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Module DG1 · 지반 조사 · 시료 채취 · 암반 평가

Subsurface Exploration, Sampling & Rock Characterization (Depth)

💡 Depth 모듈 안내 — 이 모듈은 PE Civil 오후 시험(Depth · Geotechnical) 대비용 심화 모듈입니다. Breadth (오전) 의 M7~M11 을 먼저 학습하신 후 접근하시면 효율적입니다.
이 모듈에서 다룰 내용

📖 핵심 개념

1. 시료 채취 (Soil Sampling)

Depth 시험에서는 교란 여부 · 시료 채취기 종류 · 용도 를 정확히 구분할 줄 알아야 합니다. 시료는 크게 교란 시료 (disturbed) 와 비교란 시료 (undisturbed) 로 나뉘며, 시험 목적에 따라 채취 방식이 달라집니다.

시료 종류 대표 채취기 주요 시험 용도
교란 시료 (Disturbed) Split-Spoon Sampler (분할 스푼) 다짐, 노상 시험, 함수비, 분류, Atterberg 한계
비교란 시료 (Undisturbed) Shelby Tube (얇은 벽 관) 연약 점토·실트 — 강도·압밀·투수
Denison Sampler 단단한 점토·연암·시멘테이션·자갈 함유 토
Pitcher Sampler 중간~단단 점토, 특히 자갈·균열 토
⚠️ 헷갈리기 쉬운 포인트: Shelby Tube = 연약 점토, Denison = 단단한 점토·연암. 용도를 뒤집어 제시하는 함정 문제가 자주 나옵니다.

2. 원위치 시험 (In-situ Testing)

실험실 시험으로 재현하기 어려운 현장 상태 그대로의 지반 특성 을 평가하는 시험입니다. 대표적으로 SPT · CPT · VST · PMT 가 있으며, 각각 얻는 파라미터가 다릅니다.

시험 영문·약어 측정 파라미터 / 용도
표준 관입 시험SPT (Standard Penetration Test)N값 → 상대밀도·점착력·지지력 추정
콘 관입 시험CPT (Cone Penetration Test)qc, fs → OCR·상대밀도·지반층 판별 (연속 측정)
베인 전단 시험VST (Vane Shear Test)연약 점토 비배수 전단강도 $s_u$
공내 재하 시험PMT (Pressuremeter Test)지반 변형계수 · 극한압력
딜라토미터DMT (Flat Dilatometer)수평 응력·OCR·K0

3. 암반 평가 (Rock Characterization)

시추 중 채취된 암석 코어(Rock Core) 의 회수 상태는 암반 품질을 정량 평가하는 핵심 지표입니다. 두 가지 핵심 값 — Recovery Ratio 와 RQD — 의 차이를 분명히 기억하세요.

Recovery Ratio (회수율) $$ R = \frac{\text{회수된 코어 총 길이}}{\text{진행 거리 (Core Run)}} $$ — 코어가 얼마나 회수되었는지 (부서진 조각 포함).
RQD (Rock Quality Designation) $$ \text{RQD} = \frac{\sum \text{(10 cm 이상 온전한 조각 길이)}}{\text{진행 거리}} $$ — 코어 중 4 인치(10 cm) 이상 온전한 조각만 합산. 암반 품질 평가.
RQD (%) 암반 품질 (Rock Quality)
0 ~ 25Very Poor (매우 불량)
25 ~ 50Poor (불량)
50 ~ 75Fair (보통)
75 ~ 90Good (양호)
90 ~ 100Excellent (우수)
⚠️ 핵심 함정: Recovery Ratio 와 RQD 는 분모가 같지만 분자가 다릅니다. Recovery 는 모든 회수 조각, RQD 는 10 cm 이상 온전한 조각만.

