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2023 1학기 아주대학교 토질역학실험 정수두투수 시험 결과보고서 (a+ 자료) 평가D별로예요

토질역학실험흙의 정수두 투수 실험◆ 담 당 강 사 님◆ 담 당 조 교 님◆ 학 번 / 이 름◆ 제 출 일1. 실험 목적본 실험은 흙의 정수두 투수 시험을 실시하여 토질역학에서 중요한 특성 중 하나인 투수 계수를 산출하는 과정을 수행한다. 투수 계수는 공학적 설계 및 건설 과정에서의 토양 수문학적 특성을 이해하는 데 있어 매우 중요하다. 실험 결과를 토대로 실제 건설 과정에서의 토양의 역학적 특성과 수문학적 특성을 예측하고 이를 토대로 공학적 설계 및 건설 과정에서의 최적화하는 방안을 모색하고자 한다. 본 실험은 토양의 수문학적 특성을 이해하고 이를 공학적 설계 및 건설 과정에 효과적으로 적용함으로써 지반 안정성에 도움이 될 것으로 기대된다.2. 실험이론(1) 흙 속의 물1) 물의 종류종류설명지하수중력에 의하여 공극을 흐르며 일정한 수위를 유지하는 물흡착수흙입자를 둘러싸고 있으며 지반의 역학적 거동에 영향을 미치며 노건조 하여도 마르지 않는다.침투수강우 등이 지반 내로 유입되어 지반내에서 압력 없이 흐르는 물지층수지층의 형상이 특이하여 지반내에서 수평으로 고여 있는 물모관수모세관 현상에 의하여 간극을 따라 상승되어 지하수면 위에 존재하는 물절리수침투에 의해 불연속지반에 유입되어 절리를 따라 흐르는 물간극수기타의 여러 가지 원인에 의하여 지반의 간극에 존재하는 물- 지반공학에서의 지하수: 지반의 간극 내에 존재하고 수평 수위를 유지하며 수두가 발생되면 중력에 의해 간극을 따라 흐르고 그 거동을 예측할 수 있는 물2) 흙 속 물에 작용하는 힘- 흙 속의 물은 지반의 유효응력에 직접적인 영향을 미친다.종류설명정수압면에 수직으로 작용하며 물의 단위중량에 수두를 곱하여 구한다.침투압물이 지반 내 간극을 흐르면서 흙입자에 가하는 압력이다. 단위 부피 당 작용하는 압력으로 정의하며 그 크기는 동수경사에 물의 단위중량을 곱한 값이다.간극수압지반 내 간극수의 정수압을 말하며 피에조미터로 측정한다.부력지하수면 아래에 있는 구조물이 받는 상향력을 말한다.(2) Darcy 법칙1) 동수경사i거리 L을 흐르는 동안에 h만큼의 수두차가 발생했을 때 단위길이 당 수두차i= {h} over {L} (h=수두차,`L=거리(시료`길이))2) Darcy 법칙Darcy가 포화된 흙을 통과하는 물의 유출속도에 대한 방정식을 다음과 같이 제시하였다.v=ki(여기서,v=유출속도,i=동수경사, k=투수계수(수리전도도))유출속도와 투수계수 및 동수경사의 비례관계를 확인할 수 있다.- Darcy 법칙을 통한 단위유량 공식q=kiA(여기서, q=단위유량,i=동수경사, k=투수계수(수리전도도), A=전체 단면적)- 침투속도(v _{s})v _{s} =v LEFT [ {1+ LEFT ( {V _{v}} over {V _{s}} RIGHT )} over {{V _{v}} over {V _{s}}} RIGHT ] =v LEFT ( {1+e} over {e} RIGHT ) = {v} over {n}(여기서,V _{v}=시료 내 간극의 부피,V _{v}=시료 내 흙 입자의 부피, e=간극비, n=간극률)(3) 흙의 투수계수1) 투수성흙 속의 연결된 간극을 따라 수두가 높은 곳에서 낮은 곳으로 물이 흐르는 성질2) 투수계수의 단위SI 단위에서 일반적으로 cm/sec 또는 m/sec를 사용한다.3) 절대투수계수{bar{K}}k= {gamma _{w}} over {eta } {bar{K}}(여기서,gamma _{w} =물의`단위중량,` eta =점성계수)4) 지반 종류별 투수계수(4) 투수계수 영향요소1) 물의 성질지반 내부를 흐르는 침투수의 흐름특성은 물의 점성에 의해 큰 영향을 받고, 물의 점성은 온도에 반비례한다. 특정 온도에서 계산된 투수계수는 온도15 CENTIGRADE 에 대해 환산해서 계산해야 한다.k _{15 CENTIGRADE } =k _{T} {mu _{T}} over {mu _{15 CENTIGRADE }}2) 흙 입자의 크기(입도분포)흙 속에서 물은 간극을 따라 이동함에 따라 투수계수는 간극의 크기와 배열상태와 관련이 있다. 흙 입자의 크기와 투수계수 간의 관계를 나타내는 경험식 및 관계는 아래와 같다.- Hazen 경험식k(cm/s)=cD _{10}^{2}(여기서, c=상수(1.0-1.5),D _{10}=유효입경)- Kozeny-Carman 방정식k= {1} over {C _{s} S _{s}^{2} T ^{2}} {gamma _{w}} over {eta } {e ^{3}} over {1+e}- Chapuis 경험식k(cm/s)=2.4622 LEFT [ D _{10}^{2} {e ^{3}} over {(1+e)} RIGHT ] ^{0.7825}(여기서,D _{10}=유효입경)- U.S. Department of Navy실내실험에 근거하여, U.S Department of Navy는 균등계수 2-12,D _{10}/D _{5}

