개념 한 쪽
간극수압과 관련된 시험·계산은 흙의 강도 특성을 직접적으로 파악하는 데 쓰인다. 포화 점토의 경우 비배수 상태에서 얻는 일축압축강도는 점착력과 일정한 관계를 가지며, 베인전단시험과 직접전단시험은 점착력과 내부마찰각을 구하는 기본 도구이다. 시험 결과를 공식에 대입하여 점착력, 일축압축강도, 예민비 등을 산정하는 절차가 핵심이다.
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출제기준 단원 「간극수압계수」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 쿨롱 전단강도 계산 | 1 | 주어진 c, σ, φ로 전단강도를 계산하기 |
| 일축압축강도→점착력 변환 | 1 | 포화 점토의 qu로부터 c를 산정하기 |
| 베인전단시험 점착력 역산 | 1 | 베인 치수와 모멘트로 cu를 계산하기 |
포화 점토의 일축압축시험은 시료를 축방향으로 압축하여 파괴하중을 구하는 시험이다. 포화 상태에서는 물이 빠져나갈 시간이 없으므로 비배수 상태가 되고, 이 조건에서는 일축압축강도(qu)와 점착력(c) 사이에 qu = 2c 관계가 성립한다. 따라서 qu가 주어지면 c를 qu의 절반으로 산정한다.
베인전단시험은 베인(원통형 날개)을 삽입하여 회전모멘트로 전단파괴를 유도하는 방법으로 점착력(cu)을 구한다. 시험식 T = (π·cu·D²/2)·H + (π·cu·D³/6)에 모멘트와 베인 치수를 대입하여 cu를 역산한다. 두 항은 측면과 밑면의 저항을 합한 값으로 해석한다.
직접전단시험과 모어-쿨롱 파괴 규준은 전단응력과 수직응력의 선형 관계를 전제로 한다. 기본식 τ = c + σ tanφ 또는 S = c + σ tanφ를 사용하여 점착력과 tanφ를 계산한다. 서로 다른 수직응력에서의 전단응력을 이용하면 tanφ를 먼저 구하고, 그 값을 통해 c를 결정하는 방식이 효율적이다.
예민비(St)는 비교란 상태의 강도(qu)와 교란 상태의 강도(qur)의 비로 정의한다. 예민비는 흙이 교란되었을 때 강도가 얼마나 떨어지는지를 나타내는 지표이며, St = qu / qur로 계산한다. 이 개념들은 흙의 상태(비교란·교란)와 시험조건(배수 또는 비배수)에 따라 해석이 달라짐을 강조한다.
포화 점토의 qu 값을 반으로 나누어 c를 구하는 유형과 베인전단식에 계수를 먼저 계산한 뒤 모멘트로 나누어 cu를 구하는 계산 유형이 자주 출제된다. 직접전단시험의 두 점을 이용해 tanφ와 c를 연립하여 구하는 패턴도 빈출하므로, 식 대입 순서를 숙지하는 것이 중요하다.
어떤 흙의 전단실험결과 C=1.8kg/cm², ø=35°, 토립자에 작용하는 수직응력 σ =3.6kg/cm² 일 때 전단강도는?
정답 ② · 토포학적 관점의 전단강도 산정은 쿨롱(Coulomb)의 식인 τ = C + σ tan(∅)을 사용합니다. 문제에서 주어진 점착력 C=1.8kg/cm², 수직응력 σ=3.6kg/cm², 내부마찰각 ∅=35°를 공식에 대입합니다.
전단강도는 쿨롱 식 τ=C+σtanφ에 점착력과 수직응력, 내부마찰각을 대입하여 계산합니다.
직경 5cm, 높이 10cm인 연약점토 공시체를 일축압축시험한 결과 파괴시 압축력이 2.2kg, 축방향변위가 9mm이었다면 일축압축강도(qu)는?
정답 ④ · 점토 시료의 일축압축강도(qu)는 시험 시 측정된 최대 압축 하중을 시료의 단면적으로 나누어 구합니다. 높이 방향 변형이 발생하더라도 초기 공시체의 단면적으로 계산하는 것이 일축압축강도 산정 기본 공식입니다.
일축압축강도(qu)는 파괴 하중을 초기 단면적으로 나눈 값으로, 변형에 따른 단면적 변화는 무시하고 계산합니다.
어떤 흙의 전단실험결과 c=1.8kg/cm², ø=35˚, 토립자에 작용하는 수직응력이 ∂= 3.6kg/cm² 일 때 전단강도는?
정답 ② · 흙의 전단강도는 쿨롱의 파괴 기준식 S = c + σ*tan(φ)를 통해 계산합니다. 여기서 c는 점착력(1.8 kg/cm²), σ는 수직응력(3.6 kg/cm²), φ는 내부마찰각(35°)입니다.
쿨롱의 전단강도 공식 S = c + σtanφ에 각 값을 대입하여 전단강도를 계산한다.
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