다양한 직경과 길이, 암종, 그리고 유효공극률을 가지는 8종의 암석시험편에 대하여 반복적으로 고체밀도와 유효공극률을 산출하고 그에 따른 반복성 및 재현성을 검토하였다. 또한 대기의 기온변화가 유효공극률의 산출에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 8종의 암석시험편에 대하여, 진공압력은 사용한 시스템의 최대진공인 1 torr로, 진공시간은 ISRM 표준시험법의 규약을 만족하는 80분으로 하여 유효공극률을 7번씩 산출하였다. 즉, 참조를 위해 각각의 시험편에 대해 1회, 반복성 검토를 위하여 모든 실험 조건을 같이한 상태에서 각 3회씩, 그리고 재현성의 검토를 위하여 동시에 수침진공하는 시험편의 숫자를 2, 4, 8개로 달리하여 3회 등 총 7번씩의 유효공극률을 산출하고 비교 검토하였다. 고체밀도의 경우 8개 암석시험편의 평균편차가 0.00 $g/cm^3$으로 나타나서 완벽한 반복성과 재현성을 보였다. 유효공극률의 경우는 모든 실험 조건을 동일하게 한 반복성 실험에서는 평균편차가 0.07% 이하, 실험 조건 중에 수침진공 하는 시험편의 숫자를 달리한 재현성 실험에서는 0.05% 이하로 모두 양호한 값을 나타내었다. 재현성 실험에 의해 측정된 유효공극률이 대부분 반복성 실험에서 측정되는 편차범위 내에서 측정되어 양호한 재현성을 보였다. 따라서, 암석시험편의 개수를 2, 4, 8개로 달리하며 수침진공 한 재현성 실험에서는 표준시험법에 따라서 1 torr 정도의 고진공을 사용하는 경우에는 여러 개의 시료를 동시에 수침진공하여도 산출되는 유효공극률에는 영향을 미치지는 않는다. 온도, 습도, 현지기압 등 기상자료와 시험편의 물속무게를 비교하고 대기 온도가 물의 온도, 밀도 및 부력에 영향을 주어 결국 시험편의 물속무게를 잘못 평가할 수 있음을 보였다. 따라서 시험편의 유효공극률을 정교하게 산출하기 위해서는 시험편의 물속무게를 측정할 때 물의 온도를 실험조건에 포함시키거나 다른 물리량과 함께 측정하여 물의 밀도 변화에 따른 물속무게 변화를 보정하여야 더 정밀한 유효공극률을 산출이 가능할 것이다.
다양한 직경과 길이, 암종, 그리고 유효공극률을 가지는 8종의 암석시험편에 대하여 반복적으로 고체밀도와 유효공극률을 산출하고 그에 따른 반복성 및 재현성을 검토하였다. 또한 대기의 기온변화가 유효공극률의 산출에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 8종의 암석시험편에 대하여, 진공압력은 사용한 시스템의 최대진공인 1 torr로, 진공시간은 ISRM 표준시험법의 규약을 만족하는 80분으로 하여 유효공극률을 7번씩 산출하였다. 즉, 참조를 위해 각각의 시험편에 대해 1회, 반복성 검토를 위하여 모든 실험 조건을 같이한 상태에서 각 3회씩, 그리고 재현성의 검토를 위하여 동시에 수침진공하는 시험편의 숫자를 2, 4, 8개로 달리하여 3회 등 총 7번씩의 유효공극률을 산출하고 비교 검토하였다. 고체밀도의 경우 8개 암석시험편의 평균편차가 0.00 $g/cm^3$으로 나타나서 완벽한 반복성과 재현성을 보였다. 유효공극률의 경우는 모든 실험 조건을 동일하게 한 반복성 실험에서는 평균편차가 0.07% 이하, 실험 조건 중에 수침진공 하는 시험편의 숫자를 달리한 재현성 실험에서는 0.05% 이하로 모두 양호한 값을 나타내었다. 재현성 실험에 의해 측정된 유효공극률이 대부분 반복성 실험에서 측정되는 편차범위 내에서 측정되어 양호한 재현성을 보였다. 따라서, 암석시험편의 개수를 2, 4, 8개로 달리하며 수침진공 한 재현성 실험에서는 표준시험법에 따라서 1 torr 정도의 고진공을 사용하는 경우에는 여러 개의 시료를 동시에 수침진공하여도 산출되는 유효공극률에는 영향을 미치지는 않는다. 온도, 습도, 현지기압 등 기상자료와 시험편의 물속무게를 비교하고 대기 온도가 물의 온도, 밀도 및 부력에 영향을 주어 결국 시험편의 물속무게를 잘못 평가할 수 있음을 보였다. 따라서 시험편의 유효공극률을 정교하게 산출하기 위해서는 시험편의 물속무게를 측정할 때 물의 온도를 실험조건에 포함시키거나 다른 물리량과 함께 측정하여 물의 밀도 변화에 따른 물속무게 변화를 보정하여야 더 정밀한 유효공극률을 산출이 가능할 것이다.
