시험과 일상

문 11. 흙의 물리적 성질에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 간극의 용적비 중 간극률은 반드시 1 이하이며, 간극비는 1 이상 또는 이하일 수 있다.

② 함수비가 서로 다른 동일한 흙은 액성한계도 서로 다르다.

③ 동일한 흙에서 건조단위중량은 항상 수중단위중량보다 크다.

④ 0.075mm보다 작은 입경의 흙은 소성지수와 액성한계로 흙 분류를 할 수 있다.

난이도 및 평가

난이도 하,  흙의 성질, 기사수준의 문제

해설

① n≤100%이며 e는 1이상 가능하다. e= Vv/Vs

② 함수비와 액성한계는 서로 다른 개념이며, 함수비가 변한다고 해서 동일한 토양의 액성한계가 변하는 것은 아니며, 액성한계는 토양의 미세구조, 입자 크기 분포, 토양 미네랄 조성 등에 의해 결정되며 함수비와는 독립적이다.

③ 건조단위중량이 토양 입자 자체의 무게를, 반면 수중단위중량이 부력을 받아 감소된 토양의 무게를 나타내기 때문

④ 0.075mm보다 작은 입자를 가진 토양은 미립 토양으로 분류되며, 플라스틱 지수와 액체 한계와 같은 성질을 사용하여 분류

문 12. 흙의 압밀에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 압밀계수 값이 크면 과잉간극수압도 빨리 소산되어 압밀속도가 커진다.

② 교란된 시료에서 구한 압축지수 값을 이용하여 현장의 압밀침하량을 예측하면 실제보다 크게 예측된다.

③ 함수비가 큰 흙은 2차 압축지수 값도 크다.

④ 1차 압밀 이후 지속하중에 의한 장기적 침하발생은 흙입자의 재배열이 주원인이다.

난이도 및 평가

난이도 중, 흙 압밀에 대한 이해 

해설

① 압밀계수는 압밀 진행 속도를 나타내는 계수로 시간-침하곡선으로부터 구하며 압밀계수는 토양에서 간극수가 얼마나 빨리 제거 될 수 있는지를 나타내는 척도이다.

② 교란된 시료Cc=0.007(WL-10)<Cc=0.009(WL-10)

③ 이차압축지수 Cα=△e/(logt2-logt1)으로 함수비가 커지면 이차압축지수가 커진다.

④ 옳은보기

13. 지중응력 변화에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 대상 등분포하중(strip load)이 지표면에 작용할 경우, 같은 깊이에서는 대상 하중의 중심선으로부터 멀어질수록 연직응력의 증가량은 점점 감소한다.

② 무한대의 등분포하중(q)이 지표면에 작용할 경우, 어느 깊이에 있는 흙이든지 입자에 작용하는 연직방향 응력의 증가량은 q값으로 동일하다.

③ 대상 등분포하중이 지표면에 작용할 경우, 특정 깊이에서 작용하는 연직응력 증가량을 모두 더하면 지표면에 작용하는 대상 하중 크기와 다르다.

④ 무한대의 등분포하중(q)이 지표면에 작용할 경우, 어느 깊이에 있는 흙이든지 입자에 작용하는 수평방향 응력의 증가량은 (K0xq)값으로 동일하다. (여기서 K0는 정지토압계수이다.)

난이도 및 평가

난이도 상, 지중응력의 이해이며 지중응력은 생각보다 7급 기출문제에 나오긴 하나 생소하고 어려운 개념이므로 이해를 잘 해야 한다.

해설

①Boussinesq’s theory에 따라 대상 등분포하중(strip load) 아래의 지표면에서 연직응력 증가량은 하중의 중심선에서의 거리에 따라 감소

②분포하중(strip load) 아래의 연직응력 증가량은

으로 대상 하중 아래의 연직응력 증가량은 대상 하중의 중심선으로부터 멀어질수록 감소하게 됩니다. 하지만 지표면의 전체 하중은 지중의 모든 연직응력 증가량의 합계와 일치해야 함

③대상 등분포하중 아래의 특정 깊이에서 연직응력 증가량을 모두 합하면 지표면의 하중과 일치해야 한다.

