중요 전문가 참고 사항: 이 기사는 보관된 교육 리뷰이며 지질공학 연구, 유효한 실험실 표준, 기초 계산 또는 사용 설명서가 아닙니다. “당사 규정”에 대한 원래 용어, 절차, 측정 단위, 값, 분류 및 참조는 해당 표준 및 규정 준수 여부를 확인하지 않고 이전되었습니다. 토양 테스트, 방법 선택, 결과 해석 및 설계 결정은 공인된 지질 공학 전문가와 특정 대상 및 위치에 대한 적절한 실험실에 의해 수행되어야 합니다.
토양 압축성 주제는 Savo Kusić의 새로운 공개 제안의 일부가 아닙니다. 현재 생산 주력 품목은 목창창, 목재-알루미늄창, 맞춤형 문이다. 특정 창호 프로젝트의 경우 견적 요청을 보내실 수 있습니다.
오이도미터 테스트의 기초
토양의 압축성은 측면 팽창을 방지한 압축 시험으로 결정되며, 이를 오이도미터 시험 또는 압밀 시험이라고도 합니다.
테스트는 교란되지 않은 샘플을 사용하여 수행되며 경우에 따라 교란된 샘플을 사용하여 수행됩니다. 첫 번째 경우, 금속 링을 눌러 더 크고 방해받지 않는 샘플로 테스트 샘플을 채취한 다음, 초과 샘플을 잘라내고 그 표면을 원통 가장자리와 수평으로 맞춘 후 링과 함께 장치에 공급합니다. 두 번째 경우에는 링에 항복점에서 균일한 상태의 샘플이 채워지고 그 상태에서 오이도미터에 도입됩니다.
테스트는 Terzaghi가 처음 제작한 Oedometer라는 장치를 사용하여 수행됩니다. 오늘날 이 장치에는 여러 가지 다른 구성이 있지만 모두 동일한 원리를 기반으로 하며 측면 팽창을 방지하면서 하중을 받는 토양 샘플의 압축을 테스트합니다.
오이도미터: 장치 설명
그림. 1. 주행거리계
Oedometer는 샘플이 두 개의 필터석 사이에 있는 금속 실린더로 구성됩니다(그림 1). 샘플은 직경이 7-10 cm이고 높이가 1-4 cm인 금속 링에 있는 장치에 도입됩니다. 하중 _P_는 상부 여과석을 통해 시료로 전달됩니다. 하부 필터 스톤 아래, 실린더 바닥에는 샘플에서 모세관으로 물을 배출하고 물을 공급하기 위한 채널이 있습니다. 시료의 압축은 공극을 희생하여 이루어지기 때문에 공극에 있는 고체 토양 입자와 물은 실질적으로 비압축성이므로 테스트 중에 필터 스톤, 채널 및 모세관을 사용하여 시료에서 물이 배수되도록 해야 합니다.
기기 왼쪽에는 원통 앞에 꼭지가 있는 급수관이 있고, 오른쪽에는 원통 뒤에 꼭지가 있는 모세관이 있습니다. 모세관은 토양 투과성 계수 _k_를 결정하는 데에도 사용됩니다.
시험
샘플을 실린더에 넣고 장치를 조립한 후 왼쪽 꼭지인 급수구를 닫고 오른쪽 꼭지를 열어 물이 모세관으로 배출되도록 합니다. 그런 다음 샘플의 하중에 접근하여 점차적으로 적용됩니다. 일반적으로 다음 하중이 적용됩니다: 0,50; 1,00; 2,00; 4,00; 6,00 kp/cm2 그리고 건물 아래에서 예상되는 가장 높은 토양 하중까지, 대부분 최대 10 kp/cm2까지, 댐의 경우 최대 20 kp/cm2까지 가능합니다. 각 부하 수준에서 적용 순간 스톱워치가 시작되고 특정 시간 간격으로 15“, 30“, 1’, 2’, 5’, 15’, 45’, 2h, 5h, 24h, 그리고 매 24h, 해당 부하 수준에서 샘플이 통합될 때까지 해당 정착값(1/1000밀리미터)이 비교기에서 판독되고 기록에 기록됩니다. 통합을 위해 24 시간 동안 표본의 정착이 Δh ≤ 0,02 mm이면 달성된 것으로 가정합니다. 통합이 달성된 후에는 다음 수준의 부하가 적용되고 전체 절차는 최종 부하 수준까지 동일한 방식으로 반복됩니다.
토양의 탄성특성을 판단하기 위해 횡팽창을 방지한 압밀시험을 하중과 하역에 따라 실시합니다. 샘플을 어느 정도 로드한 후 로드할 때와 동일한 점진적으로 언로드합니다. 완화는 일반적으로 2,0 kp/cm2, 4,0 kp/cm2 및 6,0 kp/cm2.
