토목기사 필기 빈출문제(토질역학)-2

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1. 모래지반에 30cm× 30cm의 재하판으로 재하실험을 한 결과 10t/m²의 극한 지지력을 얻었다. 4m× 4m의 기초를 설치할때 기대되는 극한지지력은?

    10t/m² 100t/m²

    133t/m² 154t/m²

 

해설

※점토지반 일경우

 

2. 선행압밀하중을 결정하기 위해서는 압밀시험을 행한 다음 어느 곡선으로부터 구할수 있는가?

    ① 간극비 - 압력(log 눈금)곡선

    압밀계수 - 압력(log 눈금)곡선

    일차 압밀비 - 압력(log 눈금)곡선

    이차 압밀계수 - 압력(log 눈금)곡선

 

해설

선행압밀하중(preconsolidation pressure)은 지반의 과거 최대 압밀하중을 의미하며, 지반의 과거 부하 이력을 판단하는 중요한 지표입니다. 이 값을 결정하기 위해 수행하는 압밀시험 결과를 해석할 때 가장 흔히 사용하는 그래프는 간극비 - 압력(log 눈금)곡선입니다.

간극비 대 로그 압력 그래프에서는 압력이 증가함에 따라 간극비가 감소하는 경향을 보이는데, 선행압밀하중은 이 그래프상에서 간극비의 감소가 갑자기 둔화되는 지점, 즉 곡선의 경사가 변하는 지점에서 찾을 수 있습니다. 이 지점은 토양이 과거에 경험했던 최대 압밀하중을 나타내며, 그 이상의 압력에서 토양의 간극비 감소가 더욱 가팔라지는 특성을 보입니다.

 

3.  Terzaghi는 포화점토에 대한 1차 압밀이론에서 수학적 해를 구하기 위하여 다음과 같은 가정을 하였다. 이 중 옳지 않은 것은?

    흙은 균질하다.

    흙입자와 물의 압축성은 무시한다.

    흙속에서의 물의 이동은 Darcy 법칙을 따른다.

    ④ 투수계수는 압력의 크기에 비례한다.

 

해설

투수계수는 압력의 크기에 비례한다 - 이는 테르자기의 압밀 이론에 반하는 내용입니다. 테르자기의 이론에서는 투수계수가 일정하다고 가정합니다. 투수계수가 압력에 따라 변한다는 가정은 실제 상황에서도 논란의 여지가 있으며, 일반적으로 투수계수는 주어진 토양의 특성에 따라 결정되고, 이는 필연적으로 일정하지는 않지만, 압밀 이론에서는 변하지 않는 값으로 다루어집니다.

 

4.다짐에 대한 다음 사항중 옳지 않은 것은?

    ① 점토분이 많은 흙은 일반적으로 최적함수비가 낮다.

    사질토는 일반적으로 건조밀도가 높다.

    입도배합이 양호한 흙은 일반적으로 최적함수비가 낮다.

    점토분이 많은 흙은 일반적으로 다짐곡선의 기울기가 완만하다.

 

해설

점토분이 많은 흙은 일반적으로 최적함수비가 낮다 - 이 주장은 일반적으로 올바르지 않습니다. 실제로는 점토분이 많은 흙은 더 높은 최적함수비를 가지는 경향이 있습니다. 점토는 물을 보유하는 능력이 높기 때문에 더 많은 물을 필요로 하며, 이는 최적함수비를 높게 만듭니다.

 

사질토는 일반적으로 건조밀도가 높다 - 이는 올바른 설명입니다. 사질토는 큰 입자로 구성되어 있어 잘 다져지면 상대적으로 높은 건조밀도를 가집니다.

 

입도배합이 양호한 흙은 일반적으로 최적함수비가 낮다 - 이는 올바른 설명입니다. 잘 배합된 입도는 공극이 적어 더 적은 물로도 잘 다질 수 있기 때문에 최적함수비가 낮습니다.

 

점토분이 많은 흙은 일반적으로 다짐곡선의 기울기가 완만하다 - 이는 올바른 설명입니다. 점토는 물의 영향을 많이 받으며 물의 양에 따라 밀도가 크게 변하지 않습니다. 이로 인해 다짐곡선의 기울기가 완만합니다.

 

특징
조립토일수록 다짐 곡선은 급하고, 세립토일수록 다짐 곡선은 완만하다.
사질토에서는 최대 건조 밀도가 증가하고, 최적 함수비는 감소한다.
즉 곡선이 직교 좌표의 왼쪽 상방향에 그려지게 된다.
점토분이 많은 흙은 최대 건조 밀도가 감소하고, 최적 함수비는 증가한다.
즉 곡선이 직교 좌표의 오른쪽 하방향에 그려지게 된다.

양입도의 흙에서는 건조밀도가 높고 최적 함수비는 낮다.
즉 곡선이 직교 좌표의 왼쪽 상방향에 그려지게 된다.사질토의 다짐일량이 점질토의 다짐일량보다 크다.최적 함수비보다 약간 건조측에서 전단 강도가 최대가 된다.

