개념 한 쪽
토목기사 사면의 파괴거동 — 활동면과 한계굴착
사면 파괴는 활동면의 모양에 따라 평면파괴, 원호파괴, 전도파괴, 복합파괴로 나뉜다. 절토와 성토, 간극수압 상승, 침식, 지진이 파괴를 일으키며, 점성토의 수직굴착과 분사현상도 사면 안정의 한 갈래로 다룬다.
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뜻
파괴 모양은 지반 조건이 정한다. 평면파괴는 층리나 단층면 같은 약한 면을 따라 흙덩어리가 미끄러지는 형태이고, 원호파괴는 균질한 점성토 사면에서 원형에 가까운 활동면을 따라 일어난다. 절리가 발달한 암반에서는 흙덩어리가 앞으로 넘어지는 전도파괴가 생기고, 실제 사면에서는 여러 형태가 섞인 복합파괴도 나타난다. 안정해석에서 임계원은 안전율이 최소가 되는 원형 활동면을 뜻한다.
점성토를 지지 없이 수직으로 굴착할 수 있는 높이는 점착력이 정한다. 마찰각이 0인 점성토에서는 한계굴착높이 Hc = 4c/γ이고, 깊이 H까지 굴착했을 때 안전율은 Fs = 4c/(γH)다. 점착력 0.5kg/cm²는 5t/m²이므로, 단위중량 2.0t/m³인 지반을 7m 굴착하면 Fs = 4×5/(2×7) ≈ 1.43이다. 단위중량이 커지면 자중 응력이 커져 한계굴착높이는 오히려 작아진다.
분사현상은 물의 상승력이 흙의 유효무게를 이길 때 생긴다. 널말뚝을 박은 지반의 상류와 하류 수두차를 Δh, 침투 길이를 L이라 하면 동수경사 i = Δh/L이고, 분사에 대한 안전율은 Fs = γ'/(i·γw)다. 포화단위중량 2.0t/m³인 모래지반에 5m 깊이로 널말뚝을 박았고 수두차가 4m라면 γ' = 1.0t/m³, i = 4/5 = 0.8이므로 Fs = 1.0/(0.8×1.0) = 1.25다. 안전율이 1보다 작으면 분사가 일어난다.
예제
출제 패턴은 세 가지다. ① 파괴 모양 — 원호파괴를 층리면을 따른 파괴라고 적은 선지가 오답이다. ② 한계굴착 — Fs = 4c/(γH)에서 4를 빠뜨리거나 단위중량을 잘못 환산한 값이 오답이다. ③ 분사 — Fs = γ'/(i·γw)에서 동수경사를 수두차로만 쓴 값이 오답이다.
자주 묻는 물음
- 사면 파괴는 어떤 모양으로 나뉘나요?
- 평면파괴, 원호파괴, 전도파괴, 복합파괴로 나뉩니다. 지반의 층리·절리와 흙의 균질성에 따라 모양이 달라집니다.
- 점성토의 한계굴착높이는 어떻게 구하나요?
- 마찰각이 0일 때 Hc = 4c/γ로 구합니다. 깊이 H까지 굴착한 경우의 안전율은 Fs = 4c/(γH)입니다.
- 분사현상의 안전율은 어떻게 구하나요?
- 동수경사 i = Δh/L을 구한 뒤 Fs = γ'/(i·γw)로 계산합니다. 안전율이 1보다 작으면 분사가 일어납니다.
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