📐 공식·기준 요약

① 회수율·RQD
$$ R = \frac{L_{\text{recovered}}}{L_{\text{core run}}}, \quad \text{RQD} = \frac{\sum L_{i,\,\ge 10\,\text{cm}}}{L_{\text{core run}}} $$
② CPT 로부터 OCR 추정 (Kulhawy·Mayne 간이식)
$$ \text{OCR} \approx 0.37 \cdot \frac{q_c - \sigma_v}{\sigma'_v} $$
③ SPT N 값 보정
$$ N_{60} = \frac{N \cdot E_m \cdot C_B \cdot C_S \cdot C_R}{0.60} $$ $$ (N_1)_{60} = N_{60} \cdot C_N, \quad C_N = \sqrt{\tfrac{p_a}{\sigma'_v}} \ (\le 1.7) $$

$E_m$: 햄머 효율 (0.45~0.85), $C_B$: 시추공 지름 보정, $C_S$: 샘플러 보정, $C_R$: 로드 길이 보정.

④ Nk 를 이용한 비배수 전단 강도
$$ s_u = \frac{q_c - \sigma_v}{N_k} \qquad (N_k \approx 10 \sim 20) $$
⑤ 지반 조사 표준 깊이 (경험 법칙)

얕은 기초: 기초 폭의 2~3배 또는 Δσ < 0.1·σ'v 까지 (USACE·AASHTO).

💡 유형별 예제

각 문제는 정답 및 풀이 보기로 해설을 펼칠 수 있습니다.

예제 1 · Recovery Ratio (회수율) 계산

R

직경 4 inch 더블튜브 배럴(double-tube barrel) 로 자연 암반에서 코어를 채취했다. 5 ft 진행 구간 에서 회수된 코어 총 길이가 43 inch 였다. Rock core recovery 는 얼마에 가장 가까운가?

  • A. 약 55 %
  • B. 약 9 %
  • C. 약 72 %
  • D. 약 43 %

✅ 단계별 풀이

Step 1. 진행 거리 단위 통일
$$ L_{\text{run}} = 5~\text{ft} \times 12 = 60~\text{inch} $$
Step 2. 회수율 공식 적용
$$ R = \frac{43}{60} = 0.7167 \approx 71.7\,\% $$
메모 — RQD 가 아닌 Recovery Ratio 를 묻고 있으므로 10 cm 기준은 적용하지 않습니다.
최종 답
$$\boxed{R \approx 72\,\%}$$
✔ 정답: C. 약 72 %

예제 2 · RQD 계산과 암반 등급 판정

RQD

180 cm 코어 진행에서 회수된 코어 조각 길이는 각각 30, 15, 18, 38 cm 였다. (조각은 현장에서 자연 균열로 분리된 것.) RQD 와 암반 등급은?

  • A. 0.80 / Good
  • B. 0.48 / Poor
  • C. 0.98 / Excellent
  • D. 0.56 / Fair

✅ 단계별 풀이

Step 1. 10 cm 이상 온전한 조각만 합산
$$ \sum L_i = 30 + 15 + 18 + 38 = 101~\text{cm} $$

네 조각 모두 10 cm 이상이므로 전부 합산.

Step 2. 분모는 진행 거리 180 cm
$$ \text{RQD} = \frac{101}{180} = 0.561 \approx 56\,\% $$
Step 3. 등급 판정
RQD 50~75 % 구간 → Fair (보통).
메모 — 만약 조각 중 10 cm 미만이 있었다면 RQD 분자에서 제외 합니다. Recovery Ratio 는 전부 포함합니다.
최종 답
$$\boxed{\text{RQD} \approx 0.56,\ \text{Fair}}$$
✔ 정답: D. 0.56 / Fair

예제 3 · CPT 로부터 OCR 추정

OCR

깊이 11 m 지점 CPT 결과: 콘 저항 qc = 700 kN/m². 지층 구조: 상부 3 m 습윤 토 (γ = 17 kN/m³), 그 아래 8 m 포화토 (γsat = 19 kN/m³), 지하수면 GL-3 m. Nk = 15. OCR 은 얼마에 가장 가까운가? (γw = 9.81 ≈ 9.1 kN/m³ 사용)

