shear strength of soil - dsu.ac.kr

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

Chapter 12 Geotechnical Engineering

1.1 Failure caused by Shear

전단파괴면의 경사

최대주응력 = 1

최소주응력 = 3

Mohr 원과 파괴포락선

Chapter 12 Geotechnical Engineering

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.

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1.2 Direct Shear Test Equipment

변형률제어 직접전단시험 장비

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1.3 Direct Shear Test

직접전단시험

응력제어(stress-controlled) 시험

변형률제어(strain-controlled) 시험

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1.4 Direct Shear Test for Dry Sand

전단변위-전단응력:

전단변위-시료높이:

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1.5 Shear Strength Parameter (dry sand)

건조한 모래의 전단강도 정수 결정

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1.6 Direct Shear Test for Saturated Soil

배수 직접전단시험

과압밀점토, 과잉간극수압 소산

시험시간 2-5일 소요

Chapter 12 Geotechnical Engineering

1.7 Example for Direct Shear Test

Chapter 12 Geotechnical Engineering

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?

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1.8 Interface of a foundation and soil

경계면 마찰각 결정

𝑐𝑎′ = 부착력(adhesion)

𝛿′ = 흙과 기초재료 사이의 유효마찰각

𝜏𝑓 = 𝑐𝑎′ + 𝜎′ tan 𝛿′

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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

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2.1 Consolidated Drained Test

압밀배수시험 (CD test)

과잉간극수압 소산

압밀되는 시간소요

전응력=유효응력

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2.2 Consolidated Drained Test

압밀배수시험 (CD test)

과입밀점토

정규압밀점토

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2.3 Consolidated Undrained Test

압밀비배수시험 (CU test)

전응력 유효응력

축차응력 = 간극수압

• Skempton 간극수압계수

𝐴 = 𝐴𝑓 =∆𝑢𝑑 𝑓

∆𝜎𝑑 𝑓

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2.4 Unconsolidated Undrained Test

비압밀비배수시험 (UU test)

구속압력(3)을 가하는 동안 배수를 허용하지 않는다.

축차응력(d)에 의해 전단파괴

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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.

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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°

Chapter 12 Geotechnical Engineering

3. Unconfined compression Test

일축압축시험

구속압력(3)은 “0”

축하중(1) = 최대주응력에 의해 전단파괴

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4. Sensitivity and Thixotropy of Clay

점토의 예민비 (1~8)

불교란(undisturbed)상태

교란(remolded)상태

quick clay = 10 ~ 80

Chapter 12 Geotechnical Engineering

4.1 Sensitivity and Thixotropy of Clay

점토의 틱소트로피

흙의 교란된 후,

함수비 변화 없음

강도를 회복

틱소트로피 강도 비

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5. 응력 경로 (Stress path)

삼축압축시험의 결과로 여러 점을 연결

시료가 받는 연속적인 응력 상태

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5. 응력 경로 (Stress path)

Mohr 원의 정점을 잇는 선(점 D)

수정파괴포락선(modified failure envelope), 𝑲𝒇선

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1. 수평토압: 정지토압, 주동토압

Lateral Earth Pressure: At-Rest, Active Rankine Theory

Chapter 12 Geotechnical Engineering

2. 수평토압: 수동토압

Lateral Earth Pressure: Passive Rankine Theory

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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′

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5. Example (earth pressure)

Chapter 12 Geotechnical Engineering

6. Example (shallow foundation)