[논문]온도와 포화도의 변화에 의한 표면장력이 전단파 속도에 미치는 영향

박정희; 강민구; 서선영; 이종섭

doi:10.12652/ksce.2012.32.6c.285

온도와 포화도의 변화에 의한 표면장력이 전단파 속도에 미치는 영향
The Effect of Surface Tension on Shear Wave Velocities according to Changes of Temperature and Degree of Saturation 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, C. 지반공학, 터널공학, v.32 no.6C, 2012년, pp.285 - 293

박정희 (고려대학교 건축사회환경공학부) , 강민구 (고려대학교 건축사회환경공학부) , 서선영 (고려대학교 건축사회환경공학부) , 이종섭 (고려대학교 건축사회환경공학부)

초록
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표면장력에 의한 겉보기 점착력은 적절한 함수비를 가지고 있는 흙의 경우 생성되며 지반의 강도를 증가시킨다. 본 연구의 목적은 온도에 따라 변화하는 표면장력이 전단파 속도에 미치는 영향을 파악하는 것이다. 표면장력의 발생 유무를 조절하기 위하여 모래-실트 혼합토를 이용하여 포화도가 다른 아홉 가지의 시료 (0%, 2.5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%)를 조성하였다. 전단파 속도를 측정하기 위해 나일론 재질의 셀을 제작하였으며 전단파 트랜스듀서인 벤더 엘리먼트를 크로스 홀 형상으로 부착하였다. 시료의 온도가 $15^{\circ}C$에서 $1^{\circ}C$까지 변화하는 동안 포화도가 다른 각 시료의 전단파 신호를 연속적으로 측정하였다. 실험결과, 포화도 0%인 시료와 포화도 100%인 시료는 온도변화에 의한 전단파 속도 변화가 미비하였으나, 표면장력이 발생하기에 적절한 포화도를 가진 시료는 온도가 감소함에 따라 전단파 속도는 증가하였다. 또한 완전 포화된 시료를 $70^{\circ}C$에서 건조시키면서 포화도에 따른 전단파 속도를 측정한 시료의 경우, $15^{\circ}C$에서 측정된 시료의 전단파 속도보다 더 낮은 전단파 속도가 측정되었다. 본 연구는 특정한 포화도에서 온도변화에 따라 전단파 속도가 변화하는 원인을 실험을 통해 분석하였으며, 미소변형구간에서의 전단탄성계수 측정과 같은 실내 및 현장실험 시, 온도를 동시에 평가해야 함을 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper

The surface tension, which is generated in the unsaturated soils, increases the stiffness of the soils. The objective of this study is to estimate the effect of the surface tension, which varies according to the temperature, on the shear wave velocity. Nine specimens, which have the different degree of saturation (0%, 2.5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%), are prepared by using sand-silt mixtures. Experiments are carried out in a nylon cell designed for the measurement of shear waves. A pair of bender elements, which are used for the generation and detection of shear waves, is installed as a cross-hole type. The shear waves are continuously monitored and measured as the temperature of specimens decreases from $15^{\circ}C$ to $1^{\circ}C$. The results show that shear wave velocities of the fully saturated and fully dried specimens change a little bit as the temperatures of specimens decrease. However, the shear wave velocities of the specimens with the degree of saturations of 2.5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60% and 80% continuously increase as temperature decreases from $15^{\circ}C$ to $1^{\circ}C$. Furthermore, a fully saturated specimen is dried at the temperature of $70^{\circ}C$ in order to observe the shear waves according to degree of saturation. The shear wave velocities measured at the temperature of $70^{\circ}C$ are generally lower than those measured at temperature of $15^{\circ}C$. This study demonstrates that the dependence of shear wave velocities on the temperature according to the degree of saturation should be taken into account in both laboratory and field tests.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는, 흙 입자에 작용하는 표면장력의 이론적 배경을 시작으로 실험에 사용된 시료 특성, 각기 다른 포화도를 가지는 시료 조성방법 및 전단파 측정을 위해 제작된 셀의 특징을 설명하였다. 또한 온도가 감소함에 따라 포화도가 다른 시료에서 측정된 전단파의 변화를 토대로 전단파 속도변화의 원인 및 분석에 대해 기술하였다.
본 연구의 목적은 상온에서 온도가 감소할수록 전단파속도가 증가하는 원인을 실내실험을 통해 파악하는 것이다. 본 논문에서는, 흙 입자에 작용하는 표면장력의 이론적 배경을 시작으로 실험에 사용된 시료 특성, 각기 다른 포화도를 가지는 시료 조성방법 및 전단파 측정을 위해 제작된 셀의 특징을 설명하였다. 또한 온도가 감소함에 따라 포화도가 다른 시료에서 측정된 전단파의 변화를 토대로 전단파 속도변화의 원인 및 분석에 대해 기술하였다.
본 연구에서는 온도가 감소함에 따라 표면장력이 증가한다는 사실에 근거하여, 포화도가 다른 아홉가지 시료를 조성하여 표면장력의 발생정도를 조절하고자 하였다. 즉, 표면장력이 발생하지 않는 조건의 시료(포화도0%, 100%)와 표면장력이 발생하기에 적절한 포화도를 가지는 시료를 조성하였다.
본 연구의 목적은 상온에서 온도가 감소할수록 전단파속도가 증가하는 원인을 실내실험을 통해 파악하는 것이다. 본 논문에서는, 흙 입자에 작용하는 표면장력의 이론적 배경을 시작으로 실험에 사용된 시료 특성, 각기 다른 포화도를 가지는 시료 조성방법 및 전단파 측정을 위해 제작된 셀의 특징을 설명하였다.