공학/기술| 2023.09.26| 17페이지| 2,500원| 조회(187)

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2023 1학기 아주대학교 토질역학실험 흙의 최대최소건조단위중량 결과보고서 (a+ 자료)

토질역학실험흙의 최대 최소 건조단위중량 시험◆ 담 당 강 사 님◆ 담 당 조 교 님◆ 학 번 / 이 름◆ 제 출 일1. 실험목적사질 지반의 역학적 특성은 입자의 촘촘한 정도, 즉 상대밀도에 따라 달라지며, 이를 위해 지반이 나타낼 수 있는 가장 느슨한 상태와 촘촘한 상태를 재현할 수 있다. 이번 최대 최소 건조단위중량 시험을 통해 가장 느슨한 상태와 가장 촘촘한 상태의 건조 단위중량을 구하여 지반 상태의 상대밀도를 구하는 데에 적용한다.2. 실험이론(1) 조립토의 구조1) 단립구조- 크기가 다른 입자들이 구조골격을 이루지 않고 단순하게 쌓여있는 상태- 역학적 거동은 주로 입자의 형상과 접촉상태 및 마찰에 의해 결정됨- 입자 간 접촉면적이 매우 작기 때문에 마찰력만 작용한다고 가정할 수 있음- 입자의 형상과 배열상태, 입도분포, 상대밀도에 따라 강도와 압축특성이 결정됨2) 벌집구조- 흙 입자가 느슨하게 퇴적된 상태를 이야기하며, 입자크기보다 큰 공극이 형성됨- 미소한 외부 충격에도 구조골격이 흐트러지고 압축되기 쉽기 때문에 매우 불안정하며, 현장 건조단위중량이 매우 작기 때문에 확인하기 용이함- 실트 크기 입자가 바람 등에 운반되어 고요하게 퇴적된 흙에서도 벌집구조가 나타날 수 있음3) 접착구조- 지하수에 포함된 석회나 각종 염류가 흙의 간극을 통해 흐르면서 접촉부에 침전될 때 발생하는 구조골격- 전단강도가 매우 크며 투수계수가 매우 작음- 석회암지대에 퇴적된 모래나 자갈에서 쉽게 볼 수 있음(2) 세립토의 구조1) 이산구조- 대체로 담수에서 퇴적되어 형성된 세립지반에서 나타나는 구조- 서로 평행한 구조를 가지며, 물을 흡수하면 쉽게 팽창되는 특징이 있음2) 면모구조- 이온이 풍부한 바닷물에서 퇴적되는 세립토에서 나타나는 구조- 양전하를 띤 입자 끝과 음전하를 띤 다른 입자 면이 결합하여 입자들이 뭉쳐 있거나 접촉되어있지 않고 일정한 간격을 유지하며 생긴 구조 (비염기성 면모구조)- 물속에 염기가 있으면 입자 간 반발력이 감소되고 인력이 커져서 부분적으로 결합하구함, 이번 실험에서는 타격봉을 이용한 시험을 진행함- 타격봉 실험에서는 입경이 0.06mm보다 작은 세립토가 없어야하고, 0.06~0.2mm의 가는 모래는 50% 미만이어야함2) 최소 건조단위중량 : 몰드 내에 들어갈 수 있는 최소의 단위중량- 가장 촘촘한 상태의 시험 (최대건조단위중량시험)과 같은 내경의 몰드를 택함- 몰드에 시료를 채울 때 반드시 깔때기의 끝이 시료 가장 상단에 위치할 수 있도록 해야함. 이는 시료를 넣을 때 위치에너지에 의해 발생되는 낙하에너지를 최소화하기 위함임.- 이번 실험에서는 깔때기 채우기만 진행하며, 시험삽이나 손삽채우기 시험은 진행하지 않음3) 가장 촘촘한 상태와 가장 느슨한 상태의 간극률, 간극비, 상대밀도, 다짐성- 현장지반에서 가장 느슨한 상태와 가장 촘촘한 상태의 건조단위중량을 구하여 현 지반상태의 상대밀도를 구하는데 적용됨? 최대 건조단위중량의 간극률과 간극비간극률 :n _{min} =1- {gamma _{d`,max}} over {gamma _{s}} 간극비 :e _{min} = {gamma _{s}} over {gamma _{d`,max}} -1? 최소 건조단위중량의 간극률과 간극비간극률 :n _{max} =1- {gamma _{d`,min}} over {gamma _{s}} 간극비 :e _{max} = {gamma _{s}} over {gamma _{d`,min}} -1? 상대밀도상대밀도 :D _{r} = {e _{max} -e} over {e _{max} -e _{min}} TIMES 100= {gamma _{d,max}} over {gamma _{d}} {gamma _{d} - gamma _{d,min}} over {gamma _{d,max} - gamma _{d,min}} TIMES 100`(%)? 다짐성- 흙의 다짐성은 최대간극비, 최소간극비로 나타냄다짐성 :I _{f} = {e _{max} -e _{min}} over {e _{min}}3. 실험방법(1) 최대건조단위중량 시험1) 흙 시료와 몰드, 타격봉_{ d} = 106.4 ? 101.5 = 4.9 [gf]ⅱ.W_{ s}=W _{ d}-W _{ c} = 101.5 ? 40.9 = 60.6 [gf]ⅲ.W _{1} =W _{w} /W _{s} TIMES 100`=``4.9`/`60.6` TIMES `100 = 8.09 [%]- 실험 1 평균 함수비{3.19%+3.56%+8.09%} over {3} `=`4.95%- 실험 2 ? 상ⅰ.W_{ w}=W _{ t}-W _{ d} = 72.3 ? 70.9 = 1.4 [gf]ⅱ.W_{ s}=W _{ d}-W _{ c} = 70.9 ? 18.3 = 52.6 [gf]ⅲ.W _{1} =W _{w} /W _{s} TIMES 100`=``1.4`/`52.6` TIMES `100 = 2.66 [%]- 실험 2 ? 중ⅰ.W_{ w}=W _{ t}-W _{ d} = 83.3 ? 