Repeatability and reproducibility in solid weight and effective porosity measurements have been discussed using 8 core samples with different diameters, lengths, rock types, and effective porosities. Further, the effect of temperature on the effective porosity measurement has been discussed as well....
Repeatability and reproducibility in solid weight and effective porosity measurements have been discussed using 8 core samples with different diameters, lengths, rock types, and effective porosities. Further, the effect of temperature on the effective porosity measurement has been discussed as well. Effective porosity of each sample has been measured 7 times with vacuum saturation method with vacuum pressure of 1 torr and vacuum time of 80 minutes. Firstly, effective porosity of each sample is measured one by one, so that it can provide a reference value. Then for reproducibility check, effective porosity measurements with vacuum saturation of 2, 4, and 8 samples simultaneously have been performed. And finally, repeated measurements for 3 times for each sample are made for repeatability check. Average deviation from the reference set in solid weight showed 0.00 $g/cm^3$, which means perfect repeatability and reproducibility. For effective porosity, average deviations are less than 0.07% and 0.05% in repeatability and reproducibility test sets, respectively, which are in good agreement too. Most of porosities measured in reproducibility test lies within the deviation range in repeatability test sets. Thus, simultaneous vacuum saturation of several samples has little impact on the effective porosity measurement when high vacuum pressure of 1 torr is used. Air temperature can cause errors on submerged weight read and even effective porosity, because it is closely related to the temperature, density, and buoyancy of water. Consequently, for accurate measurement of effective porosity in a laboratory, efforts for maintaining air or water temperature constant during the experiment, or a temperature correction from other information are needed.
Repeatability and reproducibility in solid weight and effective porosity measurements have been discussed using 8 core samples with different diameters, lengths, rock types, and effective porosities. Further, the effect of temperature on the effective porosity measurement has been discussed as well. Effective porosity of each sample has been measured 7 times with vacuum saturation method with vacuum pressure of 1 torr and vacuum time of 80 minutes. Firstly, effective porosity of each sample is measured one by one, so that it can provide a reference value. Then for reproducibility check, effective porosity measurements with vacuum saturation of 2, 4, and 8 samples simultaneously have been performed. And finally, repeated measurements for 3 times for each sample are made for repeatability check. Average deviation from the reference set in solid weight showed 0.00 $g/cm^3$, which means perfect repeatability and reproducibility. For effective porosity, average deviations are less than 0.07% and 0.05% in repeatability and reproducibility test sets, respectively, which are in good agreement too. Most of porosities measured in reproducibility test lies within the deviation range in repeatability test sets. Thus, simultaneous vacuum saturation of several samples has little impact on the effective porosity measurement when high vacuum pressure of 1 torr is used. Air temperature can cause errors on submerged weight read and even effective porosity, because it is closely related to the temperature, density, and buoyancy of water. Consequently, for accurate measurement of effective porosity in a laboratory, efforts for maintaining air or water temperature constant during the experiment, or a temperature correction from other information are needed.
