제134회 토질및기초기술사 기출문제

 
 

1교시

※ 총 13문제 중 10문제를 선택하여 설명하시오. (각 10점)
1. SHANSEP 방법

SHANSEP(Stress History and Normalized Soil Engineering Properties) 방법은 점성토(점토) 지반의 공학적 특성을 평가하기 위해 개발된 실용적인 접근법입니다. 이 방법은 점토 지반의 응력 이력(stress history)과 정규화된 공학적 특성을 활용하여 지반의 강도와 변형 특성을 예측하는 데 주로 사용됩니다. SHANSEP 방법은 특히 연약 점토 지반의 설계와 분석에 널리 적용됩니다.

---

### 1. **SHANSEP 방법의 배경**
점토 지반은 과압밀(over-consolidated) 또는 정규압밀(normally-consolidated) 상태에 따라 공학적 특성이 크게 달라집니다. SHANSEP 방법은 이러한 점토 지반의 응력 이력을 고려하여, 정규화된 강도와 변형 특성을 도출함으로써 지반의 거동을 보다 정확하게 예측할 수 있도록 합니다.

---

### 2. **SHANSEP 방법의 기본 개념**
SHANSEP 방법은 다음과 같은 핵심 개념을 기반으로 합니다:
1. **응력 이력(Stress History)**: 점토 지반의 과거 응력 상태(예: 선행압밀응력)를 고려합니다.
2. **정규화(Normalization)**: 점토의 강도와 변형 특성을 유효응력(effective stress)으로 정규화하여 일반화된 관계식을 도출합니다.
3. **실험 데이터 기반**: 실내 실험(예: 삼축압축시험)을 통해 얻은 데이터를 기반으로 정규화된 관계식을 개발합니다.

---

### 3. **SHANSEP 방법의 주요 공식**
SHANSEP 방법에서는 점토의 강도와 변형 특성을 다음과 같은 정규화된 형태로 표현합니다.

#### 1) **정규화된 전단강도(Normalized Shear Strength)**
점토의 전단강도는 유효응력에 비례한다는 가정 하에 다음과 같이 표현됩니다:

#### 2) **정규화된 변형 특성(Normalized Deformation Properties)**
점토의 변형 특성(예: 압축지수,도 유효응력과 압밀비를 기반으로 정규화하여 표현할 수 있습니다.

---

### 4. **SHANSEP 방법의 적용 단계**
1. **시료 채취 및 실험**: 현장에서 점토 시료를 채취하고, 실내 삼축압축시험 등을 수행하여 강도와 변형 특성을 측정합니다.
2. **응력 이력 분석**: 점토 지반의 응력 이력(예: 선행압밀응력을 분석합니다.
3. **정규화된 관계식 도출**: 실험 데이터를 기반으로 정규화된 강도와 변형 특성의 관계식을 도출합니다.
4. **설계에 적용**: 도출된 관계식을 활용하여 지반의 강도와 변형 특성을 예측하고, 설계에 반영합니다.

---

### 5. **SHANSEP 방법의 장점**
- **일반화된 관계식**: 정규화된 관계식을 통해 다양한 지반 조건에서의 강도와 변형 특성을 예측할 수 있습니다.
- **실험 데이터 기반**: 실내 실험 데이터를 기반으로 하여 신뢰성이 높습니다.
- **응력 이력 고려**: 점토 지반의 응력 이력을 고려하여 보다 정확한 분석이 가능합니다.

---

### 6. **SHANSEP 방법의 한계**
- **점토 지반에 한정**: SHANSEP 방법은 점토 지반에만 적용 가능하며, 모래나 실트 지반에는 적합하지 않습니다.
- **실험 데이터 필요**: 정확한 분석을 위해서는 충분한 실내 실험 데이터가 필요합니다.
- **지반 조건의 복잡성**: 현장 지반 조건이 복잡할 경우, SHANSEP 방법만으로는 모든 변수를 고려하기 어려울 수 있습니다.

---

### 7. **SHANSEP 방법의 활용 예시**
- **연약 지반 개량**: 연약 점토 지반의 강도와 변형 특성을 평가하여 개량 공법을 설계합니다.
- **기초 설계**: 점토 지반 위에 설치되는 구조물의 기초 설계에 활용됩니다.
- **사면 안정성 분석**: 점토 사면의 안정성을 평가하고, 필요한 보강 공법을 설계합니다.

---

### 8. **결론**
SHANSEP 방법은 점토 지반의 응력 이력과 정규화된 공학적 특성을 활용하여 지반의 강도와 변형 특성을 예측하는 데 유용한 방법입니다. 이 방법은 실험 데이터를 기반으로 하며, 응력 이력을 고려하여 보다 정확한 분석이 가능합니다. 그러나 점토 지반에 한정되어 있고, 충분한 실험 데이터가 필요하다는 점을 고려하여 적절히 활용해야 합니다. 연약 지반의 설계와 분석에 SHANSEP 방법을 적용하면, 지반의 거동을 보다 정확히 예측하고 안전한 구조물을 설계할 수 있습니다.

