변위 크기에 따라 발휘되는 수동토압의 산정

Abstract

횡방향의 토압에 저항하는 앵커블록, 흙막이 가시설 레이커의 지지블록 등에서 수동토압 산정은 중요한 요소이다. 실무에서는 사용의 편의성으로 인하여 주동토압과 수동토압의 파괴면을 직선으로 가정한 Coulomb과 Rankine의 이론으로 한계상태토압을 산정하는 것이 일반적이다. 하지만 국외 연구자들에 의하면 벽면과 흙(지반)의 마찰로 인하여 실제 발생하는 수동파괴면은 벽체부근에서는 곡면이고 지표부근에서 평면이 되는 복합파괴면을 형성한다고 알려져 있다. 벽면마찰을 고려하는 Coulomb의 주동파괴상태의 경우 실제 발생하는 곡선파괴면과 가정된 평면파괴면의 차이가 크지 않으나 수동파괴상태에서는 실제 발생하는 파괴면과 가정된 평면파괴면 사이에 큰 차이를 보인다. 결국 Coulomb의 이론은 실제보다 과다한 수동토압이 산정되고 내부마찰각이 증가함에 따라 차이가 더 커지는 결과를 초래한다. 벽체에 발휘되는 토압의 크기는 벽체의 변위와 밀접한 관계가 있으며, 수동토압이 발생되는 한계변위는 주동토압이 발생되는 한계변위와 비교하면 큰 변위가 필요하다. 수동토압이 발생되는 한계변위는 대부분 벽체의 안정성을 초과하는 변위에서 발휘되므로 수동토압을 설계에 적용하기 위해서는 허용변위 이내의 임의변위에서 발휘되는 수동측토압의 산정이 매우 중요한 요소이다. 본 논문에서는 파괴면을 직선으로 가정하는 Coulomb, Rankine의 수동토압이론과 복합파괴면을 고려하는 대수나선(log spiral)이론에 의한 수동토압이론의 수동토압계수를 비교∙분석하고, 복합파괴면을 고려한 임의 변위에서 발휘되는 수동측토압을 산정할 수 있는 반경험식을 활용하여 수동한계변위 이내의 다양한 변위크기에 대한 수동측토압을 계산하였다. 그리고, 수동측토압 계산을 위하여 실무에서 적용가능한 수준의 수동측변위에 대한 크기를 제시하였다. 이상의 결과를 바탕으로 반경험식으로 계산된 설계 수동측변위에 대응되는 수동측토압을 수치해석결과와 비교하였으며, 수치해석결과 지반의 조밀정도에 따라 산정된 변형계수는 일반적으로 알려진 범위 내에 분포하므로 임의 변위에서 발휘되는 수동측토압을 산정할 수 있는 반경험식은 적정한 것으로 판단된다. 본 연구의 결과로 지하수위 상부의 비점착성 사질지반에서 수동측변위가 발생하는 경우에 대하여 첫째, Rankine의 수동토압을 감소하여 사용할 수 있는 간편한 감소계수을 제안하였고, 둘째, 지반의 내부마찰각에 따라 임의 수동측변위에서 발휘되는 수동측토압을 구할 수 있는 관계식을 제안하여 실무에서 참고로 사용할 수 있도록 하였다.