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문제 정의
이 연구에서는 지금까지의 연구결과를 바탕으로 오차유발요인에 대한 고려가 이루어진 상태에서, 우리나라에서 산출되는 8개 암석시험편에 대해서 고체밀도와 진공 포화법을 이용한 유효공극률 측정의 반복성과 재현성을 검토하고자 하였다. 또한, 상기 오차 유발요인 중 온도에 의한 오차요인에 대해 검토하였다.
이 연구에서는 지금까지의 연구결과를 바탕으로 오차유발요인에 대한 고려가 이루어진 상태에서, 우리나라에서 산출되는 8개 암석시험편에 대해서 고체밀도와 진공 포화법을 이용한 유효공극률 측정의 반복성과 재현성을 검토하고자 하였다. 또한, 상기 오차 유발요인 중 온도에 의한 오차요인에 대해 검토하였다.
Table 1에 설명된 8개의 암석시험편에 대하여 동일한 조건에서 유효공극률을 3회 연속 측정하고(SET3) 일치 정도인 반복성을 검토하였다. 실제 실험에서는 재현성 관련 실험을 먼저, 반복성 관련 실험을 나중에 수행 하였으나(Table 2) 여기서는 반복성 검토 결과부터 기술하고자 한다.
6 참조) 변화하고 있어서, 일반적으로 예상할 수 있는 “여러 시험편을 함께 수침진공 하면 한번에 한 개씩 수침진공 할 때보다 유효공극률이 감소할 것이다”라는 명제는 적어도 고진공(1 torr)으로 수침진공 하는 한 성립하지 않는 것으로 판단된다. 그러므로 향후 유효공극률을산출하는 실험에서는 신속한 진행을 위하여 복수의 시험편을 한꺼번에 고진공(예: 1 torr)으로 수침진공 하는 것을 권한다.
6 참조) 변화하고 있어서, 일반적으로 예상할 수 있는 “여러 시험편을 함께 수침진공 하면 한번에 한 개씩 수침진공 할 때보다 유효공극률이 감소할 것이다”라는 명제는 적어도 고진공(1 torr)으로 수침진공 하는 한 성립하지 않는 것으로 판단된다. 그러므로 향후 유효공극률을산출하는 실험에서는 신속한 진행을 위하여 복수의 시험편을 한꺼번에 고진공(예: 1 torr)으로 수침진공 하는 것을 권한다.
가설 설정
이때, 고체무게(Ms)는 105℃의 오븐내에서 잰 무게이므로 오븐 내·외부의 공기 부력차를 계산으로 보정한 후 사용하였다. 보정시 오븐 외부의 온도와 압력은 25℃, 1기압으로, 오븐 내부의 온도와 압력은 105℃, 1기압으로 가정하였으며 습도는 고려하지 않았다.
제안 방법
8종의 암석시험편에 대하여, 진공압력은 사용한 시스템의 최대진공인 1 torr로, 진공시간은 ISRM 표준시험법의 규약을 만족하는 80분으로 하여 유효공극률을 7번씩 산출하였다. 1회는 참조(SET1)를 위하여, 3회는 모든 실험 조건을 같이한 반복성 검토(SET3)를 위하여, 또 다른 3회는 함께 수침진공하는 시험 편의 숫자를 2, 4, 8개로 달리할 때의 재현성 검토(SET2)를 위하여 수행하고 다음과 같은 결론을 얻었다.
사용한 진공 시스템에 의한 80분의 ‘수침진공’ 이외의 여러 과정(즉, 물속 보관, 수침진공 후 물속보관, 건조와 무게모니터링 등)들로부터 유발될 수 있는 오차 요인을 줄이기 위하여 제 과정의 시간을 선례(이상규, 이태종, 2010)에 비하여 훨씬 길게 설정하였다.
물속무게(Msub), 표면건조수포화무게(Msat), 고체무게(Ms) 측정을 포함하여 시험편의 유효공극률을 산출하기 위한 거시적 공정은 다음과 같이 하였다. 실험일의 기점은 아침 8시가 되며, 2일(48시간) 이상 상온에서 보관하던 시험편을 순수제조장치(영린기기, aquaMAX 361)로 만든 여과수 속에서 48시간(3, 4일째) 동안 보관한다.
