개념 한 쪽
흙의 입도분포는 흙을 구성하는 입자 크기의 분포 특성을 의미한다. 입도분포는 흙의 공학적 거동에 직접적인 영향을 주므로 균등계수와 같은 지표로 정량화하여 평가한다. 미세입자가 물속에서 침전할 때 형성되는 구조나 함수비·비중·공극비와 관련된 계산은 현장과 실험에서 반복적으로 다루는 핵심 내용이다.
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출제기준 단원 「흙의 입도분포」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 균등계수 판단 | 1 | 입도분포와 균등계수의 크기 관계를 가리기 |
| 구조 유형 식별 | 1 | 물속 침강으로 형성되는 봉소구조의 특성을 구별하기 |
| 수축한계 계산 | 1 | 주어진 부피·무게·비중으로 수축한계를 계산하기 |
입도분포는 흙 입자들의 크기 분포를 나타내며, 입자의 분포 형태는 흙의 공학적 성질을 좌우한다. 대표적인 정량지표로 균등계수(Cu)를 사용하며, 균등계수는 D60을 D10으로 나눈 값으로 정의한다. 이 값이 클수록 입자 크기의 편차가 크다는 의미이다.
입도분포 곡선이 완만할수록 입자 크기의 편차가 크므로 균등계수는 커진다. 모래나 실트만 있는 단입 흙은 입자 크기가 비슷하여 균등계수가 작고, 모래자갈에서 실트, 점토까지 다양한 입자가 섞인 흙은 입자 크기의 편차가 커 균등계수가 크다.
미세 입자(실트·점토)는 물속에서 침강하여 독특한 구조를 형성한다. 물속 침전으로 이루어진 구조는 간극비가 크고 충격과 진동에 약한 특성을 보이며, 이러한 느슨한 벌집 모양의 구조를 봉소구조라 칭한다.
흙의 함수비, 비중, 공극비는 서로 관련되어 포화도 계산 등에 사용된다. 포화도 S는 함수비 w와 비중 Gs, 공극비 e의 관계식 S = w·Gs / e로 계산한다. 또한 수축한계와 같은 흙의 특성값은 부피와 중량 관계를 이용하여 계산하는 절차를 따른다.
1) 균등계수 관련 문제 예시 설명이다. 균등계수 Cu = D60/D10이므로 입자 크기의 편차가 클수록 Cu가 커진다. 따라서 모래자갈·실트·점토가 골고루 섞인 흙이 단립 흙보다 균등계수가 크다.
2) 수축한계 계산 예시이다. 시료 부피 V = 5.83 cm³, 건조 후 무게 Ws = 11.26 g, 비중 G = 2.67일 때 입자 부피 Vs = Ws / G = 11.26 / 2.67 ≈ 4.218 cm³이다. 간극부피 Vv = V - Vs = 5.83 - 4.218 ≈ 1.612 cm³이며, 이 간극의 물 무게는 1.612 g이다. 수축한계 SL = (물 무게 / 입자 무게) × 100 = (1.612 / 11.26) × 100 ≈ 14.3%로 계산된다.
3) 혼합 함수비 계산 예시이다. 흙 A 총중량 1,200 g(함수비 20%)는 건조중량 1,000 g과 수분 200 g이고, 흙 B 총중량 2,600 g(함수비 30%)는 건조중량 2,000 g과 수분 600 g이다. 합계 건조중량은 3,000 g, 합계 수분량은 800 g이므로 혼합 함수비는 800 / 3,000 × 100 ≈ 26.7%이다.
노건조된 점토시료의 중량이 12.38g, 수은을 사용하여 수축한계에 도달한 시료의 용적을 측정한 결과가 5.98㎝3 일때의 수축한계는? (단, 비중은 2.65이다.)
정답 ① · 수축한계는 점토가 함수량 감소에 따라 부피변화 없이 수분만 잃는 한계 함수비입니다. 공식은 w_s = (W_1 - W_s) / W_s × 100 이지만, 부피 측정값이 주어진 경우 수축한계 w_s = (W - γ_w × V) / W_s × 100 을 사용합니다.
수축한계는 포화 상태의 부피와 비중으로 건조 중량을 역산한 후 함수비 공식을 적용하여 구한다.
실트, 점토가 물속에서 침강하여 이루어진 구조로 단립구조보다 간극비가 크고 충격과 진동에 약한 흙의 구조는?
정답 ④ · 실트나 점토와 같은 미세한 흙 입자가 물속에서 천천히 침전될 때, 입자 사이의 인력(반데르발스 힘 등)에 의해 입자가 엉키거나 뭉쳐서 꿀벌집 모양과 같은 느슨한 구조를 형성하게 되는데 이를 봉소구조(Honeycomb structure)라고 합니다. 이 구조는 단립구조에 비해 간극비가 크고, 외부의 충격이나 진동을 받으면 쉽게 무너져 내리는 특성을 가집니다.
미세 입자가 물속에서 침전하며 형성한 느슨한 벌집 모양 구조를 봉소구조라 한다.
흙의 입도분포에서 균등계수가 가장 큰 흙은?
정답 ③ · 문항은 입도분포에 따른 균등계수가 어떤 흙에서 가장 큰지를 묻고 있다. 균등계수는 D60을 D10으로 나눈 값으로 입자크기의 범위가 클수록 값이 커지는 특성이 있다.
균등계수는 최대 입경과 최소 입경의 비이므로, 입자 크기의 편차가 클수록 균등계수가 커진다.
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