원칙적으로 시험은 장치 내 시료의 윗면 높이에 있는 왼쪽 유리관에 시료를 고정한 수중에서 실시한다. 이러한 이유로 물이 있는 상태에서 샘플의 압축성을 테스트하는 이유는 테스트에 오랜 시간이 걸리고 그 시간 동안 샘플이 건조되어 결과적으로 샘플의 압축성이 자연 수분 상태의 토양의 실제 압축성보다 낮기 때문입니다. 또한, 특히 지하수위가 상승하는 경우 자연 토양수분은 채취 당시보다 높아질 수 있으며, 이로 인해 고수위 기간 동안 토양의 실제 압축률과 상당한 편차가 발생할 수 있습니다.
시험 결과는 상대압축선도, 기공계수 변화선도, 시간침하선도 세 가지 유형에 적용됩니다.
상대 압축 다이어그램
이 다이어그램은 가로축 σ = P/_A_에서 샘플에 정상 압력이 가해졌을 때 얻어집니다. 여기서 _P_는 상부 여과석을 통해 샘플에 작용하는 하중(kp/cm)2, _A_는 장치 내 샘플의 단면적, 세로축은 상대 압축 Δh/_h_입니다. 여기서 _Δh_는 하중을 받은 시료의 정착 Δσ 압밀 중, h 하중 전 시료 높이(그림 2)
그림. 2. 상대압축도
로드 중 1차 압축 다이어그램 a.
하역 시 물을 자유롭게 섭취할 수 있도록 하여 하역 시 시료가 물 속에 남아 있으면 원래 상태, 즉 부풀어 오른 상태로 돌아갑니다. 그러나 샘플은 초기 상태로 돌아가지 않습니다. 이는 탄성에 더해 소성(영구) 변형을 겪었음을 의미합니다. 따라서 이 경우에는 Unloading 과정에서 Swelling Diagram _b_이 얻어지게 된다. 하지만 물을 받지 않고 시험을 하게 되면 팽윤선도가 아닌 소위 _탄성선도_가 나타납니다.
샘플을 언로드한 후 다시 로드하면 2차 압축 선도_c_가 얻어집니다. 팽창 다이어그램과 2차 압축 다이어그램 _c_은 둘 사이에 히스테리시스 루프를 형성합니다. 점토에서는 히스테리시스 루프가 중요하므로 팽창 및 2차 압축 영역의 변형(다이어그램 b 및 c)은 Hooke의 법칙에 따라 하중에 비례하지 않기 때문에 탄성이 아니라 가역적인 것으로 간주됩니다. 1차 압축 부위(다이어그램 a)가 되돌아오지 않은 부분의 변형은 영구적(되돌릴 수 없음)입니다.
토양 압축성 모듈
상대 압축 다이어그램에서 우리는 Hooke의 법칙에 따라 탄성 재료에 대한 Jung의 탄성 계수 E, 토양의 압축성 계수 Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
여기서 _Δσ_는 하중 증분이고, Δh/_h_는 해당 상대 압축이며, 이는 1차 압축 다이어그램 a에서 가져옵니다(그림 2).
토양의 압축성 계수 _Ms_는 탄성 재료의 탄성 계수 _E_와 다릅니다. _Ms_는 하나의 동일한 재료에 대해 일정하지 않지만 가변적이고 일반 하중 _σ_에 따라 증가하기 때문입니다. 따라서 압축성 계수 _Ms_의 특정 값은 일반 토양 하중 _Δσ_의 좁은 간격에 대해서만 제공될 수 있습니다. 모듈 _Ms_의 값이 높을수록 토양의 압축성은 낮아지고 그 반대도 마찬가지입니다. 당사 기초 규정에 따르면 자연 상태의 토양 압축률에 대한 다음 기준이 채택됩니다.
아래 분류는 반복되는 간격 100-400 kp/cm2를 포함하여 원문에서 그대로 이어졌습니다. 이는 현행 규정에 대해 확인되거나 조화되지 않았습니다.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 압축성이 매우 높은 토양
Ms = 20 - 50 kp/cm2 압축성이 매우 높은 토양
Ms = 50 - 100 kp/cm2 중간 압축성 토양
Ms = 100 - 400 kp/cm2 압축성이 낮은 토양
Ms = 100 - 400 kp/cm2 약압축성 토양
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 약압축성 토양
Ms > 1000 kp/cm2 압축성이 매우 낮은 토양.
토양탄성모듈
같은 방법으로 토양의 탄성 계수를 구합니다 E:
E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
여기서 상대 압축 증분 Δh/_h_는 해당 정상 압력 증분 Δσ.
일반 압밀 및 과압밀 토양
그림. 3. 교란된 토양 시료의 공극률 계수 변화 다이어그램
우리가 항복점에서 장치에 들어간 교란된 샘플을 사용하여 오이도미터 테스트를 수행하고 테스트 결과를 압력 _σ_에 따른 다공성 계수 _e_의 변화 다이어그램에 플롯하면(그림 3), 압밀 흐름은 1차 하중에 대한 다이어그램 1로 표시됩니다. 2 하역용, 3 1차 하중 확장 _σa_의 한계 a까지 2차 하중용, 그리고 그 한계를 초과하는 4.
