지반 정수 산정 참고자료

1. 해석적용 지반강도정수 선정

 

 

 

1. 지반정수 산정 참고자료

 

1.1 기존문헌 검토

 

1) 국도건설공사 설계실무 요령 (국토교통부, 2013)

 

[표 1] 흙의 종류에 따른 단위중량, 점착력, 내부마찰각

종 류		재료의 상태		단위 중량 (tf/m3)	내 부 마찰각 ø(deg)	점착력 c(tf/m2)	분류기호 (통일분류)
흙 쌓 기	자갈 및 자갈섞인 모래	다진것		2.0	40	0	GW, GP
	모 래	다진것	입도가 좋은 것	2.0	35	0	SW, SP
			입도가 나쁜 것	1.9	30	0
	사 질 토	다진것		1.8	25	3 이하	SW, SC
	점 성 토	다진것		1.8	15	5 이하	ML, CL MH, CH
자 연 지 반	자 갈	밀실한 것, 입도가 좋은 것		2.0	40	0	GW, GP
		밀실치 않은 것, 입도가 나쁜 것		1.8	35	0
	자갈섞인 모래	밀실한 것		2.1	40	0	GW, GP
		밀실치 않은 것		1.9	35	0
	모 래	밀실한 것, 입도가 좋은 것		2.0	35	0	SW, SP
		밀실치 않은 것, 입도가 나쁜 것		1.8	30	0
	사 질 토	밀실한 것		1.9	30	3 이하	SM, SC
		밀실치 않은 것		1.7	25	0
	점 성 토	단단한 것 (손가락으로 세게 눌러 조금 들어감, N=8~15)		1.8	25	5 이하	ML, CL
		약간 연한 것 (손가락 보통 힘으로 들어감, N=4~8)		1.7	20	3 이하
		연한 것 (손가락이 쉽게 들어감, N=2~4)		1.6	20	1.5이하
	점토 및 실트	단단한 것 (손가갈으로 세게 눌러 조금 들어감, N=8~15)		1.7	20	5 이하	CH, MH, ML
		약간 연한 것 (손가락 보통 힘으로 들어감, N=4~8)		1.6	15	3 이하
		연한 것 (손가락이 쉽게 들어감, N=2~4)		1.4	10	1.5 이하

 

2) 서울지하철 설계 기준

[표 2] 암반의 전단특성 및 단위중량

암반 구분		경 암	보통암	연 암	풍화암	잔류토
탄성파속도		4.5 km/sec이상	4.0~4.5 km/sec	3.5~4.0 km/sec	3.5 km/sec 이상	2.0 km/sec 이하
암질상태		경도가 아주 좋고 균열이 적고 풍화변질이 안된 상태	균열 및 절리가 다소 발달되어 있으며, 풍화가 안된 상태	풍화작용으로 암상에 층리 및 절리가 발달되어 있는 암체로서 파쇄질임	물리 화학적 교대작용으로 파쇄대가 발달되어 있는 상태로 다소의 단층이 포함되어 점토질이 많이 발달되어있는 암상	완전풍화되고 암의 조직이 보존되어 있으나 토사화됨
관찰에 의한 판정		망치가 튕겨나옴. 강하게 치면 신선한면으로 갈라짐	강하게 치면 균열면이나 절리면을 따라 크게 갈라짐	망치로 쉽게 갈라지며, 쉽게 균열면으로 갈라짐	망치로 쉽게 부서지며, 망치가 아니더라도 쉽게 부서짐	손으로 문지르면 쉽게 부서짐
코 아 상 태	채취율	90% 이상	70% 이상
	균열상태	주상코아	다소의 세편 포함	다량의 세편 포함	세편을 이루고 있음
	암 괴	20cm이상	5cm 이상	5cm 이하, 세편
점착력 (tf/㎡)		10~500	5~300	2.5~200	2~50	0.5~50
내부마찰각 (deg)		35~50	35~50	25~50	20~45	20~45
단위중량(tf/㎥)		2.6~2.7	2.6	2.5~2.56	2.0~2.4	1.8~2.2

 

 

3) Bowles (1970)

