[토질및기초] 흙의 기본적 성질, 흙의 연경도, consistency, 액성한계, 소성한계, 수축한계, 수축비, 소성지수, 액성지수, 연경지수, 유동지수

흙의 기본적 성질

 

 

1. 흙의 연경도(軟硬度, Consistency)

 

(1) 세립토의 경우 함수비의 변화에 따라 흙의 체적, 상태(고체, 반고체, 소성체, 액성체) 및 흙의 공학적 특성(점성, 유동성, 전단강도)등이 변화하는 성질을 말한다.

 

(2) 각 상태(고체, 반고체, 소성체, 액성체)의 경계가 되는 함수비를 아터버어그 한계(Atteberg Limits, Consistency Limits)라고 한다.

 

 

(3) 액성한계(Liquidity limit) 

 

① 액성체와 소성체의 경계가 되는 함수비

② 액성한계의 의미：액성한계가 크면 미세한 점토함유량이 많고 팽창․수축성이 크며 함수량의 변화에 따른 영향이 크다.

③ N.P(Non-plasticity ; 비소성)

   ㉮ 규정된 방법으로 소성한계를 구할수 없는 경우

   ㉯ 액성한계를 구할수 없는 경우

   ㉰ 소성한계가 액성한계를 초과할 경우

 

④ 액성한계 시험

   ㉮ No.40체 통과 시료에 적당량의 물을 가하여 반죽한다.

   ㉯ 황동 접시에 반죽한 흙을 최대 두께가 1cm 정도가 되도록 넣는다.

   ㉰ 홈파기날(grooving tool)로 시료를 2등분하여 저부를 너비 2mm의 V형 홈을 만든다.

   ㉱ 황동 접시를 1cm 높이에서 1초에 2회의 속도로 V형 홈이 1.5cm 정도 붙을 때까지 낙하시킨다.

   ㉲ 함수비를 변화시켜 가며 5~6회 정도 반복 실시한다.

   ㉳ 함수비-낙하횟수 관계 곡선(유동 곡선)을 작도한다.

   ㉴ 작도한 유동 곡선에서 낙하횟수 25회에 대응하는 함수비를 구하면 이것이 액성한계이다.

 

 

(4) 소성한계(Plasticity limit)

① 소성체와 반고체의 경계가 되는 함수비

② 소성상태에 존재하는 최소의 함수비

③ No.40체 통과 시료를 반죽하여 깨끗한 유리판 위에서 손바닥으로 굴렸을 때 직경 3mm 정도에서 토막으로 부스러질 때의 함수비를 소성한계로 한다.

 

(5) 수축한계(Shrinkage limit)

① 반고체와 고체의 경계가 되는 함수비

② 고체상태에 존재하는 최대의 함수비

③ 수축한계보다 함수비가 더 감소하여도 흙의 체적변화는 거의 없다.

④ 수축한계는 흙의 동상성의 판정에 이용된다.

$\omega_s > \rm 20( \% )$이면 동상이 일어난다고 판단한다.

 

⑤ 수축한계 산정식

 

 

 

 

 

핵심예제

 

체적이 $V=5.83 \rm cm^3$인 점토를 건조로에서 건조시킨 결과 무게는 $W_s = 11.26 \rm g$이었다. 이 점토의 비중을 $G_s = \rm 2.67$이라고 하면 이 점토의 수축한계 값은 약 얼마인가?

① 28%

② 24%

③ 14%

④ 8%

 

해설

 

1. 수축비($R$)

 

2. 수축한계($\omega_s$)

 

정답 ③

 

 

(6) 연경도에 관한 지수

 

① 소성지수(Plasticity Index)

 

㉮ 액성한계와 소성한계의 차이

㉯ 흙이 소성상태에 존재할 수 있는 함수비의 범위를 의미한다.

㉰ 공식

㉱ 흙의 종류에 따른 소성지수

 

 

핵심예제

 

다음 중 흙의 연경도(consistency)에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

① 액성한계가 큰 흙은 점토분을 많이 포함하고 있다는 것을 의미한다.

② 소성한계가 큰 흙은 점토분을 많이 포함하고 있다는 것을 의미한다.

③ 액성한계나 소성지수가 큰 흙은 연약 점토지반이라고 볼 수 있다.

④ 액성한계와 소성한계가 가깝다는 것은 소성이 크다는 것을 의미한다.

 

 

해설

 

액성한계와 소성한계가 가깝다는 것은 소성을 나타내는 함수비의 영역이 작으므로 소성이 작다는 것을 의미한다.

 

정답 ④

 

 

② 액성지수(Liquidity Index)

 

㉮ 자연 상태의 함수비와 소성한계의 차이값을 소성지수로 나눈 값

㉯ 세립토의 공학적 안정성을 판단하는 기준

㉰ 공식

㉱ 공학적 안정성

∙자연 상태에 있는 흙이 거의 액체 상태라면 액성지수는 1보다 크다.

∙자연 상태에 있는 흙이 거의 소성 상태에 있으면 액성지수는 1보다 작다.

∙액성지수가 0에 가까울수록 안정된 상태의 흙이다.

 

 

 

핵심예제

 

다음 그림에서 액성지수($LI$)가 $0 < LI < 1$인 구간은? (단, $V$ : 흙의 부피, $\omega$ : 함비수(%))

① a

② b

③ c

④ d

 

해설

정답 ③

 

 

③ 연경지수(Consistency Index)

 

㉮ 액성한계와 자연 함수비의 차이값을 소성지수로 나눈 값

㉯ 공식

㉰ 공학적 안정성

④ 액성지수와 연경지수의 관계

 

 

⑤ 유동지수(Flow Index)

 

㉮ 유동지수의 기하학적 의미

액성한계 시험으로부터 얻은 유동곡선(Flow line)의 기울기

 

㉯ 공식

㉰ 유동지수는 함수비의 변화에 따른 전단강도의 변화 상태 및 안정성 판단에 이용된다.

㉱ $I_f = 10 \sim 20( \% )$ 정도이면 제체용 재료로 적당하다.

 

⑥ $N$값과 연경도 사이의 관계(점성토)

 

핵심예제

 

어떤 점토지반의 표준관입 시험 결과 $N$값이 2~4이었다. 이 점토의 consistency는?

① 대단히 견고

② 연약

③ 견고

④ 대단히 연약

 

해설

 

표준관입 시험 결과 $N$ 값이 2~4이면 점토의 consistency는 연약이다.

 

정답 ②

 

 

 

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