[토질 및 기초 기술사] 138회 1교시 기출문제 2번

 

2. 흙의 전단탄성계수와 변형계수

 

Ⅰ. 개요

1) 변형계수(E) : 정하중 상태에서 수직응력과 수직변형률의 비를 나타내며, 기초의 즉시 침하량 산정에 사용

2) 전단탄성계수(G): 전단응력과 전단변형률의 비를 나타내며, 지반의 동적 거동 및 내진 해석의 핵심 요소

Ⅱ. 전단탄성계수와 변형계수의 상호 관계식

※ 지반의 경우 변형률 수준(γ)이 커짐에 따라 두 계수 모두 감소하는 비선형성을 보임

Ⅲ. 주요 영향인자 및 거동 특성

1) 변형률 수준 (γ): 미소변형률(10^{-6} 이하)에서 Gmax를 유지하나, 변형률이 커질수록 급격히 감소

2) 구속압 (σc): 유효구속압이 높을수록 입자 간 접촉 강성이 커져 G와 E가 증가

3) 간극비 (e): 조밀한 지반(낮은 e)일수록 계수값이 큼

4) 소성지수 (PI): 점성토의 경우 PI가 높을수록 변형률 증가에 따른 강도 저하 속도 완만

Ⅳ. 산정 방법 (현장 및 실내시험)

1) 변형계수(E)

  ① 현장: 평판재하(PBT), 공내재하(PMT), 표준관입시험(N값 상관식)

  ② 실내: 삼축압축시험(TX)의 초선/할선탄성계수

2) 전단탄성계수(G)

  ① 현장: 탄성파 탐사(Down-hole, Cross-hole), SASW/MASW (전단파 속도 Vs 이용)

  ② 실내: 공진주 시험

Ⅴ. 기술자적 제언

- 지반 설계 시 실내시험으로 얻은 E값은 현장 상태보다 저평가되는 경향이 있다. 기술사는 변형률 수준에 따른 강성 저하 곡선을 반드시 고려해야 하며, 특히 고층 구조물의 기초 설계나 내진 해석 시에는 미소변형률 영역의 최대전단탄성계수(Gmax)를 실측하여 해석의 신뢰성을 확보해야 한다.