구조물은 갈수록 대형화, 밀집화되고 있으며 기능은 다양하고 정밀해져서 지반침하에 민감해지고 있다. 지반침하는 외력의 작용이나 간극수의 배수로 인해 지반응력이 변화할 때 발생하는 경우가 크다. 이 책을 통해 침하에 대한 예측과 대책에 대해 고민할 수 있을 것이다.

제1장 기초지반의 침하

1.1 개 요

1.2 기초지반의 침하형태

1.2.1 즉시침하

1.2.2 압밀침하

1.2.3 이차압축침하

1.3 침하 발생원인

1.3.1 지반응력의 변화에 의한 침하

1.3.2 지반의 상태변화에 의한 침하

1.3.3 흙 지반의 부피변화에 의한 침하

1.4 지반침하 영향요소

1.4.1 침하 한계깊이

1.4.2 재하-제하의 영향

1.4.3 부력의 영향

1.4.4 선행재하의 영향

1.4.5 과재하의 영향

1.4.6 기초강성의 영향

제2장 구조물하중의 지반전달

2.1 개 요

2.2 기초 구조물의 외력 지지거동

2.2.1 얕은 기초

2.2.2 중간 기초

2.2.3 깊은 기초

2.3 접지압

2.3.1 기초 및 지반의 특성과 접지압

2.3.2 편심하중에 따른 접지압

2.3.3 기초하중의 증가에 따른 접지압의 변화

2.4 설계 접지압

2.4.1 등분포 접지압(uniform contact pressure)

2.4.2 직선분포 접지압(linear variable contact pressure)

2.4.3 이형분포 접지압

제3장 탄성상태 지반 내 응력

3.1 개 요

3.2 탄성상태 및 소성상태 지반응력

3.3 자중에 의한 지반응력

3.3.1 지반 내 임의 절점의 응력

3.3.2 지반 내 임의 평면의 응력

3.4 지하수에 의한 압력

3.4.1 지하수에 의해 발생되는 압력

3.4.2 모세관 현상에 의한 압력

3.4.3 침투압

3.5 유효응력과 간극수압

3.5.1 유효응력

3.5.2 간극수압

3.5.3 층상지반의 유효응력과 간극수압

3.6 상재하중에 의한 응력

3.6.1 무한히 넓은 등분포 연직하중에 의한 응력

3.6.2 절점하중에 의한 응력

3.6.3 선하중에 의한 응력

3.6.4 띠하중에 의한 응력

3.6.5 단면하중에 의한 응력

제4장 지반의 변형

4.1 개 요

4.2 물체의 변형

4.2.1 체적변형과 전단변형

4.2.2 탄성변형과 소성변형

4.3 흙 지반의 변형

4.3.1 지반의 탄성거동과 소성거동

4.3.2 비배수상태 포화지반의 소성체적유동

4.3.3 평면변형률상태와 평면응력상태

4.3.4 지반의 변형계수

4.4 지반의 즉시침하

4.4.1 직접계산법(선형탄성이론 적용)

