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Shear Strength of Soil

Chapter 12

동신대학교 토목공학과 지반공학연구실

Chapter 12 Geotechnical Engineering

1. Mohr-Coulomb Failure Criterion

Mohr-Coulomb 파괴이론

c = 점착력(cohesion)

= 내부마찰각

= 파괴면에서의 수직응력

f = 전단강도

A, B, C 위치에 따른 응력상태


1.1 Failure caused by Shear

전단파괴면의 경사

최대주응력 = 1

최소주응력 = 3

Mohr 원과 파괴포락선


1.1 Example for Friction angle

압밀배수 삼축압축시험(CD test)이 정규압밀점토에 대해 실시되었다. 실험결과에서 내부마찰각( )을 구하여라. 그리고, 파괴면이 최대주응력면과 이루는 각()을 구하여라.


1.2 Direct Shear Test Equipment

변형률제어 직접전단시험 장비


1.3 Direct Shear Test

직접전단시험

응력제어(stress-controlled) 시험

변형률제어(strain-controlled) 시험


1.4 Direct Shear Test for Dry Sand

전단변위-전단응력:

전단변위-시료높이:


1.5 Shear Strength Parameter (dry sand)

건조한 모래의 전단강도 정수 결정


1.6 Direct Shear Test for Saturated Soil

배수 직접전단시험

과압밀점토, 과잉간극수압 소산

시험시간 2-5일 소요


1.7 Example for Direct Shear Test


1.7 전단강도 Example

어떤 흙에 대해서 직접 전단시험을 한 결과 수직응력이 10kg/cm2일 때 전단저항이 5kg/cm2이었고, 또 수직응력이 20kg/cm2 일 때에는 전단저항이 8kg/cm2 이었다. 이 흙의 점착력은?


1.8 Interface of a foundation and soil

경계면 마찰각 결정

𝑐𝑎′ = 부착력(adhesion)

𝛿′ = 흙과 기초재료 사이의 유효마찰각

𝜏𝑓 = 𝑐𝑎′ + 𝜎′ tan 𝛿′


2. Triaxial Shear Test

삼축압축시험

고무막(rubber membrane)

유체압(confined pressure)

축차응력(deviator stress)

압밀배수시험(CD test)

압밀비배수시험(CU test)

비압밀비배수시험(UU test)

응력제어방식

변형률제어방식


2.1 Consolidated Drained Test

압밀배수시험 (CD test)

과잉간극수압 소산

압밀되는 시간소요

전응력=유효응력


2.2 Consolidated Drained Test

압밀배수시험 (CD test)

과입밀점토

정규압밀점토


2.3 Consolidated Undrained Test

압밀비배수시험 (CU test)

전응력 유효응력

축차응력 = 간극수압

• Skempton 간극수압계수

𝐴 = 𝐴𝑓 =∆𝑢𝑑 𝑓

∆𝜎𝑑 𝑓


2.4 Unconsolidated Undrained Test

비압밀비배수시험 (UU test)

구속압력(3)을 가하는 동안 배수를 허용하지 않는다.

축차응력(d)에 의해 전단파괴


2.5 Example (CD test)

정규압밀 점토를 대상으로 압밀배수시험을 실시하여 결과는 다음과 같다.

𝜎3 = 276 kN/m2

Δ𝜎𝑑 𝑓 = 276 kN/m2

1. 내부마찰각(𝝓′)과 파괴면이 최대주응력면과 이루는 각(𝜽)을 결정하라.

2. 파괴면의 수직응력(𝝈′)과 전단응력(𝝉𝒇)을 구하라.


2.5 Example (CD test) Solution

• 𝜏𝑓 = 𝜎′ tan𝜙′ (𝑐′ = 0 이므로)

• sin𝜙′ =𝜎1′−𝜎3

′

𝜎1′+𝜎3

′ =282.9−110.4

282.9+110.4= 0.438

• 𝜃 = 45 +𝜙′

2= 45° +

26°

2= 58°


3. Unconfined compression Test

일축압축시험

구속압력(3)은 “0”

축하중(1) = 최대주응력에 의해 전단파괴


4. Sensitivity and Thixotropy of Clay

점토의 예민비 (1~8)

불교란(undisturbed)상태

교란(remolded)상태

quick clay = 10 ~ 80


4.1 Sensitivity and Thixotropy of Clay

점토의 틱소트로피

흙의 교란된 후,

함수비 변화 없음

강도를 회복

틱소트로피 강도 비


5. 응력 경로 (Stress path)

삼축압축시험의 결과로 여러 점을 연결

시료가 받는 연속적인 응력 상태


5. 응력 경로 (Stress path)

Mohr 원의 정점을 잇는 선(점 D)

수정파괴포락선(modified failure envelope), 𝑲𝒇선


1. 수평토압: 정지토압, 주동토압

Lateral Earth Pressure: At-Rest, Active Rankine Theory


2. 수평토압: 수동토압

Lateral Earth Pressure: Passive Rankine Theory


5. Example (lateral earth pressure)

다음 옹벽에 대해 Rankine의 주동상태에서 벽체의 단위폭당 작용하는 토압과 그 작용점의 위치를 결정하라.

𝑃𝑎 =1

2𝐾𝑎𝛾𝐻

2

𝐾𝑎 =1−sin 𝜙′

1+sin 𝜙′


5. Example (earth pressure)


6. Example (shallow foundation)

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