④옳은 보기

문 14. 그림과 같은 지반에 허용내력이 1,000kN인 말뚝을 설치했을 때, 각 지층별 허용주면마찰력과 허용선단지지력이 발생하였다. 그 후 지하수위가 ㉠에서 ㉡으로 급강하했을 때, 말뚝의 허용지지력은? (단, 정(＋) 주면마찰력과 부(－) 주면마찰력의 크기는 동일하다)

① 700kN
② 800kN
③ 1,000kN
④ 1,500kN

난이도 및 평가

난이도 극상,  말뚝의 허용지지력(선지 없을 시 기술사급 문제)

해설

<문제 메카니즘>

1. 모래층의 변화: 수위가 모래층에서 급격히 떨어지면, 그로 인해 모래층 내부의 간극수(pore water) 압력이 감소하게 됩니다. 이로 인해 모래층 내부의 입자들 사이에 압력이 증가하게 되고, 이는 기둥에 음의 마찰력(하중)을 발생시킵니다.(음의 표면 마찰 또는 드래그다운 이라고 부름)

2. 연약점토층의 변화: 수위가 연약점토층으로 내려오면, 연약점토층의 상단 부분 또한 비슷한 현상을 겪게 됩니다. 지하수가 감소하면서 포어수 압력이 줄어들고, 이로 인해 연약점토층 상단 부분에서도 기둥에 음의 마찰력이 발생하게 됩니다.

3. 풍화토층의 영향: 풍화토층은 처음부터 수위 아래에 있었기 때문에, 지하수 수위의 급격한 변화에 영향을 받지 않습니다. 다시 말해, 풍화토층은 원래부터 그 상태에서 일정한 압력과 마찰력을 경험하고 있었으므로, 수위의 감소로 인한 추가적인 하중의 변화는 발생하지 않습니다.

<풀이>

1000 – 200 – 100 =700kN

문 15. 초기 간극비가 2.0인 18m 두께의 점토층이 압밀 후 간극비가 1.8로 감소되었다. 침하량이 75cm일 때, 지반의 평균압밀도는?

① 55.4%

② 62.5%

③ 70.0%

④ 80.0%

난이도 및 평가

난이도 하,  평균압밀도 계산(기사 수준)

해설

11. 그림과 같은 트러스에서 부재AB의 부재력[kN]은? (단, 트러스의 자중은 무시한다)

① 5(인장)

② 5(압축)

③ 10(인장)

④ 10(압축)

난이도 및 평가

난이도 하,  부재력 계산 문제이며 30초내에 풀 수 있는 문제

해설

상위권 풀이

9kN이 작용하는 지점이 부재 CB사이에 1:2로 작용하므로 반력B는 바로 6kN이 암산으로 나와야한다.
그 이후 부재 AB가 세로:가로:AB가 3:4:5이므로
피타고라스 정리에 의해 B의 반력이 6kN이므로
AB는 자동으로 10kN이 된다.
따라서 10kN(압축)

12. 다음 평면 구조물 중 구조적으로 불안정한 것은?

난이도 및 평가

난이도 중,  구조적 안정성 검토

해설

① 힌지가 고정되어 있기때문에 롤러가 움직이지 않는다.

② 양쪽 힌지 지점으로 아치 형태를 안정적으로 지지

③ 힌지와 롤러의 조합이긴하나 절점에 힘이 가해질경우 롤러가 좌우로 움직이게됨

④ 고정단과 힌지의 조합으로 모든 방향의 변위를 제어

13. 그림과 같이 직사각형 단면을 갖는 단순보에 삼각형 분포하중이 작용할 때, 최대 휨인장응력의 크기[MPa]는? (단, 보의 자중은 무시한다)

① 40

② 50

③ 60

④ 70

난이도 및 평가

난이도 하,  최대 휨인장응력은 최대모멘트 지점에서 발생

해설

이 경우 분포하중이 대칭을 이루기에 최대모멘트는 중간에서 발생한다는 것을 캐치해야한다.

※ 삼각형 분포 하중이 생길때에는

그리고 계산시 모든 숫자를 다적지말고

32x1 / 8 = 4 가 나오니 40Mpa를 고르면 된다.

14. 그림과 같이 높이 4m이고 폭이 8m인 직사각형 판으로 수로의 끝을 막고 있다. 판은 상단에서 힌지로 수평축 A에 고정되어 있고 하단에서 롤러로 수평축 B에 고정되어 있을 때, B축에 작용하는 수평반력(HB)의 크기[kN]는? (단, 물의 단위중량은 10kN/m³이며, 판의 자중은 무시한다)

① 250

② 270

③ 290

④ 310

난이도 및 평가

난이도 중상,  수압 분포도가 삼각형으로 작용하는것만 캐치하면 된다.

