개념 한 쪽
지반의 성질을 파악하는 여러 현장 및 실내 시험이 있으며, 각 시험은 지반 종류와 설계 목적에 따라 적절히 선택한다. 다르시의 법칙은 포화된 지반 내 물의 흐름을 설명하는 기본 관계식을 제공한다.
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출제기준 단원 「토압과 구조물」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 연약 점토 전단강도 판별 | 1 | '+'자형 날개 회전 시험의 명칭과 적용 지반을 묻기 |
| 사질층·점토층 압밀 비교 | 1 | 사질층과 점토층의 압밀 시간과 침하량 차이를 설명할 근거 묻기 |
| 다르시 법칙의 비례관계 판별 | 1 | Q= k·i·A에서 수두와 유량의 관계를 바르게 판단하기 |
연약한 점토질 지반의 전단강도를 현장에서 직접 평가할 때는 '+'자형 날개를 지반에 삽입하여 회전시키고 저항 모멘트를 측정하는 베인테스트를 사용한다. 이 시험은 연약 점토의 전단강도 측정에 적합하며, 표준관입시험이나 상축압축시험과는 적용 대상과 방법이 다르다.
사질층과 점토층은 압밀 거동에서 대조적인 특성을 보인다. 사질층은 투수성이 커서 압밀 침하가 빠르게 일어나고 최종 침하량이 상대적으로 작다. 점토층은 투수성이 작아 압밀 시간이 길고 총 침하량이 큰 경향을 보인다.
모래 지반은 불교란 시료 채취가 어렵기 때문에 현장에서 밀도나 저항을 간접적으로 평가하는 표준관입시험(N값)을 주로 이용한다. 반대로 점성토는 베인테스트나 지내력시험 등 점토 특성에 맞는 시험을 적용한다.
다르시의 법칙은 포화 상태 토층에서의 물의 유동을 Q = k·i·A로 표현하여 유량 Q가 투수계수 k, 수두경사 i, 단면적 A에 비례함을 보여준다. 이로부터 수두와 유량은 비례 관계에 있음을 알 수 있다.
토질 특성의 정량적 지표로 공극률이 있으며, 공극률은 전체 부피에서 고형입자 부피를 뺀 공극 부피가 차지하는 비율로 정의한다. 공극률 계산에서 수분 부피는 공극 부피의 일부로 취급되며, 고형입자 부피와 전체 부피를 이용해 공극률을 구한다.
공극률 계산 예시는 다음과 같다. 전체 토양 시료 부피가 60cm3이고 고형입자 부피가 36cm3일 때 공극 부피는 60 − 36 = 24cm3이다. 따라서 공극률은 (24 ÷ 60) × 100 = 40%가 된다.
현장 시험 매칭 예시는 다음과 같다. 모래 지반에서 불교란 시료 채취가 어렵다면 표준관입시험으로 N값을 측정하여 밀도를 추정한다. 연약 점토에서 전단강도를 알고자 하면 '+'자형 날개를 회전시켜 저항 모멘트를 측정하는 베인테스트를 선택한다.
다르시의 법칙 관련 판별 예시는 다음과 같다. Q = k·i·A에서 수두경사 i는 수두차에 비례하므로 유량 Q는 수두에 비례한다는 점을 이용해 보기의 옳고 그름을 판단한다.
연약한 점토질에 사용되며 +자형 닐개를 회전하여 회전력에 저항하는 모멘트를 측정하는 시험은?
정답 ① · 문항은 연약 점토질에서 +형 날개를 회전시켜 저항 모멘트를 측정하는 시험법을 묻고 있다. 이 방식은 베인테스트로, 현장에서 연약 점토의 전단강도를 측정할 때 널리 사용된다.
연약 지반의 전단강도를 측정하기 위해 +자형 날개를 지반에 삽입해 회전시킬 때 저항 모멘트를 측정하는 시험은 베인테스트이다.
사질 및 점토층에 관한 설명 중 옳지 않은 것은?
정답 ① · 문제는 사질층과 점토층의 물리적 특성 차이에 관한 옳지 않은 설명을 찾는 문제이다. 사질층은 투수성이 좋아 압밀이 즉시 일어나고 총 침하량이 적은 반면 점토층은 압밀에 오랜 시간이 걸리며 침하량이 더 크다.
사질층은 투수성이 좋아 압밀 시간이 짧고 침하량이 적으며, 점토층이 압밀 침하량이 더 크다.
토양수분의 포화상태에 대한 투수현상은 Darcy의 법칙을 이요 하여 설명할 수 있는데 다음 중 잘못된 것은?
정답 ④ · 문제는 다르시의 법칙에 따라 포화 상태 토양에서 투수현상과의 비례·반비례 관계를 묻고 있다. 다르시 법칙은 유량 Q가 투수계수와 단면적 및 수두경사에 비례하고 통로 길이에 반비례한다(Q = k i A, 여기서 i = 수두차/길이).
다르시의 법칙에 따르면 투수계수는 수두차에 비례하므로, 수량과 수두는 반비례 관계가 아닌 비례 관계이다.
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