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[자연과학] 흙의 전단강도 시험 [직접전단시험]

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작성일17-11-18 12:11

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실험결과/기타

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설명

1. 실험제목

흙의 전단강도 시험 (직접전단시험)

2. 개 요

2.1 개요
흙의 전단강도는 흙 속의 임의의 면을 따라 발생하는 파괴와 활동에 저항하는 흙의 단위 면적당 내부 저항이다. 지지력, 사면안정, 그리고 토류 구조물의 횡압과 같은 흙의 안정 문제를 해석하려면, 공학자들은 전단 저항 特性(특성)을 이해하여야 한다.
이 같은 전단강도 자체는 토질정수가 아니며, 파괴면에 작용하는 수직응력에 비례한다. 흙의 고유성질을 나타내는 강도 정수는 점착력, 전단저항각이다. 이런 흙의 강도정수를 구하기 위한 대표적인 실내실험중의 하나가 직접전단시험(Direct Shear Test)이다.
직접전단시험은 상하로 분리된 전단상자 속에 시료를 넣고 수직하중을 가한 상태로 수평력을 가하여 전단상자 상하단부의 분리면을 따라 강제로 파괴를 일으켜서 간편하게 지반의 강도정수를 결정할 수 있는 시험으로서, 그 결과는 토압, 사면의 안정, 구조물 기초의 지지력 등의 계산에 이용하며 한국공업규격 KS F2343에 규정되어 있다
직접전단시험에서는 수직응력이 전체 전단면에서 등분포 된다고 가정한다. 공시체가 너무 두꺼우면 수직응력의 분포가 부등할 수 있으며 전단 중에 시료가 휘어지기 때문에 전단상자벽과 공시체가 밀착하지 않을 수 있음을 알아야 한다. 따라서 큰 단면의 특수 전단시험에서도 공시체의 두께는 수 cm 정도가 되어야 한다.
공시체의 단면은 원형 또는 정사각형이며 대개 원형단면을 많이 사용하며, 수직응력은 수직하중를 시료의 단면적으로 나누어 구하고 전단응력는 수평력를 시료의 단면적로 나누어 계산한다.

이렇게 하여 수직하중을 3, 4회 다른 크기로 시험하여 각 수직응력에 대한 최대 전단응력의 값을 구하면 Coulomb의 파괴식으로부터 앞서 말한 강도정수인 점착력와 전단저항각를 결정할 수 있다

2.2 목적
일반적으로 직접전단시험은 배수조절을 하지 않고 간극수압이나 부피변화의 측정(measurement)이 없으므로 시험의 속도가 빠를 뿐 …(생략(省略)) 아니라, 시험절차가 간단하여 강도정수만을 목적으로 할 경우 실용적으로 많이 활용되는 시험이다. 즉, 직접전단시험을 통하여 시료가 전단파괴되는 최대수평력을 시료의 단면적으로 나눈 최대전단응력과 수직하중을 단면적으로 나눈 수직응력을 얻는데 이들을 좌표로 하는 Mohr의 파괴포락선에서 시료의 강도정수인 내부 마찰각과 점착력을 구할 수 있다

3. 시험장비
(1) 전단장치
공시체에 비틀림이 일어나지 않도록 두 개의 다공반 사이에 안전하게 공시체를 잡아줄 수 있는 것이어야 하고, 공시체의 두께 변화를 측정(measurement)할 수 있도록 공시체 표면에 수직 하중을 작용시킬 수 있어야 한다. 이 때 다공반을 통하여 배수가 되고 공시체는 물 속에 잠기도록 하여야 한다. 또한 이 장치는 공시체를 예정한 전단면에 따라서 공시체의 표면과 팽팽하게 전단하기 위하여 전단력을 작용시킬 수 있어야 한다. 공시체를 잡아주는 몸체는 공시체를 전단하는 중에 비틀리지 않게 충분한 강도를 가져야 한다. 장치의 각 부품은 흙 속의 물질이나 흙의 습도로 인하여 부식되지 않는 금속제여야 한다.
(2) 재하장치
(1) 수직 하중 재하 장치는 예정 하중을 초과하지 않게 신속히 작용시킬 수 있어야 하며, 시험 도중 ±1%의 정밀도를 유지할 수 있어야 한다.
(2) 전단력 작용 장치 기능은 변형 제어 시험 또는 응력 제어 시험에 따른다. 변형 제어 시험은 극한 응력을 측정(measurement)할 수 있으므로 일반적으로 많이 이용된다된다. 변형 제어 시험 장치는 ±10% 이내의 오차를 가지고 일정한 이동 속도로 공시체를 전단할 수 있어야 한다.
또한 이동 속도를 광범위하게 조정할 수 있어야 한다. 이동 속도는 흙의 압밀 特性(특성)에 좌우된다된다. 속도는 보통 모터와 기어로서 유지하며, 전단력은 하중 측정(measurement) 장치인 프로빙링으로 측정(measurement)한다. 응력 제어 시험 장비를 사용하면 (1)에서와 같은 방법과 정밀도로서 공시체에 전단력을 증가시킬 수 있다
(3) 트리머 및 커터
트리머 및 커터는 전단 상자 내부 치수보

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