31. 배압(back pressure) |
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보통 삼축시험에서 공시체에 가하는 압력은 회압으로서 측압과 축압이 있으며, 이회에 간극수압 측정계통에서 역으로 공시체에 가하는 내압을 배압이라고 한다. 자연상태에 있는 포화토는 시료를 채취하여 시험실 내에서 시험을 할 경우 시료를 미시적으로 보면 불포화로 되어 유효응력을 기초로 흙의 강도특성이나 변형특성을 검토하면 오차의 원인이 된다. 따라서 이것으 f방지하려면 시료를 현지의 응력상태로 하는 것이 필요하다. 또 필댐재료로써 흙을 다짐하여 축조할 때는 불포화상태이지만 저수하면 포화되므로 이때의 강도나 투수성을 미리 조사해 볼 필요가 있다. 이같은 목적을 위하여 시험기간 중 적당한 시기에 간극수압측정계를 통하여 공시체 내부에 압력 Ub를 주는 동시에 측압방향에도 같은 양의 압력 증분을 주는 조작이 피요한데 이 부가 압력 Ub를 배압이라 하며, 이를 이용하여 얻어지는 이점은 다음과 같다. ① 시료가 현지에서 받았거나, 또는 장래 받을 수 있는 간극수압을 시험실에서 재현하면서 시험을 할 수 있다. 즉, 공시체를 포화시켜 그 속에 발생하고 있는 모관장력(부압)을 감소시켜 유효응력 해석에 사용하는 토질정수를 올바르게 산정할 수 있다. ② 압밀비배수전단시험을 할 경우 전단 직전에 각 공시체 내 간극수압을 배압수준으로 일정하게 하면 시험중 주응력차의 변화에 따라 발생하는 간극수압을 정확히 측정할 수 있다. 시료에 배압을 주는 시기는 공시체를 삼축등방압밀을 하기 전에 주는 방법과 압밀 종료 후 전단을 개시하기 직전에 주는 방법 두 가지가 있다. 전자를 초기배압(initial back pressure)이라고 하고, 이 방법으로 할 때는 공시체 배수계의 출구에도 같은 압력을 주어 측압과 배수계 압력과의 수압차로서 압밀압력 σc 가 되도록 삼축장치를 개조할 필요가 있다. 후자의 방법, 즉 등방에 의한 공시체의 압밀 종료 후 전단 직전에 배압을 주는 방법은 전술한 ② 의 이점을 가지고 있기 때문에 일반적으로 널리 사용되고 있다. 이때 간극수압측정계의 공기압제어기(air pressure regulator)를 이용하여 일정압력을 공시체 내부에 작용시키는 동시에 같은 량의 외적인 측압을 증가시킨다. 이때 공시체에 작용하는 힘은 다음과 같다.
흙의 비배수전단에 있어 주응력의 변화 Δσ1, Δσ3에 의해서 생기는 간극수압의 변화 Δu는 Skempton 에 의하여 다음 형식으로 나타낼 수 있다.
그림 31-1은 불교란 포화점토로 한 삼축시험에서 배압 ub와 식 (1)의 간극압계수 B의 계수를 나타낸 것인데, 이것에 의해 압밀 종료시에 불포화상태인 시료도 배압을 주면 포화상태로 됨을 알 수 있다. 이 시험에 사용한 시료를 포화시키는데 필요한 배압은 ub = 1.5∼2.0kgf/cm2 이고, 이 값은 이 시료가 현지에서 받았던 정수압과 거의 같다.
시험시 시료에 주는 배압은 과도하게 큰 값을 사용하지 말아야 한다. 과대한 배압은 흙입자의 구조골격을 교란시키기 때문에 강도 및 변형특성을 올바르게 평가할 수 없다. 또, 배압을 사용하지 아니한 압밀비배수 전단시험으로부터 구한 불교란 점토의 유효전단 저항각, φ'는 현지의 것에 비해 과소하게 계산되고 (표33-1 참조), 한편 압밀량은 과대하게 평가될 우려가 있다고 알려져 있다. 문헌에 의하면 필댐이나 제방용재료로서 다짐한 세립토를 포화시키는 유일한 방법은 ub = 7∼14 kgf/cm2의 배압을 사용하는 것이다. 또, 지하수면 이하에서 채취한 불교란시료의 경우 야외에서의 중립응력을 배압에 의해 시험실에서 복원시키는 이유의 하나는 흙시료 구조골격의 입자접촉면적을 원형의 것고 동일하게 유지할 수 있다는 기대 때문이다. 그러나, 이같은 시험을 하기 위해서는 높은 정밀도의 공기압제어기나 고압용 삼축셀 등이 필요하다. |
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