제안 방법

Tamping 방법에 의해 조성된 시료와 동일한 모래-실트 혼합토를 수중강사법으로 조성하였으며 상대밀도가 70%(건조 단위중량: γd=16.3kN/m3)가 되도록 하였다.
균일하게 혼합된 모래-실트 혼합토의 상대밀도가 70%(γd=16.3kN/m3)가 되도록 시료를 준비한 후, 포화도에 따른 표면장력의 발생을 조절하기 위하여 다음 식을 통해 포화도가 다른 아홉가지 시료(0%, 2.5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%)를 조성하였다.
나일론재질의 셀은 내측의 가로 및 세로의 길이가 100mm인 정사각형이고 높이가 70mm인 시료를 조성할 수 있다. 그림 3(a)의 점선으로 표시된 것과 같이 셀을 통해 직접 전단파가 전달되는 것을 방지하기 위해 셀의 옆면을 분리형으로 제작하여 조립하였다. 또한 전단파 트랜스듀서인 벤더 엘리먼트를 크로스 홀(Cross-hole)형상으로 배치할 수 있도록 셀을 제작하였다.
시료의 온도를 조절하기 위하여 냉동고를 사용하였으며, 냉동고의 내부온도는 -30℃로 설정하여 시료의 온도를 강하시켰다. 냉각공기에 의해 셀의 옆면이 동결되는 것을 방지하기 위하여 시료의 상부단면을 제외한 셀의 옆면을 단열재를 이용하여 밀봉하였다.
전단파 트랜스듀서로 벤더 엘리먼트를 사용할 경우 흙과 트랜스듀서간의 결합효과가 뛰어나다고 알려져 있다(이종섭과 이창호, 2006; Lee and Santamarina, 2005-a). 또한 그림 3과 같이 벤더 엘리먼트가 설치된 위치 중앙에 열전대를 설치하여 온도변화에 따른 전단파 변화를 측정할 수 있도록 하였다. 본 실험에 사용된 온도센서의 종류는 K-type으로 시료의 온도를 측정하기 전에 보정과정을 통해 정확도를 확인하였으며 온도측정장치(thermometer CENTER-309)를 통해 시료의 온도를 측정하였다.
전단파 트랜스듀서로서 벤더 엘리먼트를 사용하여 시료의 온도가 감소하는 동안 연속적으로 전단파의 변화양상을 관찰하였다. 또한 완전히 포화된 시료를 건조시키면서 포화도에 따른 전단파 속도를 측정하였다.
그림 3(a)의 점선으로 표시된 것과 같이 셀을 통해 직접 전단파가 전달되는 것을 방지하기 위해 셀의 옆면을 분리형으로 제작하여 조립하였다. 또한 전단파 트랜스듀서인 벤더 엘리먼트를 크로스 홀(Cross-hole)형상으로 배치할 수 있도록 셀을 제작하였다. 전단파 트랜스듀서로 벤더 엘리먼트를 사용할 경우 흙과 트랜스듀서간의 결합효과가 뛰어나다고 알려져 있다(이종섭과 이창호, 2006; Lee and Santamarina, 2005-a).
시료의 온도가 15℃에서 1℃까지 변하는 동안 포화도가 다른 각 시료에서 얻은 전단파 신호를 연속적으로 측정하였다. 또한 포화도가 다른 아홉가지 시료에서 측정된 전단파 속도와 비교하기 위해, 포화된 시료를 건조시키는 방법으로 포화도를 조절하면서 전단파를 측정하였다. 본 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
모래-실트 혼합토를 이용해 포화도가 다른 시료를 조성한 후, 각 시료의 온도변화에 따른 전단파의 변화과정을 측정하였다.
는 상대밀도 70%에 해당하는 간극비를 의미한다. 모래와 실트가 혼합된 시료를 4개의 층으로 나눈 후 탬핑(tamping)방법을 이용하여 시료를 조성하였으며 탬핑에 사용된 다짐추의 무게는 1.1kg이다.
모래와 실트가 혼합된 시료를 포화시킨 후, 일정한 온도(70℃)에서 시료를 건조시킴으로써 변화하는 포화도에 따라 전단파의 변화과정을 측정하였다.
전단파 트랜스듀서로서 벤더 엘리먼트를 사용하여 크로스 홀 형태로 설치하였다. 벤더 엘리먼트가 설치된 위치와 같은 높이에 온도센서를 설치하여 시료의 온도변화를 측정하였다. 시료의 온도가 15℃에서 1℃까지 변하는 동안 포화도가 다른 각 시료에서 얻은 전단파 신호를 연속적으로 측정하였다.
본 논문에서는 온도가 감소함에 따라 전단파 속도가 변화하는 원인을 분석하기 위해 포화도가 0%에서 100% 사이에 있는 아홉가지 시료를 조성한 후, 시료의 온도가 15℃에서 1℃까지 변하는 동안 전단파를 측정하였다. 시료의 전단파를 측정하기 위해 셀을 통한 직접적인 탄성파의 전파를 방지할 수 있는 셀을 제작하였다.
