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토목기사 흙의 성질·분류와 투수 개념 정리

중요도 ★★★★☆ · 25% (추정)

개요

이 단원은 흙이 흙 알갱이, 물, 공기로 이루어져 있다는 데서 출발해 흙의 무게와 부피 관계, 입도와 소성, 흙의 분류, 물이 흙 속을 흐르는 투수를 배웁니다. 토질 계산의 기본이 되는 관계식이 많습니다.

간극비는 간극 부피를 흙 알갱이 부피로 나눈 값이고, 함수비는 물 무게를 흙 알갱이 무게로 나눈 값입니다. 포화도 S, 간극비 e, 함수비 w, 비중 Gs 사이에는 Se = wGs 관계가 있습니다. 건조단위중량은 γd = Gs·γw/(1 + e) 입니다.

입도분포는 균등계수와 곡률계수로 평가하며 두 조건을 모두 만족해야 입도가 좋은 흙입니다. 점토의 성질은 애터버그 한계로 나타내며, 액성한계에서 소성한계를 뺀 값이 소성지수입니다. 통일분류법은 G·S·M·C·O·Pt 같은 첫 글자와 W·P·L·H 같은 둘째 글자로 흙을 나눕니다.

물이 흙을 지나는 속도는 다르시 법칙으로 구하고, 유선망을 그려 침투유량을 계산합니다. 위로 흐르는 물의 동수경사가 한계동수경사에 이르면 흙이 떠오르는 분사현상이 일어나며, 이것이 파이핑의 원인이 됩니다.

핵심 개념

  • 흙의 상관관계식

    포화도 S, 간극비 e, 함수비 w, 흙 입자 비중 Gs 사이에는 Se = wGs 가 성립합니다. 간극률은 n = e/(1 + e) 입니다.

    외우는 요령S·e = w·Gs, 네 값 중 셋을 알면 하나를 구한다.

  • 건조단위중량

    흙 알갱이 무게만으로 계산한 단위중량으로 γd = Gs·γw/(1 + e) 이며, 습윤단위중량으로는 γd = γt/(1 + w) 입니다.

    외우는 요령습윤단위중량을 1 + 함수비로 나눈다.

  • 균등계수와 곡률계수

    균등계수 Cu = D60/D10, 곡률계수 Cc = D30²/(D10·D60) 입니다. 입도가 좋으려면 Cc 가 1~3 이고, Cu 가 자갈은 4 초과, 모래는 6 초과여야 합니다.

    외우는 요령Cc 는 1~3, Cu 는 자갈 4·모래 6.

  • 소성지수

    소성지수 PI = 액성한계 − 소성한계로, 흙이 소성 상태로 있는 함수비 범위입니다. 값이 클수록 점토 성질이 강합니다.

    외우는 요령액성 − 소성.

  • 통일분류법 기호

    첫 글자 G(자갈)·S(모래)·M(실트)·C(점토)·O(유기질)·Pt(이탄), 둘째 글자 W(입도 좋음)·P(입도 나쁨)·L(압축성 낮음)·H(압축성 높음)입니다.

    외우는 요령첫 글자는 흙 종류, 둘째는 성질.

  • 한계동수경사와 분사현상

    위로 흐르는 물 때문에 유효응력이 0 이 되는 동수경사가 한계동수경사 ic = (Gs − 1)/(1 + e) 입니다. 이를 넘으면 흙이 떠오르는 분사현상이 생깁니다.

    외우는 요령안전율 = 한계동수경사 ÷ 실제 동수경사.

자주 나오는 포인트

  • Se = wGs 와 γd 공식은 계산 문제의 출발점입니다.
  • 입도 좋은 흙의 Cu·Cc 조건을 자갈과 모래로 나눠 기억하세요.
  • 통일분류법 기호(예: SW, CL)를 풀어 읽는 문제가 나옵니다.
  • 유선망 침투유량은 Q = k·H·(유로 수/등수두면 간격 수)입니다.