82.1 = 1.2 [gf]ⅱ.W_{ s}=W _{ d}-W _{ c} = 82.1 ? 20.4 = 61.7 [gf]ⅲ.W _{1} =W _{w} /W _{s} TIMES 100`=``1.2/`62.7` TIMES `100 = 1.94 [%]- 실험 2 - 하ⅰ.W_{ w}=W _{ t}-W _{ d} = 66.5 ? 64.4 = 2.1 [gf]ⅱ.W_{ s}=W _{ d}-W _{ c} = 64.4 ? 19.2 = 45.2 [gf]ⅲ.W _{1} =W _{w} /W _{s} TIMES 100`=``2.1`/`45.2` TIMES `100 = 4.65 [%]- 실험 2 평균 함수비{2.66%+1.94%+4.65%} over {3} `=`3.08%- 실험 3 ? 상ⅰ.W_{ w}=W _{ t}-W _{ d} = 71.8 ? 70.7 = 1.1 [gf]ⅱ.W_{ s}=W _{ d}-W _{ c} = 70.7 ? 19.1 = 51.6 [gf]ⅲ.W _{1} =W _{w} /W _{s} TIMES 100`=``1.1`/`51.6` TIMES `100 = 2.13 [%]- 실험 3 ? 중ⅰ.W_{ w}=W _{ t}-amma _{s}} over {gamma _{w}} (G = LSUB {s}2.52 : 비중 시험에서 나온 값 사용)-rho _{s} =G rho LSUB {s} _{w} =2.52 TIMES 1g/cm ^{3} =2.52g/cm ^{3} -gamma _{s} = rho _{s} TIMES g=2.52gf/cm ^{3}2) 간극률?n _{max} =1- {gamma _{d,min}} over {gamma _{s}} =1- {1.67gf/cm ^{3}} over {2.52gf/cm ^{3}} =0.3373 ?n _{min} =1- {gamma _{d,max}} over {gamma _{s}} =1- {1.89gf/cm ^{3}} over {2.52gf/cm ^{3}} =0.253) 간극비?e _{max} = {gamma _{s}} over {gamma _{d`,min}} -1= {2.52gf/cm ^{3}} over {1.67gf/cm ^{3}} -1=0.5090 ?e _{min} = {gamma _{s}} over {gamma _{d`,max}} -1= {2.52gf/cm ^{3}} over {1.89gf/cm ^{3}} -1=0.33334) 상대밀도-e= {e _{max} +e _{min`}} over {2} = {0.5089+0.3333} over {2} =0.4212D _{r} = {e _{max} -e} over {e _{max} -e _{min}} TIMES 100=` {0.5090-0.4212} over {0.5090-0.3333} TIMES 100=50%4) 다짐성I _{f} = {e _{max} -e _{min}} over {e _{min}} = {0.5090-0.3333} over {0.3333} =0.5269(3) 야장 첨부5. 결론 및 고찰본 실험을 통해 흙의 최소건조단위중량과 최대건조단위중량을 측정하였다. 최대건조단위중량 시험에서는 노건조기를 통해 획득한 함수비와 시료의 무게를 통해 건조시료의 무게를 얻어 최대건조단위중량을 구할 수 있었고시료의 밀착 정도가 불균일해져 시료 간의 간격 감소를 유도할 수 없게 된다. 또한 횟수가 정해져 있지 않고 타격 강도가 적절하지 않다면 몰드의 고정을 방해할 수 있고, 상기한 바와 같이 본래의 목적인 시료 간 간격 감소를 얻을 수가 없게 된다. 따라서 망치를 타격할 때 한 지점을 타격했다면 반대 지점을 타격하여 대칭되는 방향으로 몰드를 타격하거나, 몰드를 타격하였을 때 타격 강도에 따라 고정되는 정도가 변화하는지 등을 확인하여 시험 전 조정하는 단계가 필요하다.최소건조단위중량 시험에서도 마찬가지로 흙을 몰드 내에 쌓는 과정에서 실험자와 관련한 오차가 발생한다. 몰드 내에 흙을 부을 때 흙을 빠르게 붓거나 집중적인 부분에 붓는 것은 운동 에너지가 흙으로 전달되어 오차의 원인이 될 수 있다. 토양의 최소건조단위중량을 측정하는 목적은 토양 입자들 사이의 간극비를 최대화하고 최소한의 밀착 상태에서의 단위중량을 구하는 것이다. 흙을 빠른 속도로 붓거나 높은 위치에서 흙을 붓는다면 몰드 내에 쌓이는 흙 입자들의 운동 에너지가 증가하고 이 에너지가 흙 입자 내에 전달되어 내부 응력으로 작용해 간극비가 감소할 수 있다. 또한 흙을 집중적인 위치에 부으면 토양 입자들이 균일하게 배치되지 않고 일부 영역에 과도한 밀착이 발생하고 토양 시료의 자중에 의해 마찬가지로 균일하지 않은 내부 응력이 발생해 간극비가 낮아져 최소건조단위중량이 높게 측정될 수 있다. 따라서 시험 과정에서 토양을 부을 때는 몰드 내 쌓인 흙과 거의 밀접한 상태로 동일한 방향을 그리면서 흙에 운동 에너지가 가해지지 않도록 부어주어야한다.실제로 실험을 진행하면서 흙을 쌓는 시간을 오래 두어 시험을 진행했는데 실험자의 피로도로 인해 흙을 쌓는 과정 중 교체를 하였다. 이때 상기한 바와 같이 실험자와 관련한 오차가 발생하였을 것이다. 또한 흙을 가장자리부터 부어나갔는데 중간중간 중심부에 흙이 비어있어 부어주었다. 이때도 마찬가지로 토양 시료에 상대적으로 높은 에너지가 주기적으로 가해졌을 것이다. 그리고 최대건조단위중

