- 전단강도의 여러 정수들은 토질실험을 통해서 정하는 것이 원칙이다. 점성토에 있어서는 시료 채취와 시험방법이 비교적 쉽고 시험과정을 통해서 시료교란을 최소화할 수 있으므로 일축 또는 삼축압축시험이나, 현지에서의 시험이 가능할 때에는 Dutch Cone 및 Vane 시험 등의 방법에 의하여야 하며, N치에 의한 강도는 개략적인 값에 불과하다.
- 그러나 사질토는 시료채취가 어렵고, 설사 시료를 채취하였다 하더라도 현장조건을 재현한 실내시험이 대단히 어렵기 때문에 사질토에 대한 강도정수 결정은 결코 쉬운 일이 아니다.
- 그러므로 사질토에 대해서는 N값이나 Dutch Cone 등의 현장시험 결과를 이용하여 간접적으로 강도정수를 결정하는 것이 통상적이다. 따라서 N값을 기준으로 하여 전단저항각을 추정할 때에는 입도분포, 입자의 모양, 입자의 최대치수 등 현장조건을 충분히 감안한 공학적 판단이 병행되어야 한다.
1. 토공재료의 개략적인 단위중량(참고용, 건설부 표준 품셈)
| 종 별 | 형 상 | 단위중량(kgf/m³) | 비 고 |
| 암 석 | 화 강 암 안 산 암 사 암 현 무 암 |
2,600～2,700 2,300～2,710 2,400～2,790 2,700～3,200 |
자연상태 ″ ″ ″ |
| 자 갈 | 건 조 습 윤 포 화 |
1,600～1,800 1,700～1,800 1,800～1,900 |
″ ″ ″ |
| 모 래 | 건 조 습 윤 포 화 |
1,500～1,700 1,700～1,800 1,800～1,900 |
″ ″ ″ |
| 점 토 | 건 조 습 윤 포 화 |
1,200～1,700 1,700～1,800 1,800～1,900 |
″ ″ ″ |
| 점 질 토 | 보 통 자갈이 섞인 것 자갈이 섞이고 습한 것 |
1,500～1,700 1,600～1,800 1,900～2,100 |
″ ″ ″ |
| 모래질흙 | 1,700～1,900 | ″ | |
| 자갈섞인 토 사 |
1,700～2,000 | ″ | |
| 자갈섞인 모 래 |
1,900～2,100 | ″ | |
| 호 박 돌 | 1,800～2,000 | ″ | |
| 사 석 | 2,000 | ″ | |
| 조 약 돌 | 1,700 | ″ | |
| ※ 도로설계실무편람, 1996, 한국도로공사 | |||
2. 토공재료의 개략적인 토질정수(참고용, 일본자료)
| 종 류 | 재료의 상태 | 단위중량 (tonf/m³) |
내부 마찰각 Φ(°) |
점착력 c(tonf/m²) |
분류기호 | ||
| 흙 쌓 기 |
자갈 및 자갈섞인 모래 |
다 진 것 | 2.0 | 40 | 0 | GW, GP | |
| 모 래 | 다 진 것 | 입도가 좋은 것 | 2.0 | 35 | 0 | SW, SP | |
| 입도가 나쁜 것 | 1.9 | 30 | 0 | ||||
| 사질토 | 다 진 것 | 1.9 | 25 | 3 이하 | SM, SC | ||
| 점성토 | 다 진 것 | 1.8 | 15 | 5 이하 | ML, CL, MH, CH | ||
| 자 연 지 반 |
자 갈 | 밀실한 것 또는 입도가 좋은 것 | 2.0 | 40 | 0 | GW, GP | |
| 밀실하지 않은 것 또는 입도가 나쁜 것 |
1.8 | 35 | 0 | ||||
| 자갈섞인 모 래 |
밀실한 것 | 2.1 | 40 | 0 | GW, GP | ||
| 밀실하지 않은 것 | 1.9 | 35 | 0 | ||||
| 모 래 | 밀실한 것 또는 입도가 좋은 것 | 2.0 | 35 | 0 | SW, SP | ||
| 밀실하지 않은 것 또는 입도가 나쁜 것 | 1.8 | 30 | 0 | ||||
| 사질토 | 밀실한 것 | 1.9 | 30 | 3 이하 | SM, SC | ||
| 밀실하지 않은 것 | 1.7 | 25 | 0 | ||||
| 점성토 | 굳은 것 (손가락으로 강하게 눌러 조금 들어감) |
1.8 | 25 | 5 이하 | ML, CL | ||
| 약간무른 것 (손가락으로 중간정도의 힘으로 들어감) |
1.7 | 20 | 3 이하 | ||||
| 무른 것 (손가락이 쉽게 들어감) |
1.7 | 20 | 1.5 이하 | ||||
| 점 토 및 실 트 |
굳은 것 (손가락으로 강하게 눌러 조금 들어감) |
1.7 | 20 | 5 이하 | CH, MH, ML | ||
| 약간무른 것 (손가락으로 중간정도의 힘으로 들어감) |
1.6 | 15 | 3 이하 | ||||
| 무른 것 (손가락이 쉽게 들어감) |
1.4 | 10 | 1.5 이하 | ||||
3. N값(N치)과 내부마찰각 (Φ)
1) Peck - Meyerhof (1956)의 제안
N치와 상대밀도 및 Φ의 관계
| N치 | 상 대 밀 도 | |||
| 상 태 | Dr | PECK (° ) | MEYERHOF (° ) | |
| 0 ～ 4 4 ～ 10 10 ～ 30 30 ～ 50 50 이상 |
대단히 느슨 느 슨 보 통 조 밀 대단히 조밀 |
0.0 ～ 0.2 0.2 ～ 0.4 0.4 ～ 0.6 0.6 ～ 0.8 0.8 ～ 1.0 |
28.5 이하 28.5 ～ 30.0 30.0 ～ 36.0 36.0～ 41.0 41.0 이상 |
30.0 이하 30.0 ～ 35.0 35.0 ～ 40.0 40.0 ～ 45.0 45.0 이상 |
- 상기표에서 Meyerhof의 값은, 모래의 입도가 균일한 경우 (uniform graded)이나 이토질 모래인 경우에는 적은쪽의 값을 택하고, 입도의 분포가 좋은 경우 (well-graded)는 큰쪽의 값을 택하는 것이 좋다.