[표 3] 흙의 종류에 따른 단위중량

흙의 종류	흙의 상태	간극률(%)	간극비	단위중량(tf/㎥)
				건조	전체	포화
모래질 자갈	느슨	38~42	0.61~0.72	1.4~1.7	1.8~2.0	1.9~2.1
	촘촘	18~25	0.22~0.33	1.9~2.1	2.0~2.3	2.1~2.4
거친모래, 중간모래	느슨	40~45	0.67~0.82	1.3~1.5	1.6~1.9	1.8~1.9
	촘촘	25~32	0.33~0.47	1.7~1.8	1.8~2.1	2.0~2.1
균등한 가는모래	느슨	45~48	0.82~0.82	1.4~1.5	1.5~1.9	1.8~1.9
	촘촘	33~36	0.49~0.56	1.7~1.8	1.8~2.1	2.0~2.1
거친 실트	느슨	45~55	0.82~1.22	1.3~1.5	1.5~1.9	1.8~1.9
	촘촘	35~40	0.54~0.67	1.6~1.7	1.7`~2.1	2.0~2.1
실트	연약	45~50	0.82`~1.22	1.3~1.5	1.6~2.0	1.8~2.0
	중간	35~40	0.54~0.67	1.6~1.7	1.7~2.1	2.0~2.1
	견고	30~35	0.43~0.49	1.8~1.9	1.8~1.9	1.8~2.2
소성이 작은 점토	연약	50~55	1.00~1.22	1.3~1.4	1.5~1.8	1.8~2.0
	중간	35~45	0.54~0.82	1.5~1.8	1.7~2.1	1.9~2.1
	견고	30~35	0.43~0.54	1.8~1.9	1.8~2.2	2.1~2.2
소성이 큰 점토	연약	60~70	1.50~2.30	0.9~1.5	1.2~1.8	1.4~1.8
	중간	40~55	0.67~1.22	1.5~1.8	1.5~2.0	1.7~`2.1
	견고	30~40	0.43~0.67	1.8~2.0	1.7~2.2	1.9~2.3

4) LH공사 설계지침 (2016.02)

[표 4] 재료의 단위중량

종 별	중 량 (kN/m3)	비 고
점 질 토	16.0	보통의 것, 자연상태
일반토사	17.0	자연상태
모 래	16.0	건조, 자연상태
풍 화 암	20.0	자연상태
연 암	23.0	〃
보 통 암	24.0	〃
경 암	26.0	〃
호 박 돌	19.0	〃
조약돌, 깬잡석	17.0	〃

5) 표준품셈 (2016)

[표 5] 토질별 단위중량

종 별	형 상	중 량(kN/m3)	비 고
암 석	화 강 암 안 산 암 사 암 현 무 암	26.0 ~ 27.0 23.0 ~ 27.1 24.0 ~ 27.9 27.0 ~ 32.0	자연상태 〃 〃 〃
자 갈	건 조 습 기 포 화	16.0 ~ 18.0 17.0 ~ 18.0 18.0 ~ 19.0	〃 〃 〃
모 래	건 조 습 기 포 화	15.0 ~ 17.0 17.0 ~ 18.0 18.0 ~ 20.0	〃 〃 〃
점 토	건 조 습 기 포 화	12.0 ~ 17.0 17.0 ~ 18.0 18.0 ~ 19.0	〃 〃 〃
점 질 토	보 통 력이 섞인 것 력이 섞이고 습한 것	15.0 ~ 17.0 16.0 ~ 18.0 19.0 ~ 21.0	〃 〃 〃

6) 도로설계실무편람 (한국도로공사, 2009)

[표 6] 암반의 전단강도

구 분		암반파쇄상태		전단강도
		T.C.R(%)	R.Q.D(%)	내부마찰각(°)	점착력(tf/m²)
풍화암, 연․경암으로 파쇄가 극심한 경우	-	20 이하	10 이하	30	10
강한 풍화암으로서 파쇄가 거의 없는 경우와 대부분의 연․경암	연 암	20~30	10~25	33	13
	보통암	40~50	25~35	35	15
	경 암	70이상	40~50	40	20

7) 서울지역의 지반별 강도정수 (서울시 지반조사편람, 2006)

지반명	단위중량 γt (tf/m3)	점착력 c (tf/m2)	내부마찰각 φ (o)	변형계수 D (x103tf/m2)	포아송비 ν	비 고
풍화토	1.7~2.0	0.0~10.0	25~30	2.0~4.0	0.5
풍화암	2.0~2.2	10.0~30.0	30~35	10.0~20.0	0.3~0.4
연 암	2.3~2.5	30.0~60.0	30~40	20.0~40.0	0.25~0.30
보통암	2.4~2.6	60.0~150.0	35~40	40.0~100.0	0.25
경 암	2.5~2.7	150.0~200.0	35~45	100.0~400.0	0.2
극경암	2.6~2.7	200.0~500.0	40~45	400.0~800.0	0.2
주) 이 표는 그동안의 지하철 설계적용사례를 기준으로 정리된 것이므로 참고로 사용할 수는 있으나 설계시는 개개 현장에서 수행된 시험결과를 적용하여야 한다.