언로드 다이어그램 2 및 2차 압축 다이어그램 3는 다이어그램 4가 마치 언로드 및 재로드가 없는 것처럼 중단 없이 다이어그램 1의 확장에서 계속되는 히스테리시스 루프를 형성합니다.
그림. 4. 교란되지 않은 토양 시료의 공극률 계수 변화 다이어그램
그러나 토양의 특정 깊이에서 채취한 방해받지 않은 샘플을 사용하여 이전과 동일한 방식으로 오이도미터 테스트를 수행하면(그림 4) 2차 하중 다이어그램 3는 특정 하중에서 b 지점에서 σb 파손을 나타내고 그 후 다이어그램 4의 기울기는 더 커집니다. 이 파손은 샘플을 채취한 토양이 오이도미터의 샘플 하중 _σ_보다 더 큰 하중 p=_γt_을 받았기 때문에 발생했습니다. 더 높은 하중 p는 지형 표면에 대한 기존 상부 토양층의 무게(토압이라고 함) 또는 침식이나 빙퇴석 토양 또는 얼음에 의해 시간이 지남에 따라 운반되는 초기 토양층의 하중(예압이라고 함)에서 비롯됩니다. 과압밀 현상은 특히 점토의 특징으로, 일반적으로 응고된 점토와 과압밀된 점토를 구별합니다.
일반적으로 고형화된 점토
일반적으로 고화된 점토는 이전에 예압에 노출되지 않았던 지표면 아래의 더 얕은 깊이에 있습니다. 상부 “토압” 층의 중량보다 더 큰 하중으로 오이도미터에 로드된 이 점토 샘플은 상대 압축 다이어그램이나 다공성 계수 변화 다이어그램에서 중단 없이 지속적인 압밀 흐름을 보여줍니다. 물체의 하중 하에서 이 점토의 침강은 정상입니다. 즉, 특정 하중 하에서는 시간이 지남에 따라 침하가 감소합니다.
과압밀 점토
과밀화된 점토가 더 깊은 곳에 있거나 이전에 예압에 노출되었습니다. 토양 압력 또는 예압보다 더 큰 압력으로 오이도미터에 로드된 이 점토 샘플은 소위 상대 압축 다이어그램 또는 다공성 계수 변화 다이어그램에서 균열을 보여줍니다. 지질학적 균열 g, 방향이 크게 변경됨(그림 5a). 구조물 아래에 있는 이 점토의 침하량은 토압 또는 예압 σ1 미만의 하중에서는 작지만 σ1.
지질 단층이 명확하게 정의되지 않은 경우 다이어그램의 접선을 사용하여 결정됩니다(그림 5b).
그림. 5. 과압밀 점토의 기공계수 변화도
시간정산도
압밀도라고도 불리는 이 다이어그램은 오이도미터에서 샘플의 각 로딩 정도에 대해 시간 t(시간)가 가로축에 적용되고 mm(그림 6a) 또는 전체 침하의 %(그림 6b) 단위 침하가 세로축에 적용되어 얻어집니다. 축.
그림. 6. 시간정산도
결합되지 않은 토양과 결합된 토양은 하중을 받을 때 다르게 행동합니다. 모래와 같은 느슨한 토양은 큰 공극을 가지고 있어 하중을 받으면 물이 빠르게 압착되므로 토양이 빠르게 침하되며 하중 초기에 가장 큰 침하가 발생하고 상대적으로 짧은 시간 간격으로 주어진 하중에서 최종 침하에 도달합니다. 점토와 같은 점착성 토양은 작은 공극을 갖고 있어 하중을 받을 때 물을 짜내기 어렵습니다. 압축된 토양 침하의 시간 과정에는 두 단계가 있습니다. 첫 번째 단계에서는 토양에 하중을 가한 직후에는 물이 공극 밖으로 흘러나오지 못하기 때문에 응력을 받게 되어 가해진 하중을 모두 받게 됩니다. 두 번째 단계에서는 응력을 받은 간극수가 하중으로 인해 자체 응력을 받아 밀려나기 시작하며, 이는 점차적으로 고형 토양 입자로 전달됩니다. 이 두 번째 단계에서는 입자가 서로 결합되고 기공이 수축됩니다. 침강 과정은 압력이 가해진 물이 기공 밖으로 밀려나올 때까지, 즉 기공 내 수분의 응력 상태가 더 이상 존재하지 않을 때까지 계속됩니다. 따라서 토양 경화는 주로 토양 투과성과 다공성에 따라 달라지는 유체역학적 문제입니다. 투수성이 낮은 점토의 경우에는 고결과정에 매우 오랜 시간이 소요될 수 있으며, 또한 모래에 비해 총기공률이 높아 침하량이 현저히 커질 수 있다. 통합 테스트를 기반으로 전체 통합 기간과 개별 단계에 대해 정착 시간 과정을 계산할 수 있습니다.