최적 함수비보다 약간 습윤측에서 투수 계수가 최소가 된다.
건조측에서 다지면 팽창성이 크고, 최적 함수비에서 다지면 팽창성이 최소이다.
건조측에서 다지면 면모 구조가 되고, 습윤측에서 다지면 이산 구조가 된다.

 

 

5. 어떤 흙의 전단실험결과 C=1.8kg/cm², φ=35, 토립자에 작용하는 수직응력 σ =3.6kg/cm²일 때 전단강도는?

    4.89kg/cm² 4.32kg/cm²

    6.33kg/cm²  3.86kg/cm²

 

해설

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토목기사 토질역학 필수공식(2/2)

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5장 전단강도

1. MohrCoulomb의 파괴이론

 

2. 경사면 응력

 

3. 파괴면과 주응력이 이루는 각

 

4. 일축 압축강도

5. N값의 이용

 

 

6. Vane shear test

 

7. 예민비

 


6장 다 짐

1. 다짐에너지

2. 평판 재하시험

3. CBR시험

 

 


7장 토 압

1. 토압계수

2. 옹벽에 작용하는 토압(지표면이 수평인 경우)


8장 사면안정

1. 원호 활동면에 대한 안전율

2. 반무한사면의 안정해석

 

3. 복합 활동면의 안정해석

 

4. 한계고

 

5. 심도계수

 

H: 사면의 높이

D: 사면 잠재 파괴면의 깊이


9장 기 초

1. 직접기초의 지지력

 

2. 평판 재하시험에 대한 허용지지력

3. 사질지반의 침하량

 

4. 말뚝의 지지력

(1) 정역학적 공식

 

(2) 동역학적 공식

 

5. 군항의 영향을 고려하지 않는 최소간격

 

6. 군항의 효율

 

 

7. 군항의 허용지지력

 

 

8. 부마찰력

 

9. 지반 내의 응력분포

 

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2013년 국가직7급 토질역학 11~15번 해설

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문 11. 기초의 탄성(즉시)침하와 접지압에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

점성토지반 위에 놓이는 연성기초의 최대 침하는 기초 중앙부에서 발생한다.

② 강성기초는 지반조건(사질토 또는 점성토 등)에 따라 침하 형상이 변화한다.

사질토지반 위에 놓이는 강성기초의 최대 접지압은 기초 중앙부에서 발생한다.

점성토지반 위에 놓이는 강성기초의 최대 접지압은 기초 모서리부분에서 발생한다.

 
난이도 및 평가

난이도 중으로 그림을 한번 외워두면 틀리지 않는다.

해설
점성토지반 사질토지반
<연성기초>
<강성기초>

위의 그림을 외우면된다.

연성기초의 특징은 접지압이 일정하고 점성토지반에서는 침하가 가운데가 제일크고 사질토지반은 모서리쪽이 침하형상이 제일 크다.

강성기초는 그냥 딱딱하니 침하형상은 없다봐라

그러나 접지압은 점성토에서는 모서리가 제일크다. 사질토에서는 가운데가 제일크다

그림 못그려도 이해해라,,,


문 12. 삼축압축시험에서 흙 시료를 비배수 상태에서 등방응력 400kN/m²을 가한 후 시료의 과잉간극수압을 측정하니 400kN/m²이었다. 이러한 시료에 등방응력이 400kN/m²인 상태에서 축차응력 600kN/m²을 가했더니 과잉간극수압이 700kN/m²으로 증가하였다. Skempton의 과잉간극수압계수 A 및 B는?

    A           B

① 0.5        1.0

0.75        1.0

0.5        0.75

0.75        0.75

 
난이도 및 평가
난이도 상의 문제이며 삼축압축시험의 프로세스와 개념을 정확히 알아야 풀 수 있는 문제이다.
해설
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문 13. 평판재하시험(Plate Load Test)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 평판재하시험을 하기위해 굴착 깊이에서 굴착단면의 최소직경은 4B(B는 시험판의 직경)가 되도록 한다.

하중은 예상되는 극한하중의 1/41/5 정도로 단계별로 증가시키면서 가한다. 각 단계의 하중을 가한 후부터 최소한 1시간이 경과된 후에 다음 단계의 하중을 가한다. 시험은 파괴가 발생하거나 침하가 적어도 25mm가 발생할 때까지 실시한다.

③ 순수한 사질토지반에서 예상 기초의 침하량은 사용한 시험판(재하판)의 크기와 관계없이 결정된다.

순수한 점성토지반에서 예상 기초의 지지력은 사용한 시험판(재하판)의 크기와 관계없이 결정된다.

 
난이도 및 평가

난이도 중이며 개념을 묻는 문제이므로 선지로 개념을 익히자.

해설
  1.  옳은 보기이다.
  2.  옳은 보기이다.

