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압밀해석

• 압밀해석은 순간적으로 비배수 거동을 하는 간극수가 외적 하중에 저항을 하는 경우 과잉간극수압이 발생하고 발생된 과잉간극수압이 시간에 따라 소산되는 과정을 계산하는 해석방법입니다.

• 침투계수가 작은 지반내의 간극수는 순간적으로 비배수 조건과 동일한 거동을 합니다. 따라서 하중상태의 변화에 따라 과잉 간극수압의 발생을 통하여 압축하중의 대부분을 감당하게 됩니다. 하지만 시간이 경과함에 따라 침투 현상에 의해 과잉간극수압은 재분배되며, 특히 배수경계가 있는 경우 과잉간극수압은 시간에 따라 감소하게 됩니다. 이에 따라 과잉간극수압이 감당하는 부분은 점차 흙의 골격이 저항하는 것으로 전환되어 흙의 골격에 점진적으로 변형을 일으킵니다. 이로 인해 골격에 존재하는 응력인 유효응력이 증가하게 됩니다.

• 압밀해석에서는 일반적으로 경과시간에 따라 과잉간극수압은 감소하고 유효응력은 증가하는 메커니즘이 발생합니다. 그리고 시간에 따른 유효응력의 증가는 흙의 골격부 변형을 유도하고, 이러한 변형은 중력방향에 따라 누적되어 전체적으로 시간 경과에 따라 중력 방향으로 침하되는 거동을 보여줍니다.

• 이러한 시간에 따른 변형의 증가는 구조물 기초부에 침하를 발생시키며, 구조물 기초부에 발생되는 부등침하 등의 영향은 구조물의 안정성에 크게 영향을 미치는 요인으로 작용합니다.

압밀요소의 특성

• 압밀해석에서 사용되는 압밀요소들은 절점 자유도로 변위자유도와 함께 과잉간극수압에 대한 자유도를 추가로 가지게 됩니다. 압밀해석에서 미압밀 요소로 지정되지 않는 한 모든 요소가 간극수압에 대한 자유도를 가지고 있는 것으로 간주합니다. 따라서 성토재와 같이 압밀거동이 직접적으로 발생하지 않는 요소는 아래 그림과 같이 미압밀 조건을 정의하여 일반 구조요소로서 작용하게 해야 합니다. 또한 압밀요소에서 배수가 발생하는 경계에는 반드시 배수 조건을 정의해 주어야 합니다. 정상적으로 경계조건이 정의되고 압밀해석이 수행된 경우라면 미압밀 조건과 배수 조건이 적용된 부분의 과잉간극수압(excess pore pressure)는 ‘0’이 되어야 합니다.

  압밀요소의 경계조건