해설

저기 그림을 3차원으로 그려보면 이렇게 되는데

15. 체적이 1.0×10^6mm³인 균질, 등방성 재료의 직육면체가 모든 면에 대해 균일한 압축응력 100MPa을 받을 때, 체적변화량의 크기[mm³]는? (단, 탄성계수는 200GPa이며, 포아송비는 0.3이다)

① 200

② 400

③ 600

④ 800

난이도 및 평가

난이도 상, 체적변화량

해설

난이도 및 평가

난이도 하,  전단응력의 분포를 분석하는 문제

해설

전단응력은 보의 단면에서 전달력 V에 의해 발생하며, 중립축에서 멀어질수록 전단응력의 크기가 감소

난이도 및 평가

난이도 하, 두 기둥의 좌굴 임계하중의 비율

해설

난이도 및 평가

난이도 중, 얇은 원통형 압력용기의 내압에 의해 발생하는 원통방향 응력​과 길이방향 응력

해설

난이도 및 평가

난이도 상, 트러스 구조에서 주어진 부재 AD의 변형률을 구하는 문제

해설

부재 AD에 작용하는 축 하중 P(AD)는 하중 P가 두 부재 AD와 BD에 분배된다는 점을 고려, 하중은 트러스의 대칭성과 각도에 따라 두 부재로 나누어지며, 부재 AD에 걸리는 하중은 다음과 같이 계산

난이도 및 평가

난이도 중 , 케이블 정리 이용

해설

1. 그림과 같은 부정정보에서 B지점의 수직반력의 크기[kN]는?
(단, 보의 자중은 무시하며, 휨강성 EI는 일정하다)

① 10

② 20

③ 30

④ 40

난이도

난이도 하 

해설

등분포 하중이 가해질 때 처짐과 B지점의 반력으로 인한 처짐의 차이가 0이 되면 반력을 구할 수 있다

공식은 외워두는게 좋다 

2. 그림과 같이 직사각형 단면을 가지는 단주가 있다. 도심으로부터 a만큼 일축 편심되어 수직하중 3P가 작용할 때, C점에서 발생하는 수직응력의 크기는? (단, 기둥의 자중은 무시한다)

난이도

난이도 중

해설

3. 그림과 같이 동일한 크기의 등분포하중 w를 받고 있는 두 개의 탄성보가 있다. 탄성보(a)의 최대 정모멘트의 크기가 10kNㆍm이면, 탄성보(b)의 최대 정모멘트의 크기[kNㆍm]는? (단, 두 보의 자중은 무시하며, 휨강성 EI는 일정하다)

① 10

② 20

③ 30

④ 40

난이도 및 평가

난이도 중 

해설

공식 암기 필수

4. 그림과 같은 3경간 연속보에서 중앙점인 C점의 정성적인 휨모멘트의 영향선은? (단, 보의 휨강성 EI는 일정하다)

난이도 및 평가

난이도 상

해설

5. 그림과 같이 탄성 케이블의 중앙에 수직하중 P가 작용하는 케이블에 40MPa의 인장응력이 발생할 때, 수직하중 P의 크기[kN]는? (단, 케이블의 단면적은 2,500mm²이며, 케이블의 자중은 무시한다)

난이도 및 평가

난이도 중

해설

문제가 그나마 깔끔하게 나온게

피타고라스가 3:4:5로 나와서

y방향의 반력과 케이블의 인장력 비율이
3:5로 계산하면 금방나온다.

난이도 및 평가

난이도 하,  에너지 손실 공식

문 10. 어떤 지역의 4hr-단위도가 다음 표와 같이 주어져 있다. 이 지역의 처음 4시간 유효강우량은 2cm이고 이후 4시간 유효강우량은 3cm일 때, 총 직접유출량[m³/s]은?

① 90 ② 100

③ 110 ④ 120

난이도 및 평가

난이도 상, 유출량 계산

해설

*단위도 Q-t그래프

단위도 면적 : 총 직접유출량 = Q-t그래프 면적

문 11. 유속계를 이용하여 10m 수심의 하천에서 유속을 측정하였다. 수면 아래 2m, 4m, 6m, 8m 지점에서 측정된 유속이 각각 3m/s, 4m/s, 2m/s, 1m/s일 때, 3점법으로 구한 평균유속[m/s]은?

