45. 순수전단, 단순전단(pure shear, simple shear)

 변형전 위치의 좌표를 (x, y, z)로 하고 그 위치가 변형 후에는 좌표(x', y', z')로 이동되었다고 하면 균일 유한변형은 일반적으로 다음 식으로 나타낼 수 있다.

Jaeger 에 의하면 순수전단, 단순전단은 다음 식과 같다.

순수전단, 단순전단 용어는 식(2), (3)과 같은 변형을 의미하는 것으로서 변형을 유발하는 응력 또는 메터니즘 등 모든 개념을 떠나서 고려해야 하며, 탄성재료가 미소변형이면 식(2), (3)의 변형에 따른 응력은 쉽게 결정할 수 있다.

그러나 흙과 같이 탄성체가 아닌 재료의 경우 단순전단 상태에서 항복하는 흙의 외형은 그림 45-1(b) 및 그림 45-2(a)와 같이 트럼프 카드를 조금씩 미끄러지게 하는 것과 유사하다.

활동면 s1에서 수직응력에 대한 전단응력비가 최대이면 최대주응력 σ1은 활동면에 (45-φ/2)로 경사진다. 그러나 그림 45-2(a)의 변형 메커니즘은 1개의 가능한 변형 메커니즘을 나타내고 있을 뿐이며, 그 정당성을 증명하려면 재료의 응력-변위, 변위-변형 메커니즘 등의 관계에 대해서 더욱 깊은 지식이 필요하다.

De Josselin Jong 이 주장한 더블 슬라이딩 모델에 의하면 그림 46-1(b)의 변형을 그림 45-2(b)에 나타낸 s2 면 위의 슬라이딩과 회전을  합성시켜도 설명할 수 있다.

그림 45-2(a), (b)는 모두 같은 전단변형을 받으며, 최대주응력 σ1의 방향은 그림 45-2의 (a), (b)에서 φ 만큼 다르다. 흙의 소성변형을 대상으로 할 경우 그림 45-2(a), (b)의 어느 해석이 올바른지는 여기서 결론을 내릴 수 없으며, 또한 어느 해석이 틀리다고 할 수도 없다.

흙의 변형, 강도를 조사하는 시험방법으로서 삼축압축시험이 대표로 되고 있는 바와 같이 경계응력을 제어하는 형식이 대부분이다. 흙의 변형에 중점을 두고 제어하는 시험법에는 Cambridge 대학 및 NGI에서 개발한 단순전단시험기를 들수 있다.

단순전단시험은 변형에 중점을 둔 것이므로 공시체 내에 현저한 불균일성의 응력분포를 수반하는 결점이 있으며, 이 결점에도 불구하고 단순전단시험법이 사용되고 있는 것은 다음 2개의 이유 때문이다.

1) 시험중의 전단변형 증가에 따라 주응력방향이 회전하므로 더욱 일반적인 응력조건 속에서 픍의 변형, 파괴를 조사할 수 있다.

2) 지진의 S파에 의한 지반변형은 반복단순전단변형으로 간주된다. 또한 실제의 지반파괴에서 사면활동파괴를 보아도 그 활동면에 연한 변형은 단순전단변형이라 볼 수 있다.