실험일의 기점은 아침 8시가 되며, 2일(48시간) 이상 상온에서 보관하던 시험편을 순수제조장치(영린기기, aquaMAX 361)로 만든 여과수 속에서 48시간(3, 4일째) 동안 보관한다. 그 후, 수침진공 시간을 포함하여 48시간(5, 6일째) 동안 여과수 속에 두었다가 물속무게와 표면건조수포화무게를 측정한 다음 자연순환건조기(오븐)(Jeiotech, ON-02GW, B)에 시험편을 넣어 48시간 (7, 8일째) 건조시키며 변화하는 무게를 전자저울(METTLER TOLEDO, XS1003SV) 로 모니터링하여 고체무게를 산출하였다(이상규, 이태종, 2010). 수침진공을 수행하는 날(5일째)의 시간 배분은 8시에 수침진공을 시작하여 진공을 해소하는 시각을 항상 일정하게 9시 20분으로 하고 이후 22시간 40분이 지나면 5일째가 완료되게 하였다.
시험편과 시험편 받침(cradle)의 물속 무게(Msub_(sample+cradle))와 시험편 받침만의 물속 무게(Msub_(cradle))는 물속무게 측정장치(이상규 등, 2012)를 이용하여 시험편 받침을 지지하는 매달림 로드(suspension rod)를 수면 하부 일정한 깊이에 위치하도록 하여 측정하였다. 시험편 받침만의 물속 무게를 측정할 때는 11회 측정한 후, 가장 큰 2개와 가장 작은 2개를 제외하고 나머지 7개를 평균하여 사용하였다.
시험편 받침만의 물속 무게를 측정할 때는 11회 측정한 후, 가장 큰 2개와 가장 작은 2개를 제외하고 나머지 7개를 평균하여 사용하였다. 시험편의 표면건조수포화 무게는 물티슈를 꼭 짠 후 시험편을 감싸서 시험편 표면의 물기를 일정한 정도로 제거한 다음 측정하였다. 시험편의 고체무게는 105℃ 오븐에서 48시간 동안 건조하면서 표면건조수포화무게를 측정한 시점(t = 0)으로부터 48시간 후의 무게를 고체무게로 사용하였는데, 그 이유는 무게모니터링시스템은 한세트 밖에 보유하고 있지 않은 반면에 시험편의 고체무게(Ms) 는 동시에 최대 8개까지 측정하여야 하기 때문이었다.
유효공극률 산출을 위하여 이 연구에서는 습식 진공포화법을 이용하였는데, 습식진공포화장치로는 진공압력 시스템의 반복성이 이미 확인된(이상규 등, 2012) 분리형(dual) 건식진공 수포화장치 중에 시험편을 담는 용기가 설치된 진공오븐만을 사용하여 구성하였다(Fig. 1 참조). 진공오븐(대한랩테크, LVO-2030) 내, 2 l의 용기 속에 1.
1 참조). 진공오븐(대한랩테크, LVO-2030) 내, 2 l의 용기 속에 1.6 l의 여과수를 채우고 여과수 속에 암석시험편을 넣어 최대진공속도가 237 l/min 인 진공 펌프(EDWARDS, RV12)를 연결하였다. 시스템의 진공압력(p) 과 시간(t)은 진공조절기(Vacuubrand, VSP 3000)를 VACUUMCONTROL software로 조절하였는데, 여기서는 사용한 진공시스템의 최대진공(1 torr)으로 80분 동안 수침진공 하였다.
6 l의 여과수를 채우고 여과수 속에 암석시험편을 넣어 최대진공속도가 237 l/min 인 진공 펌프(EDWARDS, RV12)를 연결하였다. 시스템의 진공압력(p) 과 시간(t)은 진공조절기(Vacuubrand, VSP 3000)를 VACUUMCONTROL software로 조절하였는데, 여기서는 사용한 진공시스템의 최대진공(1 torr)으로 80분 동안 수침진공 하였다. 진공 오븐과 진공펌프 사이에는 안전저류조(safety reservoir) 두 개를 냉동기(cold trap) 전·후에 설치하고 수분 분리를 위하여 냉매조(cold trap bath) 속에 넣은 유리재질의 수분분리기의 파손에 대비하였다.