8) 학술발표내 제안값

[표 8] 학술발표 내 제안값

구 분		단위중량(kN/㎥)	점착력(kPa)	내부마찰각(ﾟ)
지반공학회 학술발표회	풍화암	20.0~22.0	30.0~50.0	30.0~35.0
	연 암	23.0~25.0	100~1,200	35~45

9) Peck and Meyerhof (1956)

[표 9] N값과 모래의 상대밀도 및 내부마찰각 관계

N값	연경도	상대밀도 (Dr, %)	내부마찰각(Φ)
			Peck	Meyerhof
0~4	매우느슨	0.0~15	28.5 이하	30 이하
4~10	느슨	15~35	28.5~30.0	30~35
10~30	중간	35~65	30.0~36.0	35~40
30~50	조밀	65~85	36.0~41.0	40~45
50이상	매우조밀	85~100	41.0 이상	45 이상

10) Barton (1973)

[표 10] 여러 암석들에 대한 기본마찰각 Φ의 개략적인 값

암 석 명	Φ ( °)	암 석 명	Φ ( °)
각 섬 암	32	화강암(조립질)	31~35
현 무 암	31~38	석 회 암	33~40
역 암	35	반 암	31
백 암	30	사 암	25~35
백 운 암	27~31	셰 일	27
편마암(편암질)	23~29	미 사 암	27~31
화강암(세립질)	29~35	점 판 암	25~30

11) Rock Slope Engineering (Hoek & Bray, 1981)

[표 11] 토질 및 암석에 따른 지반정수

설 명			단위중량 (포화상태/건조상태)		마찰각 ( °)	점착력
종 류		재 료	1b/ft3	kN/m3		1b/ft2	kN/m2
점 착 력 이 없 는 물 질	모 래	느슨한 모래, 고른 입자크기	118/90	19/14	28~34*
		조밀한 모래, 고른 입자크기	130/109	21/17	32~40*
		느슨한 모래, 혼합된 입자크기	124/99	20/16	24~40*
		조밀한 모래, 혼합된 입자크기	135/116	21/18	38~46*
	자 갈	자갈, 고른 입자크기	140/130	22/20	34~37*
		모래와 자갈, 혼합된 입자크기	120/110	19/17	48~45*
	발 파 / 파 쇄 암 석	현 무 암	140/110	22/17	40~50*
		백 악	80/62	13/10	30~40*
		화 강 암	125/110	20/17	45~50*
		석 회 암	120/100	19/16	35~40*
		사 암	110/80	17/13	35~45*
		셰 일	125/100	20/16	30~35*
점 착 력 이 있 는 물 질	점 토	연한 벤토나이트	80/30	13/6	7~13	200~400	10~20
		아주 연한 유기질 점토	90/40	14/6	12~16	200~600	10~30
		연한, 약간의 유기성 점토	100/60	16/10	22~27	400~1,000	20~50
		연한 빙하 점토	110/76	17/12	27~32	600~1,500	30~70
		굳은 빙하 점토	130/105	20/17	30~32	1,500~3,000	70~150
		빙하 점토, 혼합된 입자크기	145/130	23/20	32~35	3,000~5,000	150~250
	암 석	견고한 화성암...	**			720,000 ~	35,000 ~
		화강암, 현무암, 반암	160~190	25~30	35~45	1,150,000	55,000
		변성암...				400,000 ~	20,000 ~
		규암, 편마암, 점판암	160~180	25~28	30~40	800,000	40,000
		견고한 퇴적암...				200,000 ~	10,000 ~
		석회암, 백운석, 사암	150~180	23~28	35~45	600,000	30,000
		연약한 퇴적암...				20,000 ~	1,000 ~
		사암, 석탄, 백악, 셰일	110~150	17~23	25~35	400,000	20,000

12) 점성토의 일반적 특성 (Hunt, 1984)

