[토질 및 기초 기술사] 138회 3교시 기출문제 2번

Ⅰ. 개요

1. 투수계수(k)는 흙 속을 물이 통과하는 용이성을 나타내는 지표로, Darcy의 법칙(v=ki)에서 비례상수를 의미한다
2. 투수계수는 흙 입자의 크기, 형상, 간극비와 같은 지반의 물리적 특성뿐만 아니라, 물의 점성 및 밀도와 같은 유체의 특성에 의해서도 결정된다
3. 지반을 다지면 건조단위중량(γd)이 증가하고 간극비(e)가 감소하여 유수 통로가 좁아지므로 투수계수는 급격히 감소하는 경향을 보인다

Ⅱ. 투수계수 영향인자

Ⅲ. (문제1) 흙의 투수계수에 영향을 미치는 요소

1. 흙 입자의 크기: 입경이 클수록 간극의 크기가 커져 투수계수가 비약적으로 증가함 (k ∝ D²)
2. 간극비: 동일한 흙이라도 다짐을 통해 간극비(e)가 줄어들면 투수 통로가 곡절되고 좁아져 투수성이 저하됨
3. 물의 점성 및 온도: 온도가 높을수록 물의 점성이 낮아져 투수계수가 커짐
4. 입도 분포 및 입자 형상: 입도가 양호(균등계수 Cu가 큼)할수록 작은 입자가 간극을 채워 투수성이 낮아지며, 입자가 각진 경우보다 둥글수록 투수성이 큼
5. 포화도: 흙 속에 공기가 포함된 불포화 상태에서는 공기가 통로를 막아 투수계수가 현저히 감소함

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Ⅳ. (문제2) 다짐 후 투수계수 산정

1) 초기 상태의 간극비 (e₁) 산정

2) 다짐 후 상태의 간극비 (e₂) 산정

3) 간극비 변화에 따른 투수계수 산정 (k ∝ e² 또는 e³/(1+e) 적용)

4) 결과: 다짐 후 투수계수는 0.0814 cm/s

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Ⅴ. 투수계수 산정 결과의 해석 및 활용

1) 다짐의 효과 확인: 건조단위중량이 약 8.5% 증가할 때, 투수계수는 약 42% 감소함을 알 수 있음. 이는 차수성 구조물(댐의 코어 등) 시공 시 다짐의 중요성을 공학적으로 증명함

2) 현장 투수 시험과의 비교: 실내 시험과 계산치는 지반의 불균질성을 반영하지 못하므로, 현장에서는 양수 시험 등을 병행하여 실측치를 보정해야 함

3) 침투압 및 안정성 검토: 산정된 투수계수를 기반으로 유선망을 작도하여 분사현상Piping에 대한 안전율을 검토함

Ⅵ. 결론 (기술자적 제언)

- 투수계수는 고정된 상수가 아니라 지반의 밀도 상태에 따라 민감하게 반응하는 변수이다. 기술사는 다음과 같은 관점에서 투수성을 관리해야 한다

• 첫째, 차수가 목적인 성토 공사에서는 간극비(e) 관리를 통해 목표 투수계수 이하를 유지할 것
• 둘째, 배수가 목적인 옹벽 배면이나 터널 뒷채움재는 입도 분포가 우수한 재료를 선정하여 투수성을 확보할 것
• 셋째, 설계 단계의 계산치(e와의 상관관계)를 시공 단계에서 현장 밀도 시험과 연계하여 품질 관리의 실효성을 높여야 한다