2. TBM의 굴진율

TBM의 **굴진율(Penetration Rate)**은 터널 굴착 시 TBM이 단위 시간 동안 전진한 거리를 의미하며, 일반적으로 **m/day** 또는 **mm/min** 단위로 표현됩니다. 이는 굴착 작업의 효율성을 평가하는 중요한 지표입니다

### **굴진율 계산**
- 굴진율은 다음과 같이 계산됩니다:
  $$
  NPR = P \times RPM
  $$
  여기서 $$P$$는 한 회전당 굴착 거리(mm/rev), $$RPM$$은 분당 회전수(revolutions per minute)입니다

### **영향 요소**
1. **지질 조건**: 암석 강도, 지하수 존재 등
2. **TBM 성능**: 커터헤드 상태, 기계 성능 등
3. **운영 조건**: 작업자의 숙련도, 유지 보수 상태 등
4. **작업 환경**: 지하수 압력, 작업 구간의 지원 시스템 설치 방식

### **중요성**
높은 굴진율은 공사 기간 단축과 비용 절감을 가능하게 하며, 낮은 굴진율은 프로젝트 지연과 추가 비용을 초래할 수 있습니다

### **향상 방안**
- 정밀한 지질 조사
- TBM 유지보수 및 부품 교체
- 실시간 모니터링 시스템 활용

3. 옹벽의 활동방지벽
4. 지진발생 시 조밀한 모래지반의 거동
5. 이암(Mud-stone)의 비화(Slaking)현상 및 기초검토 시 고려사항
6. 평판재하시험결과의 지지력 결정방법
7. 수압파쇄(Hydraulic fracturing)
8. 연약지반 침하관리를 위한 쌍곡선법(Hyperbolic method)
9. 흙막이 구조물의 보일링(Boiling) 현상
10. 터널 굴착 시 테일보이드(Tail void)
11. 흙의 변형계수와 전단탄성계수
12. 팽창성 연암
13. 동토의 강도발현 원리 및 영향요소
 

2교시

※ 총 6문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)
1. 표준관입시험방법과 N값의 보정에 대하여 설명하시오.
2. 흙의 연경도와 연경도에서 얻어지는 지수에 대하여 설명하시오.
3. 얕은 기초의 이론적인 극한 지지력 산정식(Terzaghi식, Meyerhof식, Hansen식)에 대하여설명하시오.
4. 암석의 점하중강도와 일축압축강도의 상관관계 및 국내 현장에서의 적용 방안에 대하여설명하시오.
5. 앵커 보강 사면 설계 시 다음에 대하여 설명하시오.
1) 앵커의 내적안정해석
2) 초기긴장력 설정 시 고려사항
3) 지압판 설계 시 주요사항
6. 응력과 변형률이 균질한 조건에서 직접전단시험과 삼축압축시험의 Mohr원과 주응력에대하여 설명하시오.
 

3교시

※ 총 6문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)
1. 연약지반 개량 공법 중 치환공법의 종류별 특징 및 강제치환 시 치환깊이 산정방법에대하여 설명하시오.
2. 가설 흙막이 공사에 적용하는 계측기의 종류별 특징과 목적, 계측관리기준 및 계측관리시스템에 대하여 설명하시오.
3. 불포화토의 함수특성곡선과 전단강도 특성에 대하여 설명하시오.
4. 교란된 흙을 이용한 삼축시험용 공시체 제작 방법과 시험 중 발생하는 공시체의 단면적변화에 대한 보정 방법을 설명하시오.
5. ‘지하도로 설계지침(국토교통부, 2023. 2.)’에서 제시한 안전보호권 설정과 지하도로(터널)건설 시 근접시공 영향검토 항목에 대하여 설명하시오.
6. 폐기물 매립지반의 침하과정을 경과시간에 따른 침하곡선을 이용하여 설명하고, 현장계측을 통한 폐기물 매립지반의 침하량 산정기법에 대하여 설명하시오.
 

4교시

※ 총 6문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)
1. 지진 시 보강토옹벽의 내적안정해석에 대하여 설명하시오.
2. Newmark 영향원법에 대하여 다음 사항을 설명하시오.
1) 영향원 작성 원리
2) 영향원법으로

를 구하는 과정

3. 아래 그림을 참고하여 다음 사항을 설명하시오.

1) 무한사면의 안전율 유도
2) 지하수가 전혀 없는 경우와 수중 무한사면의 안전율 비교
3) 지하수가 전혀 없는 경우와 지하수가 경사면에 평행하게 흐르는 경우의 안전율 비교
4. 가시설 흙막이벽체의 동적 안정성 검토 방법에 대하여 설명하시오.
5. 터널 설계이론 중 내공변위-제어법(Convergence-confinement method, CCM)에 대하여다음 사항을 설명하시오.
1) 내공변위-제어법 이론의 전제조건
2) 지보재 압력 작용의 원리
3) 내공변위-제어법 이론의 3가지 요소
6. 도심지 터널공사에 따른 인접구조물의 손상도 예측·평가 기준의 종류와 특징 및한계점에 대하여 설명하시오.