냉동기에는 냉매조의 온도를 감지하는 온도센서에 연동된 온도 스위치(삼원 ENG, SU-105)를 설치하여 냉매 조의 온도를 상대적으로 높은 온도인 −10℃로 유지하도록 하였다.
세 번째는 유효공극률의 반복성을 검토하기 위한 반복성 실험조 (repeatability test set: SET3)로서 동일한 시험편 8개를 거시적 공정에 따라서 하나씩 상온보관 → 물속 보관 → 수침진공 후 물속 보관 → 오븐 건조의 과정을 거쳐 유효공극률을 산출하고 이를 각각 3회 반복하였다.
유효공극률의 범위가 비교적 넓은 8개의 암석시험편을 이용한 실험은 3개의 실험조로 구분하여 수행하였다. 첫 번째는 참조 실험조(reference test set: SET1)로서 각 시험편을 하나씩 수침진공 후 물속무게(Msub)와 표면건조수포화무게(Msat)를 측정하고 표면건조수포화 시험편을 이용하여 곡선접합에 의한 고체무게(Ms_asym)를 산출한 다음 유효공극률을 계산하였다 (이상규, 이태종, 2010). 이 때 건조 시작 후 48시간 때의 무게를 고체무게(Ms_48)로 한 유효공극률도 계산하여 비교하였다.
첫 번째는 참조 실험조(reference test set: SET1)로서 각 시험편을 하나씩 수침진공 후 물속무게(Msub)와 표면건조수포화무게(Msat)를 측정하고 표면건조수포화 시험편을 이용하여 곡선접합에 의한 고체무게(Ms_asym)를 산출한 다음 유효공극률을 계산하였다 (이상규, 이태종, 2010). 이 때 건조 시작 후 48시간 때의 무게를 고체무게(Ms_48)로 한 유효공극률도 계산하여 비교하였다. 두 번째는 유효공극률의 재현성을 검토하기 위한 재현성 실험조(reproducibility test set: SET2)로서 2개, 4개, 8개씩 복수의 시험편을 한꺼번에 수침진공한 후에 각각에 대한 물속무게 (Msub)와 표면건조수포화무게(Msat)를 측정한 다음, 건조오븐에서 복수의 시험편을 함께 48시간 건조한 후 48시간 때의 무게를 고체무게로 간주하여 유효공극률을 계산하였다.
이 때 건조 시작 후 48시간 때의 무게를 고체무게(Ms_48)로 한 유효공극률도 계산하여 비교하였다. 두 번째는 유효공극률의 재현성을 검토하기 위한 재현성 실험조(reproducibility test set: SET2)로서 2개, 4개, 8개씩 복수의 시험편을 한꺼번에 수침진공한 후에 각각에 대한 물속무게 (Msub)와 표면건조수포화무게(Msat)를 측정한 다음, 건조오븐에서 복수의 시험편을 함께 48시간 건조한 후 48시간 때의 무게를 고체무게로 간주하여 유효공극률을 계산하였다. 세 번째는 유효공극률의 반복성을 검토하기 위한 반복성 실험조 (repeatability test set: SET3)로서 동일한 시험편 8개를 거시적 공정에 따라서 하나씩 상온보관 → 물속 보관 → 수침진공 후 물속 보관 → 오븐 건조의 과정을 거쳐 유효공극률을 산출하고 이를 각각 3회 반복하였다.
표면건조수포화 시험편을 건조오븐에서 건조하기 시작한 후 48시간 때의 무게(Ms_48)를 이용하여 산출한 유효공극과 48시간 건조하며 얻은 무게 모니터링 자료를 곡선접합(curve fitting)하여 얻은 무게(Ms_asym)를 이용하여 산출한 유효공극 률은 −2.3% ~ 2.9% 차이가 나지만 8개의 암석시험편을 동시에 무게 모니터링 할 수 있는 8개의 무게 모니터링시스템이 구비되어 있지 않은 현실을 감안하여 건조 시작 후 48시간 때의 무게를 고체무게로 하는 유효공극률을 검토의 대상으로 하고자 하며 따라서 앞으로는 Ms_48을 Ms로 표현한다.