공학/기술| 2023.09.26| 22페이지| 2,500원| 조회(321)

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2023 1학기 아주대학교 토질역학실험 흙의 입도분포 시험 결과보고서 (a+ 자료)

토질역학실험흙의 입도분포 시험◆ 담 당 강 사 님◆ 담 당 조 교 님◆ 학 번 / 이 름◆ 제 출 일1. 실험 목적흙(지반)은 기준에 따라 다양하게 분류된다. 형상, 구성성분, 소성성, 크기 등에 따라 분류할 수 있고, 공학적으로 쉽게 판별하기 위해 공학적 분류법이 활용되고 있다. 그 중, 흙의 입도분포는 흙의 공학적 성질을 결정짓는 중요한 인자이다. 이번 실험을 통하여 조립토는 체분석을 통하여, 세립토는 비중계 분석을 통하여 분류하고 입도분포곡선을 직접 그려볼 수 있다. 또한 공학적분류법(USCS)를 통하여 시료를 최종적으로 판별하고 공학적 성질을 이해할 수 있다.2. 실험이론(1) 흙의 분류 및 표시1) 입자의 형상에 따른 분류입자의 형상은 크게 세 부류로 분류할 수 있다.- 입상형 입자(bulky particle)입상형 입자의 대부분은 암석과 광물의 기계적인 풍화작용에 의해 형성된다. 입상형 입자 중에서도 모난, 약간 모난, 둥근, 약간 둥근 형상으로 구분된다. 이 구분을 위하여 모난 정도(angularity)와 둥근 정도(sphericity)를 척도로 사용하는데, 모난 정도 A를 다음과 같이 정의한다.A= {모퉁이와`가장`자리의`평균`반지름} over {입자형상에`내접하는`최대`반지름}둥근정도는 다음과 같이 정의한다.S= {D _{e}} over {L _{p}}(여기서,D _{e}는 입자의 등가지름=root {3} of {{6V} over {pi }},V=입자의 부피,L _{p}=입자의 길이이다.)- 판형(flaky particle)판형 입자는 둥근 정도가 매우 낮다. 보통 0.01 또는 이보다 작다. 점토광물이 주를 이룬다.- 바늘형(needle-shaped particle)바늘형 입자는 다른 두 입자의 형상처럼 흔하지는 않다. 예로는 산호층과 애터펄자이트 점토가 있다.2) 구성성분에 따른 분류동식물의 잔해가 아직 완전히 부패되지 않고 미생물의 분해작업이 이뤄지고 있는 상태의 흙을 유기질 흙이라고 한다. 유기질 함량비는 유기질의 무게와 흙 입자 무게의 중량비로 나타내며 유기질 함량비가 사질토에서 3% 이상, 점성토에서 5% 이상이면 유기질 흙이라고 한다. 석회 성분이 많이 포함된 흙은 점성이 매우 크고, 함수비에 따라 공학적 특성이 달라지 게 된다. 또한, 지하수의 흐름에 따라 씽크홀이 발생할 수 있다. 석회 성분과 건조 흙 전체의 중량비를 석회함유율이라고 말한다.3) 소성성에 따른 분류함수비에 따라 흙의 거동을 네 가지 기본 상태인 고체, 반고체, 소성, 액체로 나눌 수 있다. 고체 상태와 반고체 상태의 경계점에서의 함수비를 수축한계, 반고체와 소성 상태의 경계점에서의 함수비를 소성한계, 소성과 액체 사이는 액성한계라고 부르며, 이 한계들을 모두 애터버그한계(Atterberg limit)라고 칭한다.4) 입자의 크기에 따른 분류흙은 입자 크기에 따라서 자갈, 모래, 실트, 점토, 콜로이드로 구분하며, 그 경계가 되는 입자크기는 국가별로 기준이 다르다. 대체적으로 0.074 mm보다 큰 흙 입자를 조립토라고 하고, 0.074 mm보다 작은 흙 입자를 세립토라고 한다.- 조립토흙 입자 간 배열 상태나 입자들의 접촉상태, 상대밀도 등에 의해 거동이 달라지게 되며, 압축성이 작고 불포화 상태에서 겉보기 점착력이 있다.- 세립토입자의 상태 및 배열보다는 입자간 간격에 따른 전기적 결합력에 의해 거동이 바뀌게 되며, 흙의 함수비에 따라 거동이 결정된다.한국, 미국, 일본 등 국가별, 기관별 기준에 따라 분류해놓은 표는 아래와 같다.- 입도분포곡선지반공학에서 가로축을 입자의 크기로 하고 세로축을 통과백분율로 하여 흙의 입도 분포를 나타낸 곡선- 입경가적곡선가로축을 입자 크기로 하고 세로축은 누적통과량을 나타낸 곡선, 흙의 공학적 특성을 파악하기에 유리하며, 일반적으로 입도분포곡선은 곧 입경가적곡선을 이야기하는 경우가 많다.- A선: 특정 크기의 입자가 매우 많은 상태- B선: 특정 크기의 입자가 결여된 상태- C선: 입도분포가 양호한 상태 (다양한 크기의 입자가 골고루 분포되어 있는 상태)입도분포곡선은 주어진 흙 시료에 대한 다음 3개의 변수를 결정하는데 사용된다. 이 변수들을 이용하여 흙의 입도분포의 양호 및 불량 여부를 확인할 수 있다.- 유효경(effective size,D _{10})입도분포곡선에서 흙 시료의 통과백분율 10%에 해당하는 흙 입자 크기이다. 사질토의 유효경은 투수계수와 흙을 통과하는 배수 능력을 산정하는 데 유용하게 쓰인다.- 균등계수(uniformity coefficient,C _{u})C _{u} = {D _{60}} over {D _{10}}(여기서,D _{60}은 통과백분율 60%에 해당하는 흙의 크기이다.)- 곡률계수(coefficient of gradation,C _{c})C _{c} = {D ^{2} _{30}} over {D _{60} TIMES D _{10}}(여기서,D _{30}은 통과백분율 30%에 해당하는 흙의 크기이다.)균등계수(C _{u})가 6 미만이면 입자크기가 균등하여 공학적으로 불리한 지반, 6 초과이면 입도분포가 양호하여 공학적으로 유리한 지반으로 판단하며, 곡률계수(C _{c})가1

