삼축압축시험

삼축압축시험 (Triaxial Compression Test) 은 흙이나 암석 시료의 역학적 특성을 평가하기 위해 사용되는 실험 방법입니다. 특히, 지반 공학, 암반 공학, 토질 역학 분야에서 널리 활용되며, 흙이나 암반의 전단 강도, 변형 특성, 응력-변형률 관계 등을 파악하는 데 중요한 역할을 합니다.

개요

삼축압축시험은 시료를 원통형으로 성형하여, 일정 크기의 구속압(confining pressure)을 가한 상태에서 축 방향으로 하중을 가하여 시료를 파괴시키는 방식으로 진행됩니다. 이때 가해지는 축 방향 응력과 발생하는 변형률을 측정하여, 시료의 역학적 특성을 분석합니다. 시험 과정에서 시료 내부에 발생하는 간극수압을 측정하거나 배수를 허용하는 조건에 따라 다양한 종류의 삼축압축시험이 존재합니다.

시험 방법 및 종류

삼축압축시험은 구속압의 크기, 배수 조건, 하중 가력 방식 등에 따라 다양한 종류로 나뉩니다. 주요 시험 종류는 다음과 같습니다.

• 압밀-배수 시험 (Consolidated Drained Test, CD Test): 시료를 충분히 압밀시킨 후, 축 하중을 가하는 동안 시료 내부의 간극수를 배수시키는 시험입니다. 장기간에 걸쳐 하중이 작용하는 경우의 흙의 전단 강도를 평가하는 데 적합합니다.

• 압밀-비배수 시험 (Consolidated Undrained Test, CU Test): 시료를 충분히 압밀시킨 후, 축 하중을 가하는 동안 시료 내부의 간극수를 배수시키지 않는 시험입니다. 전단 과정에서 발생하는 간극수압을 측정하여 유효 응력 개념을 적용할 수 있습니다.

• 비압밀-비배수 시험 (Unconsolidated Undrained Test, UU Test): 시료를 압밀시키지 않고 즉시 축 하중을 가하는 동안 시료 내부의 간극수를 배수시키지 않는 시험입니다. 짧은 시간 내에 하중이 작용하는 경우의 흙의 전단 강도를 평가하는 데 적합하며, 주로 점성토의 즉각적인 안정성을 평가하는 데 사용됩니다.

활용 분야

삼축압축시험은 다양한 공학 분야에서 활용됩니다.

• 지반 공학: 댐, 제방, 사면 등의 안정성 평가, 기초 설계, 터널 설계 등

• 암반 공학: 터널, 지하 공간, 사면 등의 안정성 평가, 암반 구조물 설계 등

• 토질 역학: 흙의 역학적 특성 연구, 구성 모델 개발 등

장점 및 단점

장점:

• 응력 경로를 제어하여 다양한 조건에서의 흙이나 암석의 거동을 모사할 수 있습니다.
• 전단 과정에서 발생하는 간극수압을 측정하여 유효 응력 개념을 적용할 수 있습니다.
• 다른 시험 방법에 비해 정확도가 높은 편입니다.

단점:

• 시험 준비 및 수행에 시간과 노력이 많이 소요됩니다.
• 시험 장비가 고가이고 복잡합니다.
• 시료의 불균질성이나 시험 과정에서의 오차가 결과에 영향을 미칠 수 있습니다.