8개의 동일한 암석시험편에 대하여 여러 실험 변수(parameter) 중에서 동시에 수침진공 하는 “시험편의 개수” 만을 달리하여 유효공극률을 3회 측정한 후 조건을 바꾼 상태에서 수행된 동일한 횟수(3회)의 측정들 사이에서 일치되는 정도인 재현성을 검토하였다(Table 2 참조).
Table 1에 설명된 8개의 암석시험편에 대하여 동일한 조건에서 유효공극률을 3회 연속 측정하고(SET3) 일치 정도인 반복성을 검토하였다. 실제 실험에서는 재현성 관련 실험을 먼저, 반복성 관련 실험을 나중에 수행 하였으나(Table 2) 여기서는 반복성 검토 결과부터 기술하고자 한다.
마지막으로 유효공극률 측정의 오차유발 요인 중 온도에 의한 영향을 고찰하였다. Fig.
Fig. 8의 (a), (b)는 시험편 D, E의 Msub을 같은 기간의 온도, 습도, 현지기압 등의 기상자료(기상청, 2012)와 함께 보인 것으로서 온도, 습도 현지기압은 실험실과 근접거리에 있는 대전지방기상청 구성동 관측소의 1시간 간격 자료를 48시간 이동 평균하여 사용하였다. 시험편 D의 Msub는 온도와 그 변화 양상이 매우 유사한 반면 시험편 E는 다소 차이가 있음을 알 수 있다.
대상 데이터
실험에서 사용한 8개의 암석시험편(Table 1 참조)은 이전의 여러 연구에서 사용했던 암석코어들로서 유효공극률의 분포를 비교적 넓게 하기 위하여 다양한 암석을 선택하였고 암석시험 편의 직경과 길이 또한 다양하게 선택하였다.
유효공극률의 범위가 비교적 넓은 8개의 암석시험편을 이용한 실험은 3개의 실험조로 구분하여 수행하였다. 첫 번째는 참조 실험조(reference test set: SET1)로서 각 시험편을 하나씩 수침진공 후 물속무게(Msub)와 표면건조수포화무게(Msat)를 측정하고 표면건조수포화 시험편을 이용하여 곡선접합에 의한 고체무게(Ms_asym)를 산출한 다음 유효공극률을 계산하였다 (이상규, 이태종, 2010).
이론/모형
유효공극률의 산출은 암반공학회와 ISRM의 표준시험법 중에서 부력을 이용하는 방법을 사용하였다. 시험편의 겉보기부피(V)를 캘리퍼스로 측정한 치수로 산출하지 않고 부력을 이용하여 산출한 이유는 매끄럽지 않은 시험편의 표면에 의해 기인되는 오차를 배제할 목적과 함께 1차 측정 물리량을 무게 (g)로 단순화하기 위함이었다.
성능/효과
00 g/cm3을 보여 매우 양호한 반복성을 갖는다. 유효공극률의 평균편차는 0.00 ~ 0.07%의 값을 갖는데 상대적으로는 유효공극률이 클수록 작아지고(시험편 A:0.17%) 유효공극률이 작을수록 커지는(시험편 H: 4.85%) 경향이 있으나, 전체(8개) 시험편의 상대평균편차는 5% 미만이고 특히 유효공극률이 상대적으로 큰(3.38 ~ 18.10%) 시험편들(A, B, C, D)에서는 1% 미만으로 양호하다. 유효공극률의 편차를 크게 만드는 요인은 고체무게의 편차보다는 표면건조수포화무게나 물속무게의 편차 때문이며, 8개 시험편 중 5개 시험편에서 물속무게의 편차가 표면건조수포화무게의 편차보다 컸다.