<3~4>


문 14. 지표면에 수위가 위치하던 원지반[그림 (a)]이 홍수로 인하여 수위가 지표면에서 5m까지 증가[그림 (b)]하였다가, 홍수가 끝난 후 5m의 지반침식[그림 (c)]이 발견되었다. 침식 후에도 수위가 지표면에 위치한다면, 홍수상태 [그림 (b)]의 지반요소 A에서의 유효응력은? 또한 원지반 [그림 (a)]이 침식 후 지반[그림 (c)]으로 변화하는 과정에 대한 과압밀비는? (단, 지반의 포화단위중량은 20kN/m³, 물의 단위중량은 10kN/m³를 사용한다)

 

     유효응력          과압밀비

① 100kN/m²               2

100kN/m²               3

150kN/m²               2

150kN/m²               3

 
난이도 및 평가
난이도 중이다. 하지만 개념을 정확히 알면 30초내로 풀수 있는 문제이다.
해설

 


문 15. 말뚝 기초의 지지력에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

사질토지반에서 주면마찰력 산정 시, 타입식 말뚝의 수평토압계수는 천공식 말뚝의 값보다 크다.

점성토지반에서 주면마찰력 산정방법 중 β 방법은 유효응력으로 얻은 강도정수를 사용한다.

③ 사질토지반에서 한계깊이개념은 말뚝의 선단지지력 산정에는 적용되나 주면마찰력 산정에는 적용되지 않는다.

부주면마찰력은 말뚝주위 지반의 침하가 말뚝의 침하보다 큰 경우에 발생한다.

 

 

난이도 및 평가
난이도 중이며 아주 마르고 닳도록 나오는 문제이다 왜그럴까?
실제로도 자주 일어나는 일이고 중요한것이니까 자주나오지,,
해설

1.  사질토지반에서  타입씩 말뚝을 시공하면 말뚝이 박히면서 옆으로 흙을 밀어내게 된다. 이로 인해 다짐(흙이 조밀해지고)이 발생하고 이 효과에 의해 천공식 말뚝보다 주면마찰력이 커진다.

2. 

α방법 전응력 방법 
β방법  유효응력 방법
λ방법 조합응력 방법

3. 한계 깊이 개념은 선단지지력과 주면마찰력 산정에 둘다 적용이 된다.

4. 옳은 보기이다.

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2012년 국가직7급 토질역학 9~12번 해설

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9. 지하수위가 지표면 아래 1m 되는 곳에 위치하고 모관현상으로 지표면까지 물로 포화되어 있다면, 지표면과 지하수위면 위치의 유효응력[kN/m²]? (, 흙의 포화단위중량은 18kN/m³, 물의 단위중량은 10kN/m³로 한다)

 

        지표면 지하수위면

        0        8

        0       18

③        10       8

④        10      18

 
난이도 및 평가
난이도 중이며 모관현상이 일어날 시 유효응력이 커지는지 작아지는지를 이해해야 풀수 있는 문제이다

 

<해설>

 

※ 모관영역에서는 유효응력이 증가한다


10. 점착력이 없는 사질토 지반 위에서 직경 70cm인 원형 재하판을 이용한 평판 재하시험을 실시한 결과, 극한지지력은 285.6kN/m²였다. 동일 지반 위에 놓인 직경 1.5m인 원형기초의 극한지지력 [kN/m²]?

512

525

③ 612

625

 

난이도 및 평가
난이도 중하의 문제이며 한번 외워두면 정말 쉽게 푸는 문제이다.

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<해설>

PBT(평판재하시험)

여기서 더 알고갈점은

평판재하시험은

Qu=cNc + qNq + ½γNr 이므로

여기서 C가 0이고 깊이(Df)가 0이므로 저런 결과가 나오는 것이다.


11. 말뚝 기초에서 부주면 마찰력이 발생하는 경우로 옳지 않은 것은?

연약지반에 말뚝을 타입한 후 성토하는 경우

말뚝 주변 지하수위가 내려가는 경우

상재하중이 말뚝 주변 지표면에 작용하는 경우

④ 연약지반에 말뚝 타입 후 말뚝 주변 지표 지반을 굴착 제거하는 경우

 
난이도 및 평가
난이도 중하의 문제이며 정말 자주나오는 문제이다. 기사에서도 나오는 문제이다.


<해설>

1) 말뚝을 타입한후 흙을 성토하면 주위 흙이 말뚝에 내리는 힘을 작용하게 된다

2) 말뚝 주변 지하수위가 내려가는 경우 유효응력이 증가하게 되어 압밀이 발생한다 따라서 부주면마찰력이 작용하게 된다.

3) 상재하중이 말뚝 주변 지표면에 작용해도 주위 흙이 말뚝을 끌어내리는 힘을 주게 된다.

4) 지표지반의 굴착을 제거하는경우 흙이 팽창하게 되어 말뚝을 끌어올린다.


12. 그림과 같은 높이 6m의 옹벽 배면에 단위중량 18kN/m³, 내부마찰각 30°인 사질토 지반이 위치한다. 옹벽의 수평변위가 전혀 일어나지 않도록 지지하기 위한 정지토압[kN/m]의 크기와 옹벽 저면으로부터의 작용위치[m]?

     정지토압       작용위치

①    162                 2.0

    182                 2.0

    162                 4.0

    182                 4.0

 

난이도 및 평가
난이도 중의 문제이며 한문제에 풀어야할것이 두개이다.


 

<해설>

K0 = 1 - sinΦ = 1 - sin30 = 0.5

토압은 삼각 분포 하중이므로

6m x ⅓ = 2m

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