공학/기술| 2023.09.26| 25페이지| 2,500원| 조회(216)

실험보고서, 결과보고서, 아주대학교, 아주대, 토질역학, 토질역학실험, 입도분포곡선, 입경가적곡선

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2023 1학기 아주대학교 토질역학실험 흙의 비중 결과보고서 (a+ 자료)

토질역학실험흙의 비중 시험◆ 담 당 강 사 님◆ 담 당 조 교 님◆ 학 번 / 이 름◆ 제 출 일1. 실험 목적흙 입자의 비중은 흙 입자의 중량을, 같은 체적의 물의 무게를 나눈 값으로 정의된다. 흙 입자의 비중은 흙의 기본적인 성질인 간극비와 포화도를 구하는 데 필요할 뿐만 아니라, 흙의 구성광물이나 견고한 정도를 구하는데 이용되는 중요한 지표이다. 이번 실험을 통하여, 임의의 온도에서의 흙 입자의 비중을, 실험과 계산을 통해 직접 구해보고 개념을 이해할 수 있다.2. 실험이론(1) 흙의 분류토양은 입자 크기, 모양, 분포에 따라 다양한 분류 기준이 있으며, 이를 바탕으로 토양의 역학적 성질을 이해할 수 있다. 일반적으로, 토양은 다음과 같이 분류된다.1. 석조 (boulders): 입자 지름이 200mm 이상인 토양2. 조암 (cobbles): 입자 지름이 60mm ~ 200mm인 토양3. 굵은 자갈 (coarse gravel): 입자 지름이 20mm ~ 60mm인 토양4. 가는 자갈 (fine gravel): 입자 지름이 2mm ~ 20mm인 토양5. 모래 (sand): 입자 지름이 0.06mm ~ 2mm인 토양6. 실트 (silt): 입자 지름이 0.002mm ~ 0.06mm인 토양7. 점토 (clay): 입자 지름이 0.002mm 이하인 토양(2) 흙의 기본 물성1) 개요흙의 기본 상태를 나타내는 물리적 성질인 흙의 기본 물성은 흙 입자와 물 및 공기 상태를 나타내는 지표이다. 흙의 구성 상태는 부피 및 무게를 기준으로 간극비, 간극률, 포화도, 비중 등으로 나타내고 이는 현장지반상태를 나타낼 수 있는 기본적인 물리적 성질이다.2) 흙의 구성상태- 부피기준: 간극비(e), 간극률(n), 포화도(S)- 무게기준: 함수비(w)- 부피 및 무게: 밀도(rho ), 단위중량(gamma ), 비중(G _{s})3) 무게-부피 관계식3.1) 흙의 전체 부피V=V _{s} +V _{v} =V _{s} +V _{w} +V _{a}(V _{s} =흙`입자의``부피,` 하며, 흙에서 입자 무게에 대한 물 무게의 비로 정의한다.w= {W _{w}} over {W _{s}}- 단위중량(gamma ): 단위 부피당 흙의 무게이다.gamma = {W} over {V}- 습윤단위중량(gamma ): 흙 입자의 무게, 함수비 및 전체 부피로 표현한 단위중량을 습윤단위중량이라고 칭한다.gamma = {W} over {V} = {W _{s} (1+w)} over {V}- 건조단위중량(gamma _{d}): 물을 제외한 흙의 단위중량이다.gamma _{d} = {W _{s}} over {V}4) 비중(G _{s})4.1) 정의비중은 물의 단위중량에 대한 주어진 재료의 단위중량의 비로 정의된다.4.2) 흙 입자의 비중흙 입자의 비중은 흙 입자의 평균 비중을 의미하며, 흙 입자의 무게와 흙입자와 같은 부피의 물(증류수)의 무게를 나눈 값이다. 온도에 따라 비중의 값이 변하며, 보정계수 K 또한 달라진다. 이에 대한 기준은 한국산업규격 KSF2308에서 규정하고 있다.- 임의의 온도T _{s}에서 흙 입자의 비중G _{s}-G _{s,Ts} = {W _{s}} over {W _{s} +(W _{pw} -W _{pws} )}여기서,W _{p} =`피크노미터`무게[g]#W _{pw} =`피크노미터+증류수`무게[g]#W _{s} =`노건조시료`무게[g]#W _{pws} =`(피크노미터+증류수+시료)`무게[g]#T _{s=} W _{pws} `측정온도`[ CENTIGRADE ]- 보정계수 적용 공식(15 CENTIGRADE 기준)G _{s,`15} =K TIMES G _{s,Ts}- 온도에 따른 물의 비중과15 CENTIGRADE 에 대한 보정계수 K5) 포화도 및 간극곡선1) 흙의 기본적인 성질인 간극비e, 포화도S_{ r}를 계산e= {G _{s} gamma _{w}} over {gamma _{d}} -1S= {G _{s} w} over {e} 〔%〕2) 흙의 다짐정도를 알기 위해 그리고 일정포화도곡선, 영공기 간극곡선, 계산한 공기간극의 일정곡선미터 내부의 물을 가득 채운 후, 흙 시료와 물이 담긴 피크노미터의 무게W _{pws}를 측정한다.4. 