흙의 기본 물리적 성질은 3상 구성에 따른 체적, 중량 관계의 정량화로 정의되며 이후 압밀, 전단강도, 투수, 액상화 등 모든 지반의 거동해석의 출발점이 됩니다. 흙의 간극비, 간극률, 함수비, 함수율, 포화도의 개념도 확인하시기 바랍니다.
1. 흙의 기본적인 성질의 정의
흙은 흙입자를 중심으로 하여 그 사이에 물, 공기의 3상으로 구성되어 있고, 지반을 구성하는 흙, 물, 공기의 체적과 중량에 따라 성질이 크게 달라진다.
- 토양의 기본 물리적 성질이란, 토양을 구성하는 토립자·물·공기의 양적 관계를 부피와 중량의 관점에서 규정한 성질을 말한다. 이는 모든 지반공학적 해석과 시공 판단의 출발점이 된다.
| 구분 | 항목 |
|---|---|
| 체적관계 | 간극비(e), 간극률(n), 포화도(Sr) |
| 중량관계 | 함수비(w), 습윤비중/함수율 개념 |
2. 흙의 구성 개념
토양은 토립자(Solid), 물(Water), 공기(Air) 로 구성된 3상(三相) 물질이며, 각 상의 체적 관계(Volume relationship) 와 중량 관계(Weight relationship) 로 흙의 기본 물리적 성질을 정의한다.
1) 체적 관련 기호
| 기호 | 명칭 | 정의 |
|---|---|---|
| V | 전체 체적 | 토양 전체의 체적 |
| Vs | 토립자 체적 | 고체 입자가 차지하는 체적 |
| Vv | 공극 체적 | 공기와 물이 차지하는 체적 |
| Vw | 물의 체적 | 공극 중 물의 체적 |
| Va | 공기의 체적 | 공극 중 공기의 체적 |
2) 중량 관련 기호
| 기호 | 명칭 | 정의 |
|---|---|---|
| W | 전체 중량 | 토양 전체 중량 |
| Ws | 토립자 중량 | 고체 입자의 중량 |
| Ww | 물의 중량 | 토양 내 물의 중량 |
| Wa | 공기의 중량 | 공기의 중량 (일반적으로 무시) |
3. 흙의 기본적 성질의 종류
- 간극비(void rato, e) : 공극의 체적(Vv) 을 토립자의 체적(Vs) 으로 나눈 값
- 토양의 조밀도 판단 지표
- 압축성, 투수성, 전단강도와 밀접한 관련
- 간극률(porosity, n) : 공극 체적(Vv) 이 전체 체적(V) 에서 차지하는 비율
- 포화도(degree of saturatin, Sr) : 공극 중 물이 차지하는 체적 비율
- 완전 포화 시: Sr = 100%
- 완전 건조 시: Sr = 0%
- 함수비(water content, w) : 물의 중량(Ww) 을 토립자의 중량(Ws) 으로 나눈 비율
- 토질시험에서 가장 기본이 되는 자료
- 함수율(moisture content, w’) : 물의 중량(Ww)을 흙의 전체 중량(W)으로 나눈 비율
- e = Vv / Vs
- n = Vv / V
- Sr = Vw / Vv(%)
- w = Ww / Ws(%)
- w’ = Ww / W(%)
흙의 기본 물리적 성질은 3상 구성에 따른 체적, 중량 관계의 정량화로 정의되며 이후 압밀, 전단강도, 투수, 액상화 등 모든 지반의 거동해석의 출발점이 됩니다.
- 흙의 물리적 성질 : 함수, 간극비, 포화도, 밀도, 연경도
- 흙의 역학적 거동 특성 : 전단강도, 다짐과 압밀, 침하
- 간극수압, 부력, 양압력
- 모래의 팽창(Sand bulking)
- swelling, slacking, thixotropy
- 과압밀비(OCR)
- 액상화
- Dam up 현상