10%) 시험편들(A, B, C, D)에서는 1% 미만으로 양호하다. 유효공극률의 편차를 크게 만드는 요인은 고체무게의 편차보다는 표면건조수포화무게나 물속무게의 편차 때문이며, 8개 시험편 중 5개 시험편에서 물속무게의 편차가 표면건조수포화무게의 편차보다 컸다. 물속무게의 편차를 크게 하는 요인 중에 하나는 물속무게 측정장치(이상규 등, 2012a)의 매달림 로드(suspension rod)를 수면 하부 일정한 깊이에 위치시킬 때 사람에 의해서 유발되는 무작위 오차라고 생각된다.
그러나 증감의 방향을 보면 2개 시험편(A, E)은 유효공극률이 감소하는 방향으로, 4개 시험편(B, D, F, H)는 유효공극률이 증가하는 방향으로(Fig. 6 참조) 변화하고 있어서, 일반적으로 예상할 수 있는 “여러 시험편을 함께 수침진공 하면 한번에 한 개씩 수침진공 할 때보다 유효공극률이 감소할 것이다”라는 명제는 적어도 고진공(1 torr)으로 수침진공 하는 한 성립하지 않는 것으로 판단된다.
00 g/cm3을 보여 서로 차이를 보이지 않는다. 유효공극률의 평균편차는 0.01 ~ 0.05%의 값을 갖는데, 전체(8개) 시험편의 상대평균편차는 4% 이하를 보이고 특히 유효공극률이 3.39 ~ 18.04% 범위의 상대적으로 큰 시험편들(A, B, C, D)에서는 상대평균편차가 1% 미만으로 양호하다. 유효공극률의 편차를 크게 만드는 요인은 역시 고체무게에서의 편차보다는 표면건조수포화무게나 물속무게의 편차이며 8개 시험편 중 6개 시험편에서 물속무게의 편차가 표면건조수포화무게의 편차보다 컸다.
04% 범위의 상대적으로 큰 시험편들(A, B, C, D)에서는 상대평균편차가 1% 미만으로 양호하다. 유효공극률의 편차를 크게 만드는 요인은 역시 고체무게에서의 편차보다는 표면건조수포화무게나 물속무게의 편차이며 8개 시험편 중 6개 시험편에서 물속무게의 편차가 표면건조수포화무게의 편차보다 컸다. 따라서 향후 물속 무게를 보다 더 정밀하게 측정하는 방법이 요구된다.
8개 시험편 중에 D, E를 제외한 6개 시험편이 반복성 실험조의 유효 공극률 범위 안에 있으며 개별적으로는 재현성 실험조의 24회 측정 중 12회의 유효공극률이 반복성 실험조에서 얻은 유효공극률 범위 안에 들어 있다. 반복성 실험조의 유효공극률 범위 안에 들어 있지 않은 시험편 D는 반복성 실험조 유효공극률의 편차가 0.00%로 워낙 작아서 그 범위를 벗어난 경우이므로 긍정적인 경우이지만, 시험편 E의 재현성 실험조는 반복성 실험 조(평균: 3.22%)에 비해 낮은(93.2%) 수준에서 3개 시험편의 유효공극률이 모두 반복성 실험조 유효공극률의 분포 범위를 벗어나 있어 부정적이다.
3. 반복성 실험조(SET3)의 유효공극률 평균값에 대한 재현성 실험조(SET2)의 유효공극률의 평균편차와 상대평균편차는 조별 값에 비하여 8개 시험편 중 6개 시험편에서 소폭 증가함을 볼 수 있으나 2개 시험편(A, E)은 유효공극률이 감소하는 방향으로, 4개 시험편(B, D, F, H)은 유효공극률이 증가하는 방향으로 변화하여서 “여러 시험편을 함께 수침진공 하면 한번에 한 개씩 수침진공 할 때보다 유효공극률이 감소할 것이다.
1. 2.55 ~ 2.80 g/cm3 범위에 있는 8개 암석시험편의 고체밀도는 평균편차가 0.00 g/cm3으로 나타나서 완벽한 반복성과 재현성을 보였다. 유효공극률이 0.