4.4.2 간접 침하계산법

4.5 지반의 압밀침하

4.5.1 지반의 일차원 압밀거동

4.5.2 일차원 압밀침하

4.5.3 교란지반의 압밀침하

4.6 지반의 이차압축 침하

4.6.1 이차압축에 의한 강성증가

4.6.2 이차압축지수

4.6.3 이차 압축량

연습문제

제5장 하중에 의한 얕은 기초의 침하

5.1 개 요

5.2 지반의 응력변화에 따른 지반변형

5.2.1 외력에 의한 지반의 탄소성 압축변형

5.2.2 지하수위 강하에 의한 지반압축

5.2.3 지하수 배수에 의한 지반압축

5.3 지반의 즉시침하

5.3.1 침하량 직접계산법

5.3.2 간접 침하계산법

5.3.3 경험적 침하계산 방법

5.4 지반의 압밀침하

5.4.1 체적압축계수 이용

5.4.2 압축지수 적용

5.4.3 압밀소요시간

5.5 지반의 이차압축 침하

5.6 지하수위 강하에 의한 침하

연습문제

제6장 지반굴착에 의한 침하

6.1 개 요

6.2 흙막이 벽체 배후 지표침하 형상과 발생 원인

6.2.1 흙막이 벽체 배후지반 지표침하의 발생 원인

6.2.2 지반손실에 기인한 지반침하

6.2.3 벽체 배후 지표침하의 형상

6.3 흙막이 벽체의 수평변위로 인한 배후지반의 지표침하

6.3.1 흙막이 벽체 수평변위 발생원인

6.3.2 흙막이 벽체의 수평변위와 지표의 연직 및 수평변위

6.4 굴착저면의 히빙에 의한 지반침하

6.5 지하수위 변화에 의한 지반의 탄성침하

6.5.1 연속방정식으로 계산

6.5.2 포물선으로 가정

6.6 침투압에 의한 지반의 압축과 이완

6.7 지반굴착에 따른 흙막이 벽체 배후지반의 지표침하 추정

6.7.1 흙막이 벽체 변위에 따른 배후지반의 침하예측법

6.7.2 이론 및 계측결과 이용한 경험적 추정방법

6.7.3 지반에 따른 거리별 지표침하량 추정

6.8 구조물의 허용각변위와 허용침하량

6.8.1 구조물의 한계 각변위 및 최대 허용침하량

6.8.2 지중 매설관의 허용침하

연습문제

제7장 터널굴착에 의한 지반침하

7.1 개 요

7.2 터널굴착에 의한 지반손실

7.3 터널 상부지반의 지표침하

7.3.1 지표침하의 관리

7.3.2 횡단면상 지표침하

7.3.3 터널 종단면상 지표침하

7.3.4 임의지점의 지표침하

7.4 병설터널 굴착에 의한 지표침하

7.5 터널굴착에 의한 지표침하에 따른 지상구조물의 손상

7.5.1 터널상부 지표침하로 인한 상부구조물 손상

7.5.2 터널 횡단면 지표침하로 인한 상부구조물 손상

연습문제

제8장 지반침하에 의한 구조물 손상과 대책 및 보강

8.1 개 요

8.2 지반침하와 구조물 손상

8.2.1 지반의 부등침하

8.2.2 지반침하에 의한 구조물 손상

8.2.3 구조물의 허용침하량

8.3 지층형상에 기인한 지반침하

8.3.1 지표침하에 영향을 미치는 지층의 형상

8.3.2 특이지층에 기인한 지반침하

8.3.3 압축성 지층과 구조물의 위치에 따른 지반침하

8.4 구조물 하중에 의한 지반침하

8.4.1 구조물 하중의 증가로 인한 지반침하

8.4.2 큰 구조물 하부지반의 응력집중에 의한 지반침하

8.4.3 기존 구조물 근접재하에 의한 지반침하

8.4.4 구조물의 하중특성에 따른 부등침하

8.4.5 구조물과 기초의 상대강성에 따른 침하

8.5 균등침하와 부등침하

8.6 허용 침하량과 허용 각변위

8.6.1 허용 침하량

8.6.2 허용 각변위

이 상 덕(李 相德, Lee, Sang Duk)
 

서울대학교 토목공학과 졸업 (공학사)

서울대학교 대학원 토목공학과 토질전공 (공학석사)

독일 Stuttgart 대학교 토목공학과 지반공학전공 (공학박사)

독일 Stuttgart 대학교 지반공학연구소 (IGS) 선임연구원

미국 UIUC 토목공학과 Visiting Scholar

미국 VT 토목공학과 Visiting Scholar

현 아주대학교 건설시스템공학과 교수

지반의 침하거동에 대한 근본적인 이해

흙 지반은 다양한 원인에 의해 그 구조골격이 변형되거나 간극의 부피가 변하면 침하되며, 이로 인해 상부 구조물이나 지반 내의 특정한 지점의 위치가 달라진다.

지반침하는 외력의 재하 후에 즉시침하나 압밀침하 또는 이차압축침하의 형태로 발생한다. 지반의 침하거동은 여러 가지 지반침하 영향요소(흙 구조골격의 특성, 투수특성, 재하속도 및 구조물의 강성도 등) 에 의해 영향을 받는다.

최근 세계화 추세에 따라 국내외 교류가 잦아져서 선진 외국기술을 접할 수 있는 기회가 많아질수록 국내외 지반공학의 기술 특히 지반침하의 예측 및 관리기술의 격차가 심화되는 것처럼 느껴진다. 따라서 이 책에서는 앞으로 세계의 지반기술을 주도해 나갈 수 있는 건설기술자가 필수적으로 알아야 할 가장 기본적이고 중요한 지반침하에 대한 내용을 다루었다.

기초는 침하를 기준으로 설계해야 하며, 침하계산은 정확한 현장자료를 근거로 해서 현장조건에 부합하는 조건으로 수행해야 한다.

침하를 검토하지 않고 구조물 기초를 설계하는 우가 더 이상 범해지지 않도록, 많은 기술자들이 지반의 침하에 더 많은 관심을 기울이기고 연구하기를 염원하는 간절한 마음으로 이 책을 준비하였다.

미래는 능력이 있는 기술자만 생존할 수 있는 시대이므로, 본서가 기술자들에게 큰 힘이 될 수 있으면 좋겠다.

이 책의 내용은 어려운 것이 아니고 기본적인 것이다. 따라서 이 책의 내용이 어렵거나 낯설게 느껴진다면, 전문 지반공학 기술자의 기본이 부족하다고 생각하고 매진해야 할 것이다.

이 책에서는 지반 전문가가 아니더라고 지반의 침하거동을 근본적으로 이해하여 침하를 예측할 수 있도록 하기 위해 상부구조물의 하중이 지반에 전달되는 메커니즘을 설명하였다. 그리고 지반의 변형특성을 정확하게 이해하는데 도움이 될 수 되도록 지반의 변형거동을 상세히 설명하였다.