2) 주요 산정 공식
모래의 내부 마찰각(Φ)과 N치와의 관계
| ① Dunham 공식 | |
| 토립자가 둥글고 균일한 입경일 때 |  |
| 토립자가 둥글고 입도분포가 좋을 때 |  |
| 토립자가 모나고 입도분포가 좋을 때 |  |
| ② Peck 공식 |  |
| ③ 오오자끼 공식 |  |
| ④ 도로교 시방서(1996) - 건교부 |  |
4. N값과 점성토의 전단강도
1) 점성토의 내부마찰각 (Φ)
- 점성토에 있어서 내부마찰각을 구하는 방법으로는 현재 확립된 것은 없다. 점성토층의 N치는 대부분 Sample Spoon에 작용하는 주변 마찰력의 크기에 의해 결정되는 것이고, N치와 내부마찰각과를 관련시키는 것은 어렵다. 그러나 지금까지의 경험적인 면에서 보면 일반적인 점성토에 있어서 내부마찰각 Φ는 5°～ 10°정도로 하며, N=0인 초연약 점성토에 대해서는 Φ=0으로 한다.
2) 점성토의 점착력 (C)
- 점성토의 점착력에 대하여는 통상 1축 압축강도 qu를 구하고, qu/2을 점착력으로 하고 있는 예가 많다. 또한, 점성토의 1축 압축강도 qu와 N치와의 관계는 다음과 같다.
① Terzaghi-Peck (1948)의 제안
점토의 consistency, N-값, qu의 관계
| Consistency | N - 값 | qu (kg/cm2) |
| very soft soft medium stiff very stiff hard |
< 2 2 - 4 4 - 8 8 - 15 15 - 20 30 < |
< 0.25 0.25 - 0.5 0.5 - 1.0 1.0 - 2.0 2.0 - 4.0 4.0 < |
- 이 관계를 정리하여 보면, qu = N / 8 (kg/cm2)의 관계가 있는 것으로 요약되나, 그 후 여러 연구결과에 의하면, 흙의 점성에 따라서 상기 값보다 qu의 변화폭이 큰 것으로 알려져 있다.
② 일본 도로토공지침
- 점성토에서 점착력과 N치의 관계에 대해 일본 도로토공지침 가설구조물의 항에 다음과 같이 표시하고 있다.
점성토의 N치와 점착력의 관계
| 구 분 | Very Soft | Soft | Medium | Stiff | Very Stiff | Hard |
| N | 2 이상 | 2 - 4 | 4 -8 | 8 - 15 | 15 - 30 | 30 이상 |
| C (t/m2) | 1.2 이하 | 1.2 - 2.5 | 2.5 - 5.0 | 5.0 - 10 | 10 - 20 | 20 이상 |
| “N치를 이용한 기초, 토류의 설계계산법과 실례” | ||||||
5. 각 토층에 대한 내부마찰각의 대표치
| Soil | Type of test | |||
| Unconsolidated Undrained (UU) |
Consolidated Undrained (CU) |
Consolidated Drained (CD) |
||
| G r a v e l |
Mediun size | 40-55° | 40-55° | |
| Sandy | 35-50° | 35-50° | ||
| Loose dry | 28-34° | |||
| S a n d |
Loose saturated | 28-34° | ||
| Dense dry | 35-46° | 43-50° | ||
| Dense saturated | 1-2° Less than dense sand |
43-50° | ||
| Loose | 20-22° | 34-30° | ||
| Silt or silty sand |
Dense | 25-30° | 30-35° | |
| Clay | 0° if saturated | 3-20° | 20-42° | |
6. 토질별 습윤단위중량, 수중단위중량 (토질역학)
| 토 질 | 상 태 | 단위중량Υ1 (tonf/m³) |
수중단위중량 Υsub(tonf/m³) |
Φ(°) | 수중 Φ값 Φsub (°) |
| 쇄 석 자 갈 탄지꺼기 |
- - - |
1.6～1.9 1.6～2.0 0.9～1.2 |
1.0～1.3 1.0～1.2 0.4～0.7 |
35～45 30～40 30～40 |
35 30 30 |
| 모 래 | 다져진 것 약간 유연한 것 유연한 것 |
1.7～2.0 1.6～1.9 1.5～1.8 |
1.0 0.9 0.8 |
35～40 30～35 25～30 |
30～35 25～30 20～25 |
| 보통토 | 굳은 것 약간 부드러운 것 부드러운 것 |
1.7～1.9 1.6～1.8 1.5～1.7 |
1.0 0.8～1.0 0.6～0.9 |
25～35 20～30 15～25 |
20～30 15～25 10～20 |
| 점 토 | 굳은 것 약간 부드러운 것 부드러운 것 |
1.6～1.9 1.5～1.8 1.4～1.7 |
0.6～0.9 0.5～0.8 0.4～0.7 |
20～30 10～20 0～10 |
10～20 0～10 0 |
| 실 트 | 굳은 것 부드러운 것 |
1.6～1.8 1.4～1.7 |
1.0 0.5～0.7 |
10～20 0 |
5～15 0 |
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