개념 한 쪽
압밀시험은 토층이 과거에 경험한 최대하중과 현재의 압밀거동을 해석하기 위해 실시한다는 점에 초점을 둔다고 요약한다. 시험 결과로 얻는 e-log p 곡선은 선행압밀하중, 압축지수, 팽창지수 등을 제공하고, 시간에 따른 침하량 곡선은 압밀계수와 압밀 소요시간 산정에 사용된다는 관점을 중심으로 한다고 정리한다.
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출제기준 단원 「압밀시험」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| e-log p로 선행압밀하중 판단 | 1 | e-log p 곡선의 변곡점에서 선행압밀하중을 찾는 법을 묻는다 |
| 두께 비례로 압밀 시간 환산 | 1 | 시료 시간과 지층 두께 비를 제곱비로 환산해 소요시간을 구하는 법을 묻는다 |
| 배수경로·Cv로 시간 계산 | 1 | 배수조건에 따라 H 설정하고 Tv·Cv로 압밀 시간을 계산하는 방법을 묻는다 |
e-log p 곡선은 공극비(e)와 유효압력(P, 로그축)의 관계를 표시한 그래프로서, 과거에 지반이 경험한 최대 압력을 나타내는 선행압밀하중을 이 곡선의 재압축곡선과 압축곡선이 만나는 변곡점에서 구할 수 있다고 설명한다. 이 곡선으로부터 압축지수(Cc)와 팽창지수(Re)를 도출할 수 있으며, 이는 정적 압밀 특성을 나타낸다고 정리한다.
압밀계수(Cv)와 압밀 소요시간은 시간-침하량 곡선과 동적 해석에 근거한다고 구분한다. 압밀계수는 토층의 물이 빠져나가는 속도와 관련된 동적 지표이므로 e-log p 곡선으로부터 직접 산출하지 않는다는 점을 분명히 한다. 따라서 e-log p 곡선은 정적 특성, 시간 곡선은 동적 특성에 대응한다고 기억한다.
시료 상태는 시험결과에 큰 영향을 미친다고 강조한다. 채취나 취급 과정에서 시료가 교란되면 흙의 입자 구조가 파괴되어 e-log p 곡선의 압밀구간 기울기가 완만해지고 선행압밀하중이 낮게 평가되는 경향이 있어서, 교란 시료는 실제 지반 거동 재현에 부적합한 데이터가 나온다고 정리한다.
압축지수와 압축계수 산정은 각각 다른 관계식을 사용한다고 설명한다. 압축지수(Cc)는 e-log p 곡선의 기울기이며 간극비 변화량을 압력의 로그비로 나눈 값으로 계산한다고 하고, 압축계수(av)는 간극비 변화량을 유효응력 변화량으로 나눈 값이라는 점을 구체적으로 구분한다.
대표 계산1 — 두께 비례에 따른 압밀 소요시간 추정 문제를 설명한다. 실험 시료 두께 2cm에서 전압밀에 소요된 시간이 2시간이었다고 가정하면, 동일한 시료조건에서 두께 5m(500cm)의 지층은 두께 비 500/2 = 250배가 되므로 시간은 두께의 제곱에 비례하여 250² = 62,500배가 된다고 적용한다. 따라서 지층 소요시간은 2시간 × 62,500 = 125,000시간이며, 이를 연 단위(8760시간 기준)로 환산하면 약 14.3년이 된다고 계산한다.
대표 계산2 — 양면배수 공시체의 압밀 시간 계산을 설명한다. 공시체 두께가 2cm이고 양면배수일 때 배수경로 H는 두께의 절반인 1cm가 된다. 압밀도 50%에서 시간계수 Tv = 0.197를 사용하고, 주어진 압밀계수 Cv = 2.3×10⁻³ cm²/sec를 대입하면 t = (Tv × H²) / Cv = 0.197 × 1² / 0.0023 ≈ 85.65초가 되어 약 1.43분이 된다고 계산한다.
선행압밀하중을 결정하기 위해서는 압밀시험을 행한 다음 어느 곡선으로부터 구할수 있는가?
정답 ① · 선행압밀하중을 결정하기 위해서는 자유응력과 간극비의 관계를 도시한 e-log p 곡선으로부터 구한다는 문제이다. 압밀시험 결과의 e-log p 곡선에서 압축곡선과 재압축곡선이 만나는 변곡점의 압력이 바로 선행압밀하중을 의미한다.
선행압밀하중은 간극비와 압력의 관계 곡선(e-log p 곡선)에서 압밀재압축곡선과 압밀압축곡선의 교차점을 통해 결정된다.
두께 2㎝의 점토시료에 대한 압밀시험에서 전압밀에 소요되는 시간이 2시간이었다. 같은 시료조건에서 5m 두께의 지층이 전압밀에 소요되는 기간은 약 몇 년인가? (단, 기간은 소수 2자리에서 반올림함.)
정답 ② · 문제는 두께가 다른 시료에서 전압밀에 소요되는 시간이 두께의 제곱에 비례함을 이용해 장기간을 추정하는 것이다. 시료 두께 비는 500 cm(5 m) ÷ 2 cm = 250배이고 시간 비는 250² = 62,500배이다.
압밀 소요시간은 두께의 제곱에 비례하므로, 두께 비율의 제곱을 시간 비율에 적용한다.
어떤 시료의 압밀 시험 결과 Cv = 2.3 × 10-3㎝2/sec라면 두께 2㎝인 공시체가 압밀도 50%에 소요되는 시간은?
정답 ① · 압밀도 50%일 때의 시간계수 Tv = 0.197 입니다. 시간 t = (Tv × H²) / Cv 공식을 이용합니다.
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