[자연과학] 실험보고서 - 직접전단시험

직접전단시험

1. 서론

1.1 개요
직접전단시험은 흙 공시체에 여러 가지 크기의 수직응력을 주어 가면서 전단응력을 가해 전단중에 생기는 체적과 형태의 변화를 측정하여 흙의 변형에 관한 정수를 구한다. 그 결과는 토압계산, 사면의 안정계산, 또는 구조물 기초의 지지력 계산 등에 이용되고 있다.

1.2 목적

흙 시료를 전단상자에 넣어 일정한 수직하중으로 압밀-배수시킨 후에, 일면 전단파괴한다. 파괴 과정의 변형에 따른 저항력 실측자료로 변형-응력 관계 그래프를 그려서 파괴 및 잔류강도와 한계 상태 간극비 등을 구하고, Mohr-Coulomb 파괴규준을 적용한 강도정수(c & φ)를 구한다.
2. 이론적 배경
직접전단 시험은 파괴면을 임의로 설정해 놓고, 파괴면에 일정한 수직응력을 가하고 있는 가운데, 전단응력을 계속 증가시켜 전단파괴가 발생될 때의 전단응력이 전단강도임을 밝히는 시험이다. 결과에서 수직응력이 증가할수록 전단응력이 증가함을 알 수 있다.
1.2.1 직접전단시험의 장점

① 시험이 간단하고 조작이 용이.

② 공시체의 두께가 얇고 구조적으로 간극수가 쉽게 배출되므로 압밀 배수(CD) 전단이 용이.

③ 사질토에 사용 (점성토도 가능은 함)

④ 전단면이 명확히 나타난다.

⑤ 결과의 정리가 쉽다.

⑥ 비용이 절감된다.

⑦ 압밀중에 측방변위가 없다.

1…(생략)

① 시료가 얇기 때문에 응력집중이 발생하고 응력이 전단면에 골고루 분포하지 않음

② 전단면의 중앙보다 모서리 부분에 응력이 집중되어 진행성 파괴가 일어난다.

③ 파괴시의 전단저항을 측정하므로 파괴전의 응력상태를 모른다.

④ 비배수조건의 전단시험이 곤란하여 점성토는 적용에 한계가 있다.

⑤ 전단시험 시 함수비가 변화하고 배수 전단시키므로 간극수압을 측정 못한다.

⑥ 시험초기 및 파괴될 때의 주응력의 방향이 달라진다.

⑦ 전단시료함의 마찰저항을 무시할 수 없다.

① 전단면 지점과 전단면 이물질(퇴적층, 전리층, 모래 등) 때문에 실제 강도보다 시험치가 크게 나온다

② 조밀한 사질토나 팽창성 점토는 dilatency 때문에 부의 간극수압이 발생하며 실제 보다도 강도가 커지므로 보정해야 한다.

③ 대형 직접전단 시험기는 다져진 조립토의 시험도 가능하다.

④ 자연상태의 전단방향, 주응력 방향, 크기와 시험실의 그것과는 상이하다.

3. 시험방법

4. Ring+시료무게(W1)를 잰다.

5. 전단상자를 옮겨와서 분해하고, 경계면에 기름칠한 후, 다시 조립해서 상 하부상자 를 고정한다.

6. 밑에서부터 하부 다공판, 凸凹판, 시료가 들어 있는 전단 ring 순서 장치하고, 시료를 전단상자에 밀어 넣는다.

7. 전단상자에 물을 부어 시료를 포화시킨다.(점토는 5hrs, 모래는 2hrs 정도)

8. 수직하중(N)을 가하여 압밀시킨다.

9. 고정나사를 풀고, 전단한다.

10. 동일 시료를 수직하중만 달리해서 과정(1)~(8)을 3회이상 반복한다.

11. 파괴시험 후에 전