토양의 액화의 원리와 실제사례
토양의 액화는 포화 또는 부분적으로 포화된 토양이 지진 또는 흔들림이나 다른 갑작스런 조건의 변화와 같은 적용된 자극에 대응하여 강도와 강성을 실질적으로 잃어버렸을 때 발생하는데, 이 경우 보통 고체인 물질은 액체처럼 작용합니다. 토양역학에서 "액화"라는 용어는 1918년 캘리포니아의 칼라 베라스 댐의 실패와 관련하여 Allen Hazen에 의해 처음 사용되었습니다. 그는 제방 댐의 유동 액화 메커니즘을 다음과 같이 설명했다. 모공 내 물의 압력이 모든 하중을 운반할 수 있을 만큼 크면 입자를 분리하고 퀵샌드와 실질적으로 동등한 조건을 만드는 효과가 있을 것이다라는 것입니다. 물질의 일부의 초기 이동은 먼저 한 지점에서 압력을 축적하고, 그 다음 다른 지점으로 이동하며 농도의 초기 지점이 액화됨에 따라 순차적으로 압력을 축적하게 될 수 있습니다. 이 현상은 포화, 또는 부분 포화된 모래 토양에서 가장 자주 관찰된다. 느슨한 모래는 하중을 가하면 압축하는 성향이 있기 때문입니다. 이와는 대조적으로 밀도가 높은 모래는 부피가 팽창하거나 확장하는 경향이 있습니다. 토양이 물 테이블이나 해수면 아래에 있을 때 종종 존재하는 조건인 물에 의해 토양이 포화되면, 물은 토양 곡물 사이의 틈새를 채우게 됩니다. 토양 압축에 대응하여 기공 수압이 증가하고 물은 토양에서 저압 구역으로 흘러나오려고 합니다. 그러나, 로딩이 빠르게 적용되고 충분히 크거나, 여러 번 반복되는 경우 다음 주기의 하중이 가해지기 전에 물이 흘러나오지 않도록 지진 흔들리는 현상도 같이 증가합니다. 수압은 접촉을 유지하는 토양의 곡물 사이의 힘인 접촉 응력을 초과할 정도로 쌓일 수 있습니다. 곡물 사이의 이러한 접촉은 건물과 그 위에 있는 토양 층의 무게가 지면에서 더 깊은 깊이의 토양 또는 암석 층으로 이동되는 수단입니다. 이러한 토양 구조의 손실은 강도를 잃게 하고 액체처럼 흐르는 것을 관찰할 수 있습니다. 토양 액화의 영향은 오랫동안 연구되어 왔지만 전문가들은 1964년 니가타 지진과 1964년 알래스카 지진 이후 더 많은 주목을 받아왔습니다. 1989년 로마 프리타 지진 당시 샌프란시스코 마리나 지구와 1995년 대한신 지진 당시 고베 항에서 파괴된 주요 요인이 되어 왔습니다. 보다 최근에 토양 액화는 2010년 캔터베리 지진 당시 뉴질랜드 크라이스트처치의 동부 교외 등에 피해를 입혔고 2011년 초와 중반에 이어 크라이스트처치 지진 이후 더욱 광범위하게 다시 발생하였습니다. 2018년 9월 28일 인도네시아 중부 술라웨시 지방을 강타한 규모 7.5의 지진의 토양 액화는 발라로아 교외와 페토보 마을을 3m 깊이의 진흙 속에 묻혔습니다. 인도네시아 정부는 진흙 속에 완전히 묻혀 있는 발라로아와 페토보의 두 지역을 집단 무덤으로 지정하는 방안을 검토하고 있습니다. 많은 국가의 건축 법규는 엔지니어가 교량과 제방 댐 및 유지 구조물과 같은 새로운 건물 및 인프라 설계에서 토양 액화의 영향을 고려할 것을 강조하고 있습니다. 토양액화는 토양의 효과적인 응력이 본질적으로 0으로 감소할 때 발생합니다. 이것은 단조 로딩 즉, 단조 로딩에 의해 시작될 수 있습니다. 지진의 갑작스런 발생의 예로는 제방에 대한 하중 증가 또는 지지대의 갑작스런 손실 또는 순환 하중이 포함됩니다. 반복되는 응력 조건 변화의 예로는 파하 또는 지진 흔들림이 있습니다. 두 경우 모두 포화 느슨한 상태의 토양과 부하 변화에 상당한 기공 수압을 발생시킬 수 있는 토양이 액화 될 가능성이 가장 높습니다. 이는 느슨한 토양이 전단시 압축되는 경향이 있어 비배수 하중 시 토양골조에서 인접한 기공수로 하중이 전달되면서 큰 초과 기공수압을 발생시키기 때문이다. 기공 수압이 상승함에 따라 효과적인 응력이 감소함에 따라 토양의 점진적인 강도 손실이 발생합니다. 액화는 모래나 비플라스틱 실티 토양에서 발생할 가능성이 더 높지만, 자갈과 점토에서는 드물게 발생할 수 있습니다. 구조물의 경사 또는 기초의 평형을 유지하는 데 필요한 응력 이하로 토양의 강도가 감소하면 유동 장애가 발생할 수 있습니다. 이것은 단조 로딩 또는 순환 로딩으로 인해 발생할 수 있으며 갑작스럽고 재앙이 될 수도 있습니다. 역사적인 예로는 애버팬 참사이다. 카사 그란데는 이러한 유형의 현상을 흐름 액화라고 불러지고 있습니다. 사이클릭 액화는 사이클릭 하중에 대응하여 큰 전단 변형이 축적된 토양의 상태입니다. 유효응력의 대략적인 발생에 대한 일반적인 기준 변형률은 5% 이중 진폭 전단 변형률 입니다. 이것은 일반적으로 순환 삼축, 순환 직접 전단 또는 순환 비틀림 전단형 장치를 통해 수행되는 토양 시험 기반 의 정의입니다. 이러한 테스트는 '실패'를 유도하는 데 필요한 특정 전단 응력 진폭에서 하중의 사이클 수를 관찰함으로써 토양의 액화 저항을 결정하기 위해 수행됩니다. 여기서의 고장은 전술한 전단 변형률 기준에 의해 정의됩니다. '사이클릭 이동성'이라는 용어는 사이클릭 로딩으로 인한 효과적인 응력의 점진적인 감소 메커니즘을 가리킨다. 이것은 밀도가 높은 토양을 포함한 모든 토양 유형에서 발생할 수 있다. 그러나, 0의 유효 응력 상태에 도달하면, 그러한 토양은 즉시 팽창하고 힘을 회복한다. 따라서 전단 변형률은 실제 토양 액화 상태보다 현저히 적습니다. 액화는 침전물이 불투과한 모래 또는 모래 및 자갈과 같이 배수가 좋지 않은 느슨한 또는 적당히 포화된 입상 토양에서 발생할 가능성이 더 큽니다. 파동은 일반적으로 순환 비배수 부하가 있습니다. 예를 들어. 지진 하중, 느슨한 모래는 부피가 감소하는 경향이 있으며, 이는 모공 수압의 증가와 결과적으로 전단 강도의 감소를 초래합니다.
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