흙의 물리적 성질

흙의 물리적 성질


1. 팽창 작용(bulking)
   건조상태에 있는 흙에 수분을 가하면 표면에 흡착수가 들어가 체적이 팽창하는 현상

① Bulking : 모래가 입자사이에서 작용하는 모관수막(표면장력)에 의해 팽창하는 것

② Swelling : 점성토가 모관작용 등에 의해 수분을 끌어들여 팽창하는 현상, 주로 몬모릴로나이트에서 나타남


2. 수축작용
   점성토에서 수분이 증발하면서 수축되는 현상


3. 비화작용(slaking)
   점토가 재차 물을 흡수할수록 토립자 간의 결합력이 감소되어 붕괴하게 되는 현상. 즉, 점성토를 가진 건조한 흙덩어리를 수중에 넣으면 고체→반고체→소성→액성의 일반적인 흙의 연경도의 성질을 나타내지 않고 즉시 흐트러지는 성질


4. 동상/동결 현상(frost heave)
   흙 속의 공극수가 얼어서 지표면으로부터 부풀어 오르는 현상. 즉, 흙의 온도가 0℃ 이하로 내려가서 지표면 아래 흙 속의 물이 얼어 지표면이 부풀어 오르는 현상을 말함. 즉, 공극수가 얼어 지표면이 부풀어 오르는 현상.

(1) 동상의 조건
   - 동상을 받기 쉬운 흙(실트질 흙)이 존재할 때
   - 0℃이하가 오래 지속될 때
   - 물의 공급이 충분할 때

(2) 동상량을 지배하는 원인
   - 지하수 및 모관상승고의 위치
   - 흙의 투수도
   - 동결지속시간

(3) 동상의 방지 대책
   - 배수구를 설치하여 지하수위를 저하시킨다.
   - 동결심도 상부의 흙을 비동결 흙으로 치환한다.
   - 모관수 상승방지를 위하여 지하수위 윗층에 차단막을 설치한다.
   - 지표의 흙을 화학처리하여 동결온도를 내린다.
   - 흙속에 단열재료(석탄재, 코우크스)를 넣는다.


5. 연화 현상(frost boil, 융해현상)
   동결된 지반이 융해되어 흙 속의 과잉수분으로 인해 연약해지고 강도가 저하되는 현상. 즉, 동결된 지반이 융해할 때 흙 속의 과잉 수분으로 인해 연약해지고 강도가 떨어지는 현상. 즉, 동결된 지반이 융해되어 전단 강도가 떨어지는 현상을 말함.

(1) 연화 현상의 원인 및 조건
   - 융해수가 배수되지 않고 저류될 때
   - 지표수의 침입 및 지하수위가 상승할 때
   - 융해를 잘 일으키는 실트질 흙이 존재할 때

(2) 연화 현상의 방지 대책
   - 동결 부분의 함수량 증가를 방지한다.
   - 융해수의 배제를 위한 배수층을 동결 깊이 아랫 부분에 설치한다.


6. Heaving현상
   연약한 점성토층을 굴착하는 경우, 굴착배면의 흙의 중량이 굴착저면 이하의 지지력과 상등하게 되면, 점토는 소성평형상태에 달하여 Sliding이 발생, 이로 인해 굴착저면이 부풀어 오르는 현상. 연약 지반 굴착시 지반의 사면이 흘러내려 지반이 융기하는 현상.


7. 기타: 흙의 밀도
   포화밀도 - 전체밀도(습윤밀도) - 건조밀도 - 수중밀도 (큰 것 → 작은 것)


8. 분사현상(Quick sand)
   점성토는 유효 응력이 0이 되어도 점착력 때문에 전단 강도는 0이 되지 않는다. 그러나 모래는 유효응력이 0이 되고 점착력이 없어 전단강도를 가질 수 없게 되어 분사현상이 가장 잘 일어난다.

(1) 개념
① 유효응력이 0이 되어 모래가 위로 솟구쳐 오르려는 현상.
② 주로 사질토 지반에서 일어나는 현상으로 침투 수압에 의해 모래가 물과 함께 유출하는 현상

(2) 분사가 일어날 조건
① 한계 동수경사 : / 동수경사 :
② 분사현상이 일어날 조건 :
③ 일어나지 않을 조건 :
④ 안전율 : 로서 1보다 커야 분사가 안 일어난다.


9. 파이핑(piping)현상
   지반 내에 물의 통로가 생기면서 흙(모래)을 유출시키는 현상. 물막이 널말뚝에서 유선이 집중된 곳은 침투수의 유속이 빨라 흙 속의 세립자가 유실되어 점차적으로 내부의 토사가 솟아오르게 되며 유효 압력(침투력)이 모래의 수중 단위 무게()보다 클 때 분사현상이 발생한다. 또한 분사 현상이 계속되면 물이 흐르는 통로가 생겨 파괴에 이르게 되며 이렇게 지반 내에 물의 통로가 생기면서 모래를 유출시키는 현상을 파이핑이라고 함.


10. 보일링(Boiling) 현상
   모래 지반에서 지하수위 이하를 굴착할 때 토벽의 기초 깊이에 비해서 배면의 수위가 너무 높으면 굴착 저면의 모래 입자가 지하수와 더불어 분출하여 굴착 저면이 마치 물이 끓는 상태와 같이 되는 현상


cf) 필터(filter) : 흙의 유실을 방지하면서 물을 빨리 배수시키기 위해 만든 배수층