  • A. 약 1.4
  • B. 약 1.7
  • C. 약 1.9
  • D. 약 1.2

✅ 단계별 풀이

Step 1. 전 응력 σv
$$ \sigma_v = 3 \times 17 + 8 \times 19 = 51 + 152 = 203~\text{kN/m}^2 $$
Step 2. 유효 응력 σ'v (부력 차감)
$$ \sigma'_v = 3 \times 17 + 8 \times (19 - 9.1) = 51 + 79.2 = 130.2~\text{kN/m}^2 $$
Step 3. OCR 공식 (Kulhawy·Mayne)
$$ \text{OCR} = 0.37 \cdot \frac{q_c - \sigma_v}{\sigma'_v} = 0.37 \cdot \frac{700 - 203}{130.2} = 0.37 \cdot 3.82 \approx 1.41 $$
해석 — OCR > 1 이므로 과거에 더 큰 응력을 받은 적 있는 과압밀 지반. OCR = 1 은 정규압밀, OCR < 1 은 현재도 압밀 중 (under-consolidated).
최종 답
$$\boxed{\text{OCR} \approx 1.4}$$
✔ 정답: A. 약 1.4

🎯 실전 미니 퀴즈 8 문제 · 48 분

48:00

Q1. 시료 채취에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  • A. 교란 시료는 다짐·노상 시험에 사용한다.
  • B. 비교란 시료는 첨두 전단·압밀·투수·밀도 시험에 사용한다.
  • C. Shelby Tube 는 연약 점토의 비교란 시료 채취에 쓰인다.
  • D. Denison Sampler 는 연약 점토 의 비교란 시료 채취에 쓰인다.

Q2. 콘 관입 시험(CPT) 의 특징이 아닌 것은?

  • A. 시료를 채취해 실험실 분류 시험을 할 수 있다.
  • B. 깊이에 따른 저항을 연속적으로 측정한다.
  • C. 콘 저항 qc 와 주면마찰 fs 를 얻는다.
  • D. qc 로부터 OCR·상대밀도를 추정할 수 있다.

Q3. Recovery Ratio 와 RQD 의 차이 를 가장 잘 설명한 것은?

  • A. 분모가 다르고 분자는 같다.
  • B. 둘 다 동일한 값이며 용어만 다르다.
  • C. 분모는 같지만 RQD 는 10 cm 이상 온전한 조각 만 분자에 포함한다.
  • D. RQD 는 시료 중량, Recovery 는 길이 비율로 정의된다.

Q4. 어떤 암반의 RQD 가 80 % 로 측정되었다. 해당 암반의 품질은?

  • A. Fair (보통)
  • B. Good (양호)
  • C. Excellent (우수)
  • D. Poor (불량)

Q5. 깊이 10 m CPT 결과 qc = 800 kN/m², 해당 심도의 σv = 200 kN/m², σ'v = 120 kN/m². 간이식으로 OCR 은?

  • A. 약 1.85
  • B. 약 2.50
  • C. 약 3.00
  • D. 약 4.60

Q6. 6 ft (= 180 cm) 코어 런에서 회수된 조각 길이가 45, 25, 8, 30, 20 cm 였다. RQD 는?

  • A. 약 71 %
  • B. 약 65 %
  • C. 약 67 %
  • D. 약 76 %

Q7. 다음 중 비교란 시료 채취기 가 아닌 것은?

  • A. Shelby Tube
  • B. Split-Spoon Sampler
  • C. Denison Sampler
  • D. Pitcher Sampler

Q8. SPT 현장 측정값 N = 20, 햄머 효율 Em = 0.60, 나머지 보정계수 모두 1.0. N60 은?

  • A. 12
  • B. 15
  • C. 18
  • D. 20