① 2.0 ② 2.3

③ 2.5 ④ 3.0

난이도 및 평가

난이도 하,  측점 수에 따른 평균유속

해설

문 12. 하천의 수위계산에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 수면과 에너지선과의 간격이 크다면, 그 원인은 완만한 하상경사 때문일 가능성이 크다.

② 하천구간 상류와 하류 지점 간에 에너지경사가 급격하게 변화했다면, 두 지점 사이에 계산 단면을 추가하여 다시 계산하는 것이 바람직하다.

③ 일반적으로 상류흐름(subcritical flow)의 경우, 하천의 하류부터 수위 계산을 시작하여 상류방향으로 진행한다.

④ 직접축차법은 표준축차법에 비하여 계산은 간단하지만 특정 지점의 수위를 직접 계산하기 어려운 단점이 있다.

난이도 및 평가

난이도 상, 하천의 수위계산

해설

*하천 수위 계산법

1.직접 축차 계산법

-기지점 수위로부터 등간격 분할

2.표준 축차 계산법(일반식)

-지배단면으부터 계산

-시행착오 법에 의해 일반화된 수면곡선식 결정

①수면과 에너지선과의 간격이 크다면, 그 원인은 급격한 하상경사 때문일 가능성이 크다.

1. 이암(Mud-stone)의 정의 및 특성

이암(Mud-stone)은 미세한 입자로 구성된 퇴적암의 일종으로, 주로 점토와 실트로 이루어져 있습니다. 이암은 매우 치밀하고 강도가 낮은 편이며, 습윤 상태에서 쉽게 붕괴될 수 있는 특성을 가지고 있습니다.

2. 비화(Slaking) 현상의 정의

비화(Slaking)는 이암이 물에 노출될 때 물리적, 화학적 작용에 의해 부서지고 붕괴되는 현상을 의미합니다. 이 현상은 이암의 구조적 안정성을 크게 저하시켜 공학적 문제를 초래할 수 있습니다.

3. 비화 현상의 원인

흡수력 증가: 이암이 물을 흡수하면서 부피가 팽창하여 미세한 균열이 발생하고, 이로 인해 쉽게 부서짐

화학적 분해: 물과의 화학적 반응으로 인해 이암의 결합력이 약화

기계적 붕괴: 물의 침투로 인해 이암 내부의 입자 간 결합이 약해져 기계적 붕괴가 촉진

4. 비화 현상의 영향

지반 안정성 저하: 비화로 인해 지반의 강도가 저하되어 구조물의 안정성이 위협

침하 및 붕괴: 터널, 도로, 건물 기초 등 구조물의 침하 및 붕괴를 유발

배수 문제: 비화된 이암이 물의 흐름을 방해하여 배수 문제를 발생

5. 기초검토 시 고려사항

5.1. 지질 조사

정밀 지질 조사: 이암의 분포, 두께, 물리적 및 화학적 특성을 정확히 조사합니다.

수분 상태 평가: 이암의 수분 함량과 지하수의 위치를 평가하여 비화 가능성을 예측합니다.

5.2. 설계 고려사항

기초 유형 선정: 비화에 민감한 지역에서는 깊이 기초나 말뚝 기초와 같은 보강된 기초 시스템을 고려

배수 설계: 지하수 및 표면수의 침투를 최소화할 수 있는 적절한 배수 시스템을 설계

5.3. 시공 단계

시공 중 배수 관리: 시공 중 물의 유입을 최소화하고 배수 관리

보강재 사용: 필요시 지반 보강재를 사용하여 이암의 강도를 향상

5.4. 유지보수 및 모니터링

정기 모니터링: 구조물 주변 지반의 상태를 정기적으로 모니터링

사후 관리: 비화 현상이 발생할 경우 즉각적인 보수 작업을 실시하여 구조물의 안전을 유지

1. 정의

굴진율(TBM Penetration Rate)은 TBM이 단위 시간 동안 전진한 거리를 의미합니다. 일반적으로 m/day 또는 mm/min 단위로 표현되며, 굴진 작업의 효율성을 평가하는 중요한 지표

NPR=P×RPM

NPR은 순굴진율로, TBM의 굴진율을 더욱 구체적으로 표현하는 방식

P는 한 회전당 굴착된 거리 (mm/rev)

RPM은 분당 회전수 (revolutions per minute)

2. 굴진율의 중요성

높은 굴진율은 공사 기간을 단축하고 비용을 절감할 수 있으며, 반대로 낮은 굴진율은 프로젝트 지연과 추가 비용을 초래

3. 굴진율 최대화를 위한 고려사항

정밀한 지질 조사: 굴착 구간의 지질 조건을 사전에 철저히 조사하여 TBM의 종류와 설정을 최적화합니다.

