지반

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지반(地盤)은 표면이다.[1] 건축물 등의 기초가 된다.

지반 내의 응력분포[편집]

지반 내의 응력(지중응력)은 흙 자체의 무게로 인한 압력(상재압력, overburden pressure, geostatic stress 또는 초기응력(initial stress))과 지표면 상의 재하 하중(surcharge)로 구분한다.[2] 지하수나 모세관 수의 영향을 받는 경우는 물에 의한 응력 변화도 고려해야 한다.[3]

상재압력[편집]

연직응력
상재압력.png

z 깊이에 있는 미소 요소에 작용하는 상재압력 σv는 미소 요소부터 지표면까지의 흙 기둥 무게만큼이 압력으로 작용하여 이다.[4]

집중하중에 의한 응력[편집]

집중하중 응력.png

Boussinesq에 의하면 지반이 무한히 크고, 균질이며, 탄성, 등방성이라고 가정할 경우 연직응력, 방사선 응력, 접선응력, 전단응력은 다음 식으로 구할 수 있다. μ는 포아송비이다.

연직 응력
방사선 응력
접선 응력
전단 응력

그림에서 , 이므로 연직응력 으로도 나타낼 수 있다.[5]

원형 등분포하중에 의한 응력[편집]

원형 등분포 하중에 의한 연직응력

반지름이 r0인 원형 등분포하중에 의한 z 깊이에서의 연직응력 qz는 접촉압(contact pressure)을 라 할 때 다음과 같다. 이는 집중하중에 의한 연직응력 식을 적분하여 구한 것이다.[6]

선하중에 의한 응력[편집]

선하중에 의한 연직응력

무한 길이의 연성 선하중이 작용하는 경우 지반 내 연직응력 증가량은 다음과 같다.[7]

구조물에 의한 응력증가[편집]

지반 위에 구조물이 축조되면 지반에 하중이 가해지게 되고, 그 결과 지반의 응력이 증가한다. 응력 증가량을 계산하는 방법은 두 가지가 있다. 간이법(2:1법)과 평균법이 그것이다. 만약 지표면 위에 기초가 있는 게 아니라 지표면을 굴착해서 기초가 설치되었다면 굴착된 부분만큼의 응력감소와, 지하수부력에 의한 응력감소분을 P에서 빼주어야 한다.[8]

간이법[편집]

간이법은 2:1법이라고도 부른다.

간이법.png

유효응력과 공극수압[편집]

유효응력 그림.jpg

전응력(total stress, σ)은 유효응력(effective stress, or intergranular pressure, σ')과 공극수압(pore water pressure, or neutral stress, u)의 합으로 나타난다. 유효응력은 흙의 입자로 전달되는 압력을 말하고, 공극수압은 물로 전달되는 응력을 말한다. 그림에서 사각형으로 표시한 지반 내 미소 요소에 대한 응력을 식으로 나타내면 다음과 같다.[3]

접지압[편집]

기초에 하중이 작용할 때, 기초 저면에 접하는 지반에 발생하는 반력을 접지압(contact pressure)이라 한다. 접지압은 기초가 강성 기초인지 휨성 기초인지에 따라 1차적으로 다르고, 지반이 모래 지반인지 점토 지반인지에 따라 2차적으로 구분된다.[9][10]

  • 강성 기초
  • 모래 지반 위의 강성 기초 : 중심에서 최대 접지압, 가장자리에서 최소 접지압
  • 점토 지반 위의 강성 기초 : 중심에서 최소 접지압, 가장자리에서 최대 접지압
  • 휨성(연성) 기초
  • 모래 지반 위의 휨성 기초 : 등분포 접지압
  • 점토 지반 위의 휨성 기초 : 등분포 접지압

출처[편집]

  1. 표준국어대사전
  2. 이인모 2014, 93쪽.
  3. 장병욱 외. 2010, 61-62쪽.
  4. 이인모 2014, 94쪽.
  5. 장병욱 외. 2010, 68-70쪽.
  6. 장병욱 외. 2010, 70-71쪽.
  7. 장병욱 외. 2010, 72쪽.
  8. 장병욱 외. 2010, 170쪽.
  9. 임진근 외, <토목기사 과년도 - 토질 및 기초>(2015), 7-6, 7-7쪽, 성안당
  10. 이인모 (2015). 《기초공학의 원리》. 씨아이알. 33-34쪽. ISBN 979-11-5610-063-8. 

참고 문헌[편집]

  • 장병욱; 전우정; 송창섭; 유찬; 임성훈; 김용성 (2010). 《토질역학》. 구미서관. ISBN 978-89-8225-697-4. 
  • 이인모 (2014). 《토질역학의 원리》 2판. 씨아이알. ISBN 979-11-5610-009-6. 

더 보기[편집]