실험결과피크노미터 무게 - 시험1피크노미터 무게 - 시험2피크노미터 무게 - 시험3(피크노미터 + 물) 무게 - 시험1(피크노미터 + 물) 무게 - 시험2(피크노미터 + 물) 무게 - 시험3(피크노미터 + 물+시료) 무게 - 시험1(피크노미터 + 물+시료) 무게 - 시험2(피크노미터 + 물+시료) 무게 - 시험31) 노건조시료 무게W _{s} 구하기① W _{s} =W _{cs} ``-``W _{c} `=`53.711-33.698`=`20.013```(W _{s} `:`노건조시료`무게(gf),`W _{cs} `:`(용기`+`노건조시료)무게(gf),`W _{c} `:`용기무게(gf)`)② W _{s} =W _{cs} ``-``W _{c} `=`50.413-30.370`=`20.043(W _{s} `:`노건조시료`무게(gf),`W _{cs} `:`(용기`+`노건조시료)무게(gf),`W _{c} `:`용기무게(gf)`)③ W _{s} =W _{cs} ``-``W _{c} `=`53.461-33.433`=`20.028(W _{s} `:`노건조시료`무게(gf),`W _{cs} `:`(용기`+`노건조시료)무게(gf),`W _{c} `:`용기무게(gf)`)2) 흙의 비중G _{s,T} 구하기① G _{s`} `=` {W _{s} `} over {W _{pw} +`W _{s} `-`W _{pws}} `=` {20.013} over {82.374`+`20.013`-`93.965} `=`2.3763```(G _{s} :`흙의`비중,`W _{s} `:`노건조시료`무게(gf),`W _{pw} `:`(비중병+물)무게(gf),`W _{pws} `:`(비중병+물+시료`)무게(gf)`)② G _{s`} `=` {W _{s} `} over {W _{pw} +`W _{s} `-`W _{pws}} `=` {20.043} over {80.633`+`20.043`-`92.733} `=`2.523 {3} `=`2.47345. 결론 및 고찰본 실험은 흙의 기본물성인 흙의 비중을 실험적으로 알아내고, 나아가 간극비(void ratio), 간극률(porosity), 포화도(degree of saturation)와 같은 지반의 기초적인 공학적 성질을 이해하기 위한 실험이다.본 실험에서 흙 입자의 비중을 측정한 결과, 일반적인 흙 입자의 비중G _{s}=2.6 보다 작은G _{s}=2.4734가 측정되었다. 이처럼 이론값과 실험값의 차이가 발생한 이유는 총 네 가지로 나눌 수 있다.첫째로, 실험에서 사용한 사질토(모래) 및 피크노미터의 건조상태의 차이로 인해 오차가 발생한 것으로 추정된다. 실험에서 사용된 노건조시료는, 실험 준비 및 진행 과정에서 공기 중에 노출되어 건조단위중량(gamma _{d})이 약간 증가한 것으로 파악된다.건조단위중량gamma _{d} = {W _{s}} over {V} = {G _{s} gamma _{w}} over {1+e}물론, 대기 중에서 존재하는 습기가 흙 입자 사이에 침투하여, 실험값에 지대한 영향을 주지 않는다. 다만, 실험에 사용된 사질토 20.0g을 완전 노건조시료로 사용하기 위해서는, 실험 전에 12시간 이상 장시간 동안 건조로로 완전 건조시켜야 한다. 이는 피크노미터 실험기기도 마찬가지로 적용되며, 높은 온도에서 장시간을 건조하지 않더라도, 충분히 습기가 제거된 상태에서 측정을 하지 않으면 흙의 비중은 낮게 측정된다. 본 실험에서는 실험자가 직접 건조로를 통해 건조한 샘플 흙 입자가 아니였기 때문에, 실제 실험에 사용된 흙 입자의 건조단위중량은 컸을 것으로 예상된다. 또한, 흙의 함수비 실험을 우선적으로 진행함에 따라, 준비되었던 사질토는 실온중에 30분 이상 노출되어 마찬가지로 습기가 흙 입자 내부로 침투하여 실험의 오차를 유발한 것으로 파악된다.둘째로, 흙 입자의 비중은 일정한 온도에서 동일한 부피의 물에 무게에 대한 흙의 무게로 정의되는데, 피크노미터에 삽입한 흙의 간극의 부피, 즉 간극비에 따라 흙 입자의 비중G _{s,`T _{s}} = {W _{s}} over {W _{s} +(W _{pw} -W _{pws} )} 여기서,- 간극비e= {V _{v}} over {V _{s}} - 간극률n= {V _{v}} over {V} - 포화도S _{} = {G _{s} BULLET w} over {e} (%)셋째로, 흙 샘플의 이질성으로 인한 실험 오차가 발생한 것으로 추정된다. 흙 샘플의 이질성은 크게 두 가지 요인에 의해 발생할 수 있다. 첫째는, 흙 샘플의 유기물 함량 차이에 의한 물리적, 화학적 특성 변화가 흙의 비중 차이를 가져올 수 있다. 유기물의 비중은 일반적으로 다른 흙 성분의 비중보다 낮아(G=1.1~2.0), 유기물 함량이 높은 흙의 비중은 낮아질 수 있다. 또한 유기물은 토양의 구조와 특성에 영향을 주며, 이는 물리적, 화학적, 생물학적 특성에 변화를 가져오기 때문에, 흙 샘플의 성분이 균일하지 않다면, 흙의 구성 요소와 비율에 따라 일반적인 흙 입자의 비중G _{s}=2.6과는 다르게 나타날 수 있다.유기질흙의 유기물 함량C _{0}의 계산C _{0} = {G _{0} (G _{s} -G _{p} )} over {G _{p} (G _{s} -G _{0} )} TIMES 100`(%)여기서,`G _{0} :`유기질의`비중#```````````````````````````G _{s} `:`유기질`흙`중`광물의`비중#```````````````````````````G _{p} `:`유기질흙의`비중둘째로, 흙 샘플의 입자 크기의 불균일성에 의한 오차가 발생할 수 있다. 입자 크기가 다른 흙 성분들이 섞여 있는 경우, 비중 측정 결과가 실제 토양의 평균 비중과 다를 수 있다. 흙 샘플의 구성 성분에 따라 비중이 다양하게 나타날 수 있기 때문에, 실험에 사용된 사질토의 입자 크기가 불균일하거나 구성이 균일하지 않은 경우, 흙의 비중이 낮게 나올 수 있다. 실험에 사용된 사질토의 경우, 모래로 이루어진 흙 입자이므로 입자의 크기는 0.075mm 이상이다. 따라서3

