양을 추정하기 위해 사용된다.이것은 옹벽에 가해지는 스트레스입니다.수평 지반 응력 계수 K는 무응집 토양에 대한 수직 유효 응력에 대한 수평 유효 응력(수평)의 비율로 정의된다(K=metric'/_hmetric')._v정지, 활성 및 수동의 세 가지 계수가 있습니다.정지 시 응력은 교란이 발생하기 전에 지면에 가해지는 횡응력이다.활성응력 상태는 벽이 횡응력의 영향을 받아 토양으로부터 멀어질 때 도달하며, 횡응력 감소에 따른 전단파괴로 인해 발생한다.수동응력 상태는 벽이 측면응력 증가로 질량 내에서 전단파괴를 일으킬 정도로 멀리 토양에 밀어넣을 때 도달한다.수평 지반 응력을 추정하는 데는 많은 이론이 있다; 어떤 것은 경험에 기초하고 어떤 것은 분석적으로 도출된다.

베어링 용량

토양의 지지능력은 토양의 전단파괴를 일으키는 기초와 토양 사이의 평균 접촉응력이다.허용 지지응력은 지지능력을 안전계수로 나눈 값이다.때때로 연성토양의 현장에서는 실제 전단파괴가 발생하지 않고 하중을 받는 기초 아래에서 대규모 침하가 발생할 수 있다. 이 경우 최대 허용 침하와 관련하여 허용 지지응력이 결정된다.프로젝트의 건설 및 설계 단계에서 노반 강도를 평가하는 것이 중요합니다.CBR(California Bearing Ratio) 테스트는 일반적으로 토양의 설계 및 시공 적합도를 결정하는 데 사용됩니다.현장 판 하중 시험은 토양/지반 및 지반 반응 계수(ks)의 변형 및 파괴 특성을 예측하는 데 일반적으로 사용됩니다.노상 반응 계수(ks)는 기초 설계, 토양 구조 상호 작용 연구 및 고속도로 ^{[citation needed]}포장 설계에 사용된다.

경사 안정성

경사 안정성 분야에는 토양과 암석 매립 댐의 경사면, 다른 유형의 제방의 경사면, 굴착 경사면, 토양과 ^[24]연암의 자연 경사면의 정적 및 동적 안정성 분석이 포함된다.

오른쪽과 같이 토사면에는 절단구형의 약점대가 형성될 수 있습니다.이러한 현상이 발생할 확률은 간단한 2-D 원형 분석 ^[25]패키지를 사용하여 미리 계산할 수 있습니다.분석의 주요 어려움은 주어진 ^[26]상황에서 가장 가능성이 높은 슬립 플레인을 찾는 것입니다.많은 산사태는 그 이후에야 분석되었다.산사태 대 암석의 강도는 고려해야 할 두 가지 요소이다.

최근의 동향

토양역학의 최근 발견은 토양변형이 동적 시스템의 동작으로 묘사될 수 있다는 것이다.토양역학에 대한 이 접근방식은 DSSM(Dynamic Systems based Soil Mechanics)이라고 불립니다.DSSM은 토양변형이 입자가 랜덤 전단변형에서 최종위치로 이동하는 포아송 과정이라고 단순하게 생각합니다.

DSSM의 기초는 토양(모래 포함)이 일정한 변형률 조건에서 전단 응력, 유효 구속 응력 및 보이드비의 변화가 없는 정상 상태 조건에 도달할 때까지 전단할 수 있다는 것이다.정상 상태는 하버드 대학의 토양역학과의 부교수인 스티브 J. 폴로스에 의해^[27] 공식적으로 정의되었는데, 그는 아서 카사그란드가 그의 경력의 끝을 향해 공식화하고 있다는 가설을 바탕으로 만들었습니다.정상 상태 조건은 "critical state" 조건과 동일하지 않습니다.이는 정상 상태에서 통계적으로 일정한 구조를 지정한다는 점에서 위험 상태와는 다릅니다.정상 상태 값은 변형률에 매우 약간 의존합니다.

자연계의 많은 시스템이 정상 상태에 도달하고 동적 시스템 이론이 이러한 시스템을 설명하기 위해 사용됩니다.토양 전단(soil shear)은 동적 ^[28][29]시스템이라고도 할 수 있습니다.토양 전단 동적 시스템의 물리적 기초는 입자가 무작위 전단 ^[30]변형에서 정상 상태로 이동하는 포아송 프로세스입니다.조셉은^[31] 이를 일반화했다. 입자는 무작위 전단 변형에서 최종 위치(정체 상태뿐만 아니라)로 이동한다.DSSM의 기원은 정상 상태 개념이기 때문에 때때로 비공식적으로 "하버드 토양 역학"이라고 불립니다.

DSSM은 모래를 포함하여 응력-변형 곡선에 매우 근접한 적합성을 제공한다.고장 평면의 조건을 추적하기 때문에 다른 이론에서는 할 수 없는 민감한 점토와 실릿의 고장 후 영역에 근접한 적합성을 제공합니다.또한 DSSM은 지금까지 토양 역학의 주요 관계를 설명하는데, 예를 들어, 정규화된 비배수 피크 전단 강도는 왜 과도한 결합 비율의 로그에 따라 달라지며, 응력-변형 곡선은 왜 초기 유효 구속 응력으로 정규화되는지, 그리고 왜 1차원 통합에서 다음과 같은 이유를 설명합니다.보이드비는 유효 수직 응력 로그에 따라 달라야 하며, 1차 곡선이 정적 하중 증분에 대해 고유한 이유, 압축 지수 Cc에 대한 크리프 값 Cα의 비율이 ^[32]광범위한 토양에 대해 거의 일정해야 하는 이유.

「 」를 참조해 주세요.

• 임계상태 토양역학
• 지진 공학
• 공학 지질학
• 토공 원심분리기 모델링
• 지질공학
• 지질공학(해외)
• 지질학
• 수문 지질학, 토양 특성과 밀접한 관련이 있는 대수층 특성
• 국제토질역학회 및 지질공학회
• 암석역학
• 경사 안정성 분석

레퍼런스

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