[토질 및 기초 기술사] 137회 1교시 기출문제 3번

3. 흙입자의 침강속도

 

Ⅰ. 흙입자의 침강속도 정의

- 점성 있는 액체 속에서 구형 입자가 침강할 때, 입자의 크기가 클수록 침강 속도가 빠르다는 원리로, 토질역학에서는 체분석이 불가능한 세립토(실트, 점토)의 입도분석(비중계 시험)을 위해 사용된다.

Ⅱ. Stokes의 법칙에 의한 침강속도 산정식

• v: 침강속도 (cm/sec)
• ρs: 흙입자의 밀도, ρw: 액체(물)의 밀도
• η: 액체의 점성계수, D: 흙입자의 직경 (cm)

※ 침강속도(v)는 입자 직경의 제곱(D^2)에 비례

Ⅲ. Stokes 법칙의 기본 가정 (한계성)

1) 구형 입자: 흙입자는 완전한 구형 (실제 점토는 판상이나 침상임)

2) 독립 침강: 입자 간의 간섭이 없는 무한한 액체 내의 독립 침강

3) 층류 상태: 입자의 크기가 너무 크지 않아 흐름이 층류(Reynolds 수 작음)

4) 일정한 온도: 액체의 온도 변화가 없어 점성계수가 일정

Ⅳ. 시험 시 활용 및 주의사항

1) 비중계 시험: 시간에 따른 현탁액의 밀도 변화를 측정하여 통과 백분율 산출

2) 유효경 산정: 침강 깊이(L)와 시간(t)을 측정하여 입경 도출

 

3) 보정 필수: 온도 보정, 시약(분산제) 보정, 메니스커스 보정 수반 要

Ⅴ. 기술자적 제언

- 실제 흙입자는 구형이 아니므로 Stokes 법칙에 의한 입경은 등가 구형 직경의 의미를 갖는다. 기술사는 비중계 시험 시 온도 관리를 철저히 하고, 특히 0.001mm 이하의 초세립토에서는 브라운 운동의 영향을 고려하여 시험 결과의 신뢰성을 확보해야 한다.