공학/기술| 2023.09.26| 13페이지| 2,500원| 조회(421)

비중, 실험보고서, 결과보고서, 아주대학교, 아주대, 토질역학, 토질역학실험

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2022 유체역학실험 오리피스 실험 (아주대 a+ 만점자료)

유체역학 실험(결과보고서)실험 3. 오리피스 실험보고서 작성 윤리서약나는 정성을 다하고 제출기한을 엄수하여 스스로 명예로운 보고서를 작성한다.◆ 담당 교수님 :◆ 담당 조교님 :◆ 학 과 :◆ 제 출 일 자 :◆ 학 번/이 름 :1. 실험 목적오리피스에서 나오는 물의 유량과 물의 높이, 그리고 오리피스의 면적 등을 활용하여 유량계수를 구하고 산정된 유량계수로 이론적인 유량을 계산한다. 그 후에 실제 유량과 이론값을 비교 분석하기 위해 위의 실험을 한다. 최종적으로 위의 실험을 통해 ‘유체역학’ 관련 학문의 이해도를 높일 수 있다고 생각하기에 위의 실험을 한다.2. 관련 이론 연속방정식흐르는 유체에 질량보존의 법칙을 적용하여 수식으로 표현한 것이 연속 방정식(Continuity Equation)이다. 물리적으로는 어떠한 계(System)를 통하여 흘러 들어온 유입질량과 흘러나간 유출질량은 같다는 의미로 단위시간에 흘러 들어오는 질량으로부터 흘러 나가는 질량을 제거하면 0이 된다는 것을 나타낸다.Q=A```*`V(Q=유량(m ^{3} /s),`A=횡단면적(m ^{2} ),`V=평균유속(m/s)) 오리피스(orifice) + 토리첼리(Torricelli)의 정리그림3-8과 같이 물이 담겨 있는 큰 수조(tank)에서 수면으로부터 길이가 z인 곳의 탱크 벽면에 작은 구멍이 뚫려서 물이 분출되고 있다. 이와 같이 액체가 분출하는 원형 출구를 오리피스라고 한다.오리피스는 큰 오리피스와 작은 오리피스로 분류할 수 있다. 오리피스의 직경이 오리피스 중심과 수심까지의 거리에 비해 작고, 단면 내의 유속이 일정한 오리피스를 작은 오리피스(small orifice)라 하며, 오리피스의 직경이 오리피스의 중심과 수심의 길이의{1} over {5} 이상일 경우 큰 오리피스(large orifice)로 정의할 수 있다. 또한 오리피스의 입구 또는 출구는 날카롭게 가하여 사용하는데 그 이유는 유체와의 접촉면적으로 최소화하여 마찰손실을 줄이기 위한 것이다.유체의 자유표면 1과 출구 단면2m{} `=P _{1} A _{1} l _{1} + {1} over {2} rho A _{1} l _{1} v _{1} ^{2} + rho A _{1} l _{1} gz _{1}E _{2} =PAl+ {1} over {2} mv ^{2} +mgh#phantom{} phantom{} `=P _{2} A _{2} l _{2} + {1} over {2} rho A _{1} l _{1} v _{2} ^{2} + rho A _{2} l _{2} gz _{2}그런데E _{1} =E _{2}에서 연속방정식에 의한A _{1} v _{1} =A _{2} v _{2}이므로 두 지점에서의 유량은 같게 된다는 원리와 마찬가지로A _{1} l _{1} =A _{2} l _{2}(유량)가 되므로 양변을rho A _{1} l _{1} 또는rho A _{2} l _{2}로 나누어 정리하면 다음과 같이 전개된다.THEREFORE {P _{1}} over {rho } + {1} over {2} v _{2} ^{1} +gz _{1} =` {P _{2}} over {rho } + {1} over {2} v _{2} ^{2} +gz _{2}여기에서 각 항을g로 나누어 정리하면 베르누이 방정식이 얻어진다.THEREFORE phantom{} ``` {P} over {gamma } `+` {v ^{2}} over {2g} `+`z`=`Constant2) 1차원 오일러 운동방정식을 적분시키는 방법1차원 오일러 운동방정식을 적분형으로 나타내면 매우 중요하고 응용 범위가 넓은 다음의 식이 얻어진다.THEREFORE ` int _{} ^{} {{dP} over {rho } `+` int _{} ^{} {v``dv} `+` int _{} ^{} {g``dz=E```(일정)}}THEREFORE ` {P} over {rho } `+` {1} over {2} v ^{2} +`gz`=`E각 항을 g로 나누어 정리하면 첫 번째 방법(전 에너지를 이용하는 방법)에서 얻은 식과 동일한 베르누이 방정식을 얻는다.THEREFO m ^{3} /s3.C(유량계수)= {2A} over {ta sqrt {2g}} ( sqrt {H _{1}} `- sqrt {H _{2}} )={2 TIMES 334.89} over {5 TIMES 0.283 TIMES sqrt {2 TIMES 9.81}} ( sqrt {0.2} - sqrt {0.193} )=0.8438Q(실제유량)={270 TIMES 10 ^{-6} m ^{3}} over {5s} =54 TIMES 10 ^{-6} m ^{3} /s4.C(유량계수)= {2A} over {ta sqrt {2g}} ( sqrt {H _{1}} `- sqrt {H _{2}} )={2 TIMES 334.89} over {5 TIMES 0.283 TIMES sqrt {2 TIMES 9.81}} ( sqrt {0.15} - sqrt {0.144} )=0.8362Q(실제유량)={230 TIMES 10 ^{-6} m ^{3}} over {5s} =46 TIMES 10 ^{-6} m ^{3} /sNo.H _{1}(cm)측정시간 t(sec)유량계수C이론유량 Q(m ^{3} /sec)13050.78575.394 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec22550.86195.402 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec32050.84384.730 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec41550.83624.060 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec*(실험 