[표 12] 점성토의 일반적 특성

연경도	N	Hand Test	rsat (kN/m3)	qu (kN/m2)	C (=qu/2) (kN/m2)
고 결	> 30	손으로 누르기 어려움	> 20.0	> 400	> 200
매우 견고	15 ~ 30	엄지손톱으로 눌러짐	20.8 ~ 22.4	200 ~ 400	100 ~ 200
견 고	8 ~ 15	엄지손가락으로 눌러짐	19.2 ~ 20.8	100 ~ 200	50 ~ 100
중 간	4 ~ 8	강한 압력으로 성형됨	17.6 ~ 19.2	50 ~ 100	25 ~ 50
연 약	2 ~ 4	약한 압력으로 성형됨	16.0 ~ 17.6	25 ~ 50	12.5 ~ 25
매우 연약	< 2	손가락 사이로 빠져나감	14.4 ~ 16.0	0.0 ~ 25	0.0 ~ 12.5

 

1.2 경험식 검토

1) N치와 내부마찰각(φ)의 관계(구조물기초설계기준해설, 2015)

[표 13] N치와 내부마찰각(φ)의 관계(Dunham, Peck, 오자끼)

제 안	내부마찰각(φ)	비 고
Dunham		-Dunham의 정수항 ․둥근입자로 일정한 입경의 것 ․둥근입자로 입도분포 양호 모난 입자로 일정한 입경의 것 ․모난 입자로 입도분포가 양호	: 15 : 20 : 25
Peck
오자끼

 

2) N치와 점착력(c)의 관계(지반공학시리즈 - 굴착 및 흙막이 공법, 2003)

[표 14] N치와 점착력(c)의 관계

제 안 자	일축압축강도(kN/m2)		점착력(kN/m2)
Terzaghi-Peck(1948)

 

1.3 현장 및 실내시험

[표 15] 현장시험(공내전단시험)  

공 번	심도(m)	N값	지층명	공내전단시험
				내부마찰각(ﾟ)	점착력(kPa)
H-1	4.0	18/30	풍화토	29.25	14.40
	5.0	50/18	풍화토	32.21	21.70
	7.0	50/7	풍화암	33.74	30.80
H-5	1.0	28/30	풍화토	31.72	16.70
	2.0	50/12	풍화토	30.28	23.80
	5.0	50/5	풍화암	32.78	28.80
H-7	3.0	25/30	풍화토	31.47	17.60
	5.0	50/12	풍화토	31.13	22.20
범위	N<30		풍화토	29.25~31.72	14.40~17.60
	N≥30		풍화토	30.28~32.21	21.70~23.80
	-		풍화암	32.78~33.74	28.80~30.80

1.4 수평지반반력계수 (Kh)

1) Bowles (1996)

 

[표 16] Representative range of values of lateral modulus of subgrade reaction

Soil‡	ks, kcf	ks, MN/m3
Dense sandy gravel	1400 ~ 2500	220 ~ 400
Medium dense coarse sand	1000 ~ 2000	157 ~ 300
Medium sand	700 ~ 1800	110 ~ 280
Fine or silty, fine sand	500 ~ 1200	80 ~ 200
Stiff clay (wet)	350 ~ 1400	60 ~ 220
Stiff clay (saturated)	175 ~ 700	30 ~ 110
Medium clay (wet)	250 ~ 900	39 ~ 140
Medium clay (saturated)	75 ~ 500	10 ~ 80
Soft clay	10 ~ 250	2 ~ 40

‡ Either wet or dry unless otherwise indicated

 

2) Hukuoka법

                                  [표 17] Hukuoka법에 의한 수평지반반력계수

구 분	HUKUOKA
N	Kh(tf/m )	N	Kh(tf/m )	N	Kh(tf/m )
1	691	21	2378	41	3121
2	916	22	2424	42	3151
3	1076	23	2468	43	3182
4	1213	24	2511	44	3212
5	1328	25	2553	45	3241
6	1430	26	2594	46	3270
7	1523	27	2634	47	3299
8	1607	28	2673	48	3327
9	1686	29	2712	49	3355
10	1760	30	2749	50	3383
11	1829	31	2786
12	1895	32	2822
13	1958	33	2858
14	2017	34	2892
15	2075	35	2927
16	2130	36	2960
17	2183	37	2993
18	2234	38	3026
19	2284	39	3058
20	2332	40	3090