개념 한 쪽
토양의 물리적 성질은 유출·배수·사면 안정 등 현장 설계에 직접적 영향을 미친다. 투수계수는 물의 흐름과 관련된 주요 지표로서 단위중량·점성계수·유효입경 등 인자와 관계한다. 굴착에 따른 토량의 팽창률은 토질 종류별로 크게 달라 공사계획과 운반량 산정에 중요하다. 건조 상태에서의 안식각은 입자 크기 순서에 따라 결정되어 사면 및 비탈면 설계의 기초 자료가 된다.
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출제기준 단원 「전단강도와 사면의 안정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 토량 팽창 정도 판별 | 1 | 굴착 후 흐트러진 토량의 팽창률 비교를 묻는다 |
| 투수계수 비례관계 확인 | 1 | 투수계수를 단위중량·점성·입경 관계로 설명하는지 묻는다 |
| 건조 시 안식각 순서 | 1 | 건조 상태에서 입자별 안식각의 크기 순서를 묻는다 |
투수계수는 흙 속 공극을 통해 물이 얼마나 잘 흐르는지를 나타내는 값으로, 여러 물리적 인자의 영향을 받는다고 설명한다. 물의 단위중량이 클수록 중력에 의한 흐름이 용이해져 투수계수가 비례하고, 점성계수가 클수록 흐름 저항이 커져 투수계수는 반비례한다고 정리한다. 또한 유효입경이 클수록 투수성이 좋아져 투수계수는 유효입경의 제곱에 비례한다는 하젠식의 기본 원리를 소개한다.
토량의 팽창은 굴착 후 토사가 흐트러지면서 체적이 증가하는 현상이며, 토질 종류에 따라 팽창률이 달라진다고 설명한다. 일반적으로 암반류를 파쇄하여 흐트러뜨린 경우(보통암)가 점토나 모래질 흙보다 팽창률이 크므로 운반·적치 계획 시 이 순서를 고려해야 한다고 정리한다. 이 원리는 토량 산출과 장비 배치에 직접 반영되어야 한다고 강조한다.
안식각은 건조 상태에서의 입자 간 마찰과 배열에 의해 결정되는 각도로, 입자 크기가 클수록 안식각이 크다고 설명한다. 따라서 건조 시 안식각의 대소는 자갈 > 모래 > 점토 순서가 되며, 이 순서를 기반으로 사면 설계나 토사 안정성 판단 시 비교·판단한다. 입자 유형별 특성을 기억하면 관련 문제를 빠르게 해결할 수 있다고 덧붙인다.
이들 개념은 서로 연관되어 현장 지반의 거동을 이해하는 데 기초가 되므로, 투수성·팽창률·안식각을 구분하여 적용하는 습관을 들여야 한다고 결론지었다.
투수계수 관련 문항에서는 단위중량과 점성계수의 비례·반비례 관계를 혼동하면 오답이 된다. 토량 팽창 문제는 토질별 팽창률 순서(암반류가 최대)를 이용해 정답을 골라야 한다. 안식각 문제는 건조 상태에서의 자갈＞모래＞점토 순서를 적용하면 반대 보기를 배제할 수 있다.
일반적으로 토량의 부피는 자연상태보다 흐트러진 상태의 것이 많아지게 된다. 다음 중 흐트러진 상태의 토량이 체적이 가장 많이 늘어나는 것은?
정답 ② · 흙을 파내어 흐트러뜨린 상태(fyaml 상태)의 부피는 자연 상태(natural state)보다 일반적으로 증가하게 되는데, 이를 팽창이라고 합니다. 토질의 종류에 따라 팽창률이 다르게 나타나며, 점토, 모래, 풍화암 등에 비해 암반류(보통암 등)를 발파하고 쪼개어 흐트러뜨렸을 때 부피가 가장 크게 늘어나는 특성을 가지고 있습니다.
흙을 파내어 흐트러뜨리면 부피가 늘어나는데, 암반류가 가장 큰 팽창률을 보이므로 보통암이 정답이다.
흙의 투수계수에 관한 설명으로 틀린 것은?
정답 ③ · 다르시(Darcy) 법칙과 하젠(Hazen) 공식에 의하면 흙의 투수계수는 물의 단위중량에 비례하고, 물의 점성계수에는 반비례합니다. 또한 투수계수는 흙 유효입경의 제곱에 비례하며 형상계수에 따라서도 변화합니다.
투수계수는 물의 단위중량에 비례하고 점성계수에는 반비례하며, 유효입경 제곱에 비례한다.
건조할 경우 흙의 안식각 크기 비교를 틀리게 나타낸 것은?
정답 ① · 흙의 안식각은 마찰각과 점착력 등 흙의 특성에 따라 다르게 나타나며, 건조할 경우 보통 점토의 안식각이 모래보다 더 큰 값을 가집니다. 따라서 건조 시 점토가 모래보다 안식각이 크다는 설명은 올바른 사실입니다.
건조 시 안식각은 자갈>모래>점토 순이므로, 점토가 모래보다 크다는 ①은 틀린 설명이다.
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