계산 과정)1.Q(이론유량)=Ca sqrt {2gH _{1}} =0.7857 TIMES 2.83 TIMES 10 ^{-5} TIMES sqrt {2 TIMES 9.81 TIMES 0.3} =5.394 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec2.Q(이론유량)=Ca sqrt {2gH _{1}} =0.8619 TIMES 2.83 TIMES 10 ^{-5} TIMES sqrt {2 TIMES 9.81 TIMES 0.25} =5.402 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec3.Q(이론유9} over {5 TIMES 11.3 TIMES 10 ^{-5} TIMES sqrt {2 TIMES 9.81}} ( sqrt {0.15} - sqrt {0.132} )=0.6418Q(실제유량)={740 TIMES 10 ^{-6} m ^{3}} over {5s} =148 TIMES 10 ^{-6} m ^{3} /sNo.H _{1}(cm)측정시간 t(sec)유량계수C이론유량 Q(m ^{3} /sec)13050.649617.81 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec22550.546413.67 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec32050.551312.34 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec41550.641812.44 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /seck(실험 계산 과정)1.Q(이론유량)=Ca sqrt {2gH _{1}} =0.6496 TIMES 11.3 TIMES 10 ^{-5} TIMES sqrt {2 TIMES 9.81 TIMES 0.3} =17.81 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec2.Q(이론유량)=Ca sqrt {2gH _{1}} =0.5464 TIMES 11.3 TIMES 10 ^{-5} TIMES sqrt {2 TIMES 9.81 TIMES 0.25} =13.67 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec3.Q(이론유량)=Ca sqrt {2gH _{1}} =0.5513 TIMES 11.3 TIMES 10 ^{-5} TIMES sqrt {2 TIMES 9.81 TIMES 0.2} =12.34 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec4.Q(이론유량)=Ca sqrt {2gH _{1}} =64.18 TIMES 11.3 TIMES 10 ^{-5} TIMES sqrt {2 TIMES 9.81 TIMES 0.15} =12.44 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec실제유량 Q(m ^{3} /sec)이론유량 Q(m ^{3} /sec)오차(%)1194 TIMES 10 ^{-6} m ^{3050.679230.54 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec41550.741228.86 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec￢(실험 계산 과정)1.Q(이론유량)=Ca sqrt {2gH _{1}} =0.8113 TIMES 22.7 TIMES 10 ^{-5} TIMES sqrt {2 TIMES 9.81 TIMES 0.3} =44.68 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec2.Q(이론유량)=Ca sqrt {2gH _{1}} =0.7613 TIMES 22.7 TIMES 10 ^{-5} TIMES sqrt {2 TIMES 9.81 TIMES 0.25} =38.37 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec3.Q(이론유량)=Ca sqrt {2gH _{1}} =0.6792 TIMES 22.7 TIMES 10 ^{-5} TIMES sqrt {2 TIMES 9.81 TIMES 0.2} =30.54 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec4.Q(이론유량)=Ca sqrt {2gH _{1}} =0.7412 TIMES 22.7 TIMES 10 ^{-5} TIMES sqrt {2 TIMES 9.81 TIMES 0.15} =28.86 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec실제유량 Q(cm ^{3} /sec)이론유량 Q(cm ^{3} /sec)오차(%)1420 TIMES 10 ^{-6} m ^{3} /s44.68 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec-5.99802%2360 TIMES 10 ^{-6} m ^{3} /s38.37 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec-6.16632%3320 TIMES 10 ^{-6} m ^{3} /s30.54 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec4.775939%4280 TIMES 10 ^{-6} m ^{3} /s28.86 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /sec -2.9947%¹1. 오차={420 TIMES 10 ^{-6} -44.68 TIMES 10 ^{-5}} ov다.

공학/기술| 2022.06.29| 21페이지| 3,000원| 조회(247)

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