대표 문제 3개

검수를 마친 예상문제 가운데 이 단원의 대표 문제입니다.

예상문제검수 완료토질 및 기초 › 흙의 성질·분류와 투수★★★★☆

문제 1. 포화된 흙의 함수비가 30%, 흙 입자의 비중 Gs 가 2.70 일 때 간극비는?

  1. ① 1.23
  2. ② 0.30
  3. ③ 0.11
  4. ④ 0.81
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기

정답: ④ 0.81

핵심: S·e = w·Gs (포화도 × 간극비 = 함수비 × 비중)

흙의 기본 관계식 S·e = w·Gs 를 씁니다. 포화된 흙은 포화도 S = 1(100%) 입니다.

  1. e = w × Gs ÷ S
  2. = 0.30 × 2.70 ÷ 1
  3. = 0.81
  4. 검산: 0.81 × 1 = 0.30 × 2.70 = 0.81 로 맞습니다.

틀린 선지

  • 1.23: 간극비 0.81 의 역수입니다.
  • 0.30: 함수비를 간극비로 그대로 쓴 값입니다.
  • 0.11: 함수비를 비중으로 나눈 값입니다.
예상문제검수 완료토질 및 기초 › 흙의 성질·분류와 투수★★★★☆

문제 2. 통일분류법에서 기호 SW 가 나타내는 흙은?

  1. ① 입도분포가 나쁜 모래
  2. ② 입도분포가 좋은 자갈
  3. ③ 입도분포가 좋은 모래
  4. ④ 실트질 모래
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기

정답: ③ 입도분포가 좋은 모래

핵심: 첫 글자 G 자갈·S 모래, 둘째 글자 W 입도 양호·P 입도 불량·M 실트질·C 점토질

통일분류법 기호는 두 글자로 이루어집니다.

  1. 첫 글자(주된 흙): G 자갈, S 모래, M 실트, C 점토, O 유기질토
  2. 둘째 글자(성질): W 입도분포 좋음, P 입도분포 나쁨, M 실트 섞임, C 점토 섞임, L 압축성 낮음, H 압축성 높음
  3. SW = 모래(S) + 입도분포 좋음(W)

틀린 선지

  • 입도분포가 나쁜 모래: 기호는 SP 입니다.
  • 입도분포가 좋은 자갈: 기호는 GW 입니다.
  • 실트질 모래: 기호는 SM 입니다.
예상문제검수 완료토질 및 기초 › 흙의 성질·분류와 투수★★★★☆

문제 3. 어떤 점토의 액성한계 45%, 소성한계 25%, 자연 함수비 35% 일 때 액성지수는?

  1. ① 0.78
  2. ② 1.4
  3. ③ 0.5
  4. ④ 2.0
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기

정답: ③ 0.5

핵심: 액성지수 LI = (w − PL) / PI, PI = LL − PL

액성지수는 자연 상태의 흙이 소성한계와 액성한계 사이 어디쯤에 있는지 나타냅니다.

  1. 소성지수 PI = 45 − 25 = 20
  2. LI = (35 − 25) ÷ 20 = 10 ÷ 20 = 0.5
  3. 검산: LI 가 0 이면 소성한계, 1 이면 액성한계 상태이므로 0.5 는 그 중간인 것이 맞습니다(함수비 35% 가 25% 와 45% 의 가운데).

틀린 선지

  • 0.78: 자연 함수비를 액성한계로 나눈 값입니다.
  • 1.4: 자연 함수비를 소성한계로 나눈 값입니다.
  • 2.0: 액성지수 식을 거꾸로(분자·분모 바꿔) 계산한 값입니다.
이 단원 5문제 풀기 →

AI 작성 · 검수 완료 · AI가 새로 쓴 글 가운데, 작성과 분리된 AI 검증(다시 읽고 사실·수치 확인)을 통과한 단원만 싣습니다. 틀린 곳을 발견하면 알려 주세요.