00 g/cm3으로 나타나서 완벽한 반복성과 재현성을 보였다. 유효공극률이 0.36 ~ 18.10%의 범위에 있는 8개 암석시험편에 대하여 모든 실험 조건을 동일하게 한 반복성 실험에서는 유효공극률의 평균편차가 0.00 ~ 0.07%, 실험 조건 중에 수침진공 하는 시험편의 숫자를 달리한 재현성 실험에서는 0.01 ~ 0.05% 범위의 값을 보여 모두 양호한 값을 나타내었다.
2. 암석시험편의 개수를 2, 4, 8개로 달리하며 수침진공 한 재현성 실험에서, 진공을 시작한 후 1 torr에 도달하는데 걸리는 시간과 그 때까지의 압력 거동이 상호 약간 다르며 한 번에 한 시험편씩 수침진공 한 반복성 실험에서의 압력 거동과도 다소 다르다. 그러나 이러한 구간은 진공 시작 후 7분 이내이며 그 이후 압력을 해소할 때까지의 70여분은 최대진공을 정교하게 유지하므로 이번 연구에서와 같이 표준시험법에 따라서 1 torr 정도의 고진공을 사용하는 경우에는 초기(~ 7분)의 압력 거동 변화가 산출되는 유효공극률에까지 영향을 미치지는 않는다.
4. 온도, 습도, 현지기압 등 기상자료와 시험편의 물속무게 (Msub)를 비교한 결과 대기 온도가 물의 온도, 밀도 및 부력에 영향을 주어 결국 시험편의 물속무게를 잘못 평가할 수 있음을 보였다. 따라서 시험편의 유효공극률을 정밀하게 산출하기 위해서는 시험편의 물속무게를 측정할 때 물의 온도를 실험조건에 포함시키거나, 다른 물리량과 함께 측정하여 물의 밀도 변화에 따른 물속무게 변화를 보정하여야 할 것으로 본다.
한편 시험편 E의 물속무게 중에 기온 변화의 경향을 벗어난 (○) Msub는 기온변화에 의한 체계적인 영향 이외에 무작위오차가 유발되었음이 확실하고 결과적으로 반복성 실험조와 재현성 실험조 간에 상대적으로 큰 유효공극률 편차를 보였다고 판단된다. 이번 연구에서는 물속무게를 측정할 때 물의 온도를 측정하지 않아서 온도변화에 의한 물속무게 변화를 정량적으로 보정할 수 없었으나 앞으로는 이에 대한 보정이 필요할 것으로 생각한다.
후속연구
적절한 도구를 이용하여 측정한 시험편의 길이, 무게 등, 제 물리량으로부터 유효공극률, 밀도 등의 관심 물성을 계산하여 제시할 때, 이들의 유효숫자를 소수 이하 둘째자리까지 기계적으로 맞추어 제시하는 것보다 더 중요한 것은 동일한 조건에서 수행되는 연속적인 측정들 사이의 일치 정도를 의미하는 반복성(repeatability)과 조건을 바꾼 상태에서 수행된 동일한 횟수의 측정들 사이에서 일치되는 정도를 나타내는 재현성 (reproducibility) (Keithley, 2006)의 문제일 것이다. 실험의 정확성(accuracy)은 동일한 시료에 대해서 조건을 같이하면 누가 측정해도 측정값을 재현할 수 있는 반복성과 재현성이 확보되어야 하며, 이를 위해서는 실험에서 발생할 수 있는 오차의 원인에 대한 철저한 분석이 선행되어야 한다.
한편 시험편 E의 물속무게 중에 기온 변화의 경향을 벗어난 (○) Msub는 기온변화에 의한 체계적인 영향 이외에 무작위오차가 유발되었음이 확실하고 결과적으로 반복성 실험조와 재현성 실험조 간에 상대적으로 큰 유효공극률 편차를 보였다고 판단된다. 이번 연구에서는 물속무게를 측정할 때 물의 온도를 측정하지 않아서 온도변화에 의한 물속무게 변화를 정량적으로 보정할 수 없었으나 앞으로는 이에 대한 보정이 필요할 것으로 생각한다.
앞으로, 많은 자료의 축적을 통하여 암석시험편 유효공극률의 반복성과 재현성에 관한 통계적 의미를 확고히 하는 것이 좋을 것이다.
참고문헌 (12)
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