토질역학의 발전

토질역학(Soil mechanics)은 토질의 힘에 의한 응력-응변 또는 응력-응변-시간 관계와 강도를 연구하는 응용학문으로 공학에 있어서의 한 분과입니다. 공학 지질학 연구 토체에서 발생할 수 있는 지질 작용에 대해 정량적 연구의 이론적 토대와 방법을 제공합니다. 토목교통수리 등에 주로 쓰입니다.

토질역학은 공학적 방법을 응용하여 토의 역학적 성질을 연구하는 학과입니다. 토질역학적 연구 대상은 인간의 활동과 밀접하게 연관된 흙과 토체로 인공토체와 자연토체, 그리고 토의 역학적 성능과 밀접하게 관련된 지하수입니다. 오스트리아 엔지니어 칼 테샤키(1883~1963)는 먼저 과학적인 방법으로 토질역학을 연구해 현대 토역학의 아버지로 불립니다. 토질역학은 지반, 옹벽, 토공 건물, 제방 등의 설계에 널리 사용되며 토목공학, 암토공학, 공학 지질공학 등의 중요한 분과입니다.

 

토질역학의 발전

토질역학의 발전은 크게 세 단계로 나눌 수 있다.

고대에는 생산과 생활상의 필요에 의해 공사를 위해 흙을 이용할 줄 알았습니다. 예를 들어 중국은 일찍부터 만리장성대운하영거대형궁전 등 위대한 건축물을 세웠고, 고대 이집트와 바빌로니아도 농지 수리공사를 많이 했고, 고대 로마의 교량공사와 페니키아 항만공사도 중요한 의미를 지닙니다. 사회 생산의 발전 수준과 기술 조건의 제한으로 발전이 매우 더딥니다. 18세기 중엽까지만 해도 이 학과는 감성적 인식에 머물러 있었습니다. 

2단계는 산업혁명기에 시작됐습니다. 대형 건축물의 건설과 관련 학과의 발전은 지반과 기초 문제를 연구할 수 있는 여건을 마련했고, 사람들은 이미 얻은 감성적 인식에서 이성적인 해석을 모색하기 시작했습니다. 많은 학자들이 공학적 관점에서 토의 역학 문제의 이론과 실험 연구를 진행하였습니다. 프랑스 과학자 C. A.de 쿨롱은 유명한 흙의 항절단 강도와 토질압력 이론(1773), 영국 W.J.M. 랭킨은 토질압력 이론이라는 두 가지 토질압력 이론을 발표했습니다. 18세기 중반 이전부터 인간의 건축공사 실천은 주로 건축가의 경험에 근거한 것이라고 합니다. 18세기 중엽부터 20세기 초반까지 건설사업이 급성장하자 많은 학자들이 이전과 자신의 실천경험을 총결산하고 지금도 유효하고 다각적인 중요 연구성과를 발표했습니다. 19세기 중엽부터 20세기 초반까지 생산의 발달에 따라 기초 공정이 크게 발전하였고, 기초가 깊어지고 기초가 되는 이론과 공법이 크게 발전하였습니다. 사람들은 공사의 실천에서 토질의 실제 관측과 모형 실험에 관한 자료를 대량으로 축적하였고, 토질의 강도, 토질의 변형, 토질침투성 등 전문적인 과제에 대하여 일부 이론적인 토의를 하였습니다.

20세기 초 이래로 본 학과의 발전 3단계입니다. 거대한 공사의 건설, 지반 탐사, 토공 실험과 현장 관측 기술의 발전은 사람들이 이론 연구를 전개하고 체계적으로 실험 성과를 총결하도록 재촉합니다. 그래서 토질역학은 점차 독립학과를 형성하게 됐습니다. 오스트리아 학자인 K. 테르자기는 1925년 최초의 토질역학 전문 저서 토역학(土力學)을 펴냈는데, 토질역학은 온전하고 독립적인 학문으로서 이미 형성되어 있는 중요한 징표로서, 이 전문 저서에서 그는 유명한 스트레스 이론을 제시하였습니다. 소련 학자 H. M. 게르셰바노프는 1931년 토체역학 원리를 펴냈습니다.