TBM의 적절한 유지 보수: 정기적인 유지 보수를 통해 TBM의 성능을 유지하고, 컷터 헤드 등의 주요 부품을 적시에 교체합니다.

작업 환경 관리: 작업 환경을 최적화하여 작업자의 피로를 줄이고, 효율성을 높입니다.

실시간 모니터링 시스템: TBM의 작업 상태를 실시간으로 모니터링하여 문제 발생 시 신속히 대응할 수 있도록 합니다.

적절한 운영 전략: 지반 조건에 따라 굴착 속도와 압력을 적절히 조절하여 최적의 굴진율을 유지합니다.

4. 굴진율 영향 요소

지질 조건: 암석의 강도, 지하수의 존재 등

TBM의 성능: TBM의 종류, 컷터 헤드의 상태 등

운영 조건: 작업자의 숙련도, 작업 환경, 유지 보수 상태 등

지하수 및 압력 조건: 지하수의 존재와 압력 상태가 굴진율에 영향을 미침

5. 굴진율 향상 사례

서울 지하철 9호선 건설 시 TBM을 사용한 터널 굴착에서 굴진율 향상을 위해 사전 지질 조사를 철저히 하고 최신 TBM을 도입한 결과, 계획된 일정보다 20% 이상 빠르게 프로젝트를 완료하였고 이를 통해 TBM의 굴진율을 향상시키는 것이 얼마나 중요한지를 잘 보여줍니다.

문 6. 그림은 점토에 대한 압밀비배수 삼축압축시험에 대한 응력경로를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 전응력경로와 유효응력경로 사이의 평균응력 차이는 과잉간극수압이다.

② ㉠은 정규압밀점토의 유효응력경로이고, ㉡은 정규압밀점토의 전응력경로이다.

③ ㉢은 과압밀점토의 유효응력경로이고, ㉣은 과압밀점토의 전응력경로이다.

④ ㉤은 과압밀점토의 정(＋)의 과잉간극수압이 발생하는 유효응력경로이다.

난이도 및 평가

난이도 상,  응력경로의 의미를 정확하게 파악하고 있어야 풀수 있는 문제이며 개념을 완벽하게 이해해야 한다.

해설

④㉤의 경로는 존재 하지 않는다.

문 7. 순수 모래를 이용하여 250kPa의 구속압 상태에서 삼축압축시험을 수행하였을 때, 파괴 시 축차응력이 500kPa로 측정되었다. 이 시료의 내부마찰각과 수평면으로부터 파괴면의 각도는?

난이도 및 평가

난이도 하,  공식을 통해풀거나 그래프를 통해 푸는 문제이며 빈출문제이다.

해설

문 8. 아주 오래 전에 조성된 점토사면이 집중 강우로 붕괴되었다. 붕괴된 사면을 보수 보강하기 위한 점토 사면의 안정해석에 적절한 전단강도정수 산정 시험은?

① 압밀배수(CD) 삼축시험

② 압밀비배수(CU) 삼축시험

③ 비압밀비배수(UU) 삼축시험

④ 압밀비배수(CU)와 비압밀비배수(UU) 삼축시험 둘 다

난이도 및 평가

난이도 중,  각 시험이 어떠한 경우에 시행되는지 알아야하며 어렵지는 않으나 그래프와 함께 이해할 필요가 있다.

해설

문 9. 그림과 같은 침투 조건에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 각 흙의 단면적은 일정하다)

① 1번 흙에서의 유속이 가장 빠르다.

② 3번 흙에서의 유속이 가장 빠르다.

③ 3번 흙에서의 동수경사가 가장 크다.

④ 1번 흙과 2번 흙의 동수경사는 동일하다.

난이도 및 평가

난이도 최상,  가로로 투수가 되는것 같지만 실제로는 위에서 아래로 흐르는 흐름이라는 걸 파악하는게 제일 중요하다.

해설

난이도 및 평가

난이도 ,  극한지지력 계산

해설