기초지반의 파괴형태

⊙ 기초지반에 발생하는 전단파괴 (Vesic, 1973) :
▶ 전면전단파괴(general shear failure)
▶ 국부전단파괴(local shear failure)
▶ 펀칭전단파괴(punching shear failfailure)

전면전단파괴

▶ 전면전단파괴
- 후팅의 모서리에서 지표면까지 파괴면이 분명한 연속적 파괴형태
- 파괴가 갑작스럽게 발생, 피해가 큼
- 지표면의 융기가 크고 하중-침하곡선상에서 최대하중이 분명히 나타나며 이를 극한하중으로 결정
- 보통 조밀한 사질지반이나 견고한 과압밀점성토지반에서 발생

 

국부전단파괴

▶ 국부전단파괴 :
- 일차파괴면이 기초아래지역에만 부분적으로 발생(그림중 실선)
- 일차파괴 후 기초의 침하가 크게 발생되면서 극한하중에 도달
- 하중-침하관계 불분명, 변곡점이 두개의 위치에서 발생
- 첫번째 변곡점 : 일차파괴하중, 두번째 변곡점 : 극한하중
- 지표면의 융기량은 약간 발생
- 중간정도 밀도의 사질토지반과 정규압밀점성토지반에 많이 발생

 

펀칭전단파괴

▶ 펀칭전단파괴
- 후팅아래 지반변형량이 큼
- 후팅 측면 주변지반의 이동량이 거의 없어 지표면의 융기량이 없음
- 파괴면이 지표면까지 분명히 나타나지 않고 붕괴나 기우러짐도 보이지 않음
- 최대하중을 결정하기가 용이하지 않으나 통상적으로 최대하중 이후 곡선기울기가 급해지고 선형
- 느슨한 사질토지반 및 예민한 점성토지반에서 많이 발생

 

▶ 후팅기초지반의 파괴형태는 지반의 밀도, 강도 등의 특성과 기초의 크기 모양 근입깊이에 영향을 받음(그림 1.)

그림 1.

 

▶ 대부분 지반지지력에 대한 이론은 전면전단파괴형태의 경우를 대상

 ⇒ ∵ 국부전단파괴, 펀칭전단파괴의 극한지지력에서의 침하량은 구조물의 허용침하량을 훨씬 초과하므로 실용가치가 없음
▶ Terzaghi(1943)는 국부전단파괴의 지지력 산정을 위해 전단강도를 줄여 사용할 것을 제안

 

⊙ 파괴형태의 예측
▶ Vesic(1965)은 지반의 압축성과 관련지어 파괴형태를 규정
- 비압축성지반 ⇒ 전면전단파괴
- 압축성지반 ⇒ 국부전단파괴 및 펀칭전단파괴
☞ 압축성지반에 지지력감소계수식을 제시
☞ 압축성여부 판단을 위한 강성지수( I r ) 사용을 제안

여기서, G(= E/2( 1+ν)) : 전단계수 , c와 φ : 강도정수

▶ 강성지수의 한계치 (I r ) c를 후팅의 크기( B/L )과 내부마찰각 φ를 고려하여 제시하고 비교

▶ I r < (I r ) c일 경우
⇒ 국부전단파괴나 펀칭전단파괴가 발생할 것으로 간주하여 지지력을 감소시키도록 제안
▶ 소성지역의 평균체적변형률( Δ)를 고려할 경우 식(3-1)의 강성지수는 다음과 같이 수정

여기서 ξ v = 1/(1+ I r Δ )

 

⊙ 전면전단파괴
▶ 파괴가 명확하게 정의됨
▶ 지표면에 파괴선이 보임과 동시에 첨두극한하중 발생
☞ 이때 기초의 파괴 및 후팅 측면 토괴의 융기현상이 동시에 발생

⊙ 국부전단 및 펀칭전단파괴
▶ 파괴점이 명확하지 않으며, 정의하기 어려움
▶ 초기재하단계에서 ‘최초파괴’가 발생(De Beer and vesic, 1958)
여기서, 최초파괴 : 후팅하부지반의 갑작스런 큰 소성변형으로 정의

⊙ 극한하중의 결정
▶ 권장할 수 있는 극한하중은 하중-침하곡선의 기울기가 처음으로 0이 되거나 일정한 최소값에 도달한 점으로 정의(Vesic, 1963)
▶ Christiants은 양대수지상의 하중-침하곡선의 변곡점으로 극한하중을 결정(De Beer, 1967)
☞ 이 두 방법은 후팅크기의 50%정도의 매우 큰 변위까지 재하시험을 실시한 경우에만 적용가능