또한 그림 3과 같이 벤더 엘리먼트가 설치된 위치 중앙에 열전대를 설치하여 온도변화에 따른 전단파 변화를 측정할 수 있도록 하였다. 본 실험에 사용된 온도센서의 종류는 K-type으로 시료의 온도를 측정하기 전에 보정과정을 통해 정확도를 확인하였으며 온도측정장치(thermometer CENTER-309)를 통해 시료의 온도를 측정하였다.
본 연구의 전단파 측정시스템은 신호발생기(function generator)에서 단일 정현파를 발신용 벤더 엘리먼트로 보내고, 시료를 통과한 전단파는 수신 벤더엘리먼트로 전달된다. 필터-증폭기(filter and amplifier)는 수신된 신호의 잡음을 제거하고 신호를 증폭시킨다.
5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%인 시료를 조성한 후, 추가적인 상재하중을 가하지 않은 상태에서 각 시료의 온도가 15℃에서 1℃까지 변화하는 동안 전단파를 측정하였다. 셀에 시료를 조성한 후, 크로스홀(cross hole)형상으로 벤더 엘리먼트를 설치하였으며 그림 3과 같이 벤더엘리먼트와 같은 깊이에 열전대(thermocouple)를 고정하여 시간경과에 따라 시료의 온도변화를 측정하였다. 시료의 온도를 조절하기 위하여 냉동고를 사용하였으며, 냉동고의 내부온도는 -30℃로 설정하여 시료의 온도를 강하시켰다.
벤더 엘리먼트가 설치된 위치와 같은 높이에 온도센서를 설치하여 시료의 온도변화를 측정하였다. 시료의 온도가 15℃에서 1℃까지 변하는 동안 포화도가 다른 각 시료에서 얻은 전단파 신호를 연속적으로 측정하였다. 또한 포화도가 다른 아홉가지 시료에서 측정된 전단파 속도와 비교하기 위해, 포화된 시료를 건조시키는 방법으로 포화도를 조절하면서 전단파를 측정하였다.
셀에 시료를 조성한 후, 크로스홀(cross hole)형상으로 벤더 엘리먼트를 설치하였으며 그림 3과 같이 벤더엘리먼트와 같은 깊이에 열전대(thermocouple)를 고정하여 시간경과에 따라 시료의 온도변화를 측정하였다. 시료의 온도를 조절하기 위하여 냉동고를 사용하였으며, 냉동고의 내부온도는 -30℃로 설정하여 시료의 온도를 강하시켰다. 냉각공기에 의해 셀의 옆면이 동결되는 것을 방지하기 위하여 시료의 상부단면을 제외한 셀의 옆면을 단열재를 이용하여 밀봉하였다.
본 논문에서는 온도가 감소함에 따라 전단파 속도가 변화하는 원인을 분석하기 위해 포화도가 0%에서 100% 사이에 있는 아홉가지 시료를 조성한 후, 시료의 온도가 15℃에서 1℃까지 변하는 동안 전단파를 측정하였다. 시료의 전단파를 측정하기 위해 셀을 통한 직접적인 탄성파의 전파를 방지할 수 있는 셀을 제작하였다. 전단파 트랜스듀서로서 벤더 엘리먼트를 사용하여 크로스 홀 형태로 설치하였다.
조성된 시료는 그림 4와 같이 오븐에 설치한 후, 일정한 온도에서 시료의 포화도를 변화시키기 위해 시료를 건조기 내부에서 건조시켰다. 실험 초기에 측정된 시료의 무게와 건조과정에 따른 시료의 무게차이를 이용하여 포화도를 계산하였으며 포화도가 100%에서 0%까지 변하는 동안 연속적으로 전단파를 측정하였다. 건조기 내부의 온도는 70℃로 일정하게 유지하였다.
즉, 표면장력이 발생하지 않는 조건의 시료(포화도0%, 100%)와 표면장력이 발생하기에 적절한 포화도를 가지는 시료를 조성하였다. 전단파 측정용 셀을 제작하여 시료를 조성한 후, 열전대(thermocouple)를 설치하여 시료의 온도변화를 측정하였다. 전단파 트랜스듀서로서 벤더 엘리먼트를 사용하여 시료의 온도가 감소하는 동안 연속적으로 전단파의 변화양상을 관찰하였다.
전단파 측정용 셀을 제작하여 시료를 조성한 후, 열전대(thermocouple)를 설치하여 시료의 온도변화를 측정하였다. 전단파 트랜스듀서로서 벤더 엘리먼트를 사용하여 시료의 온도가 감소하는 동안 연속적으로 전단파의 변화양상을 관찰하였다. 또한 완전히 포화된 시료를 건조시키면서 포화도에 따른 전단파 속도를 측정하였다.
시료의 전단파를 측정하기 위해 셀을 통한 직접적인 탄성파의 전파를 방지할 수 있는 셀을 제작하였다. 전단파 트랜스듀서로서 벤더 엘리먼트를 사용하여 크로스 홀 형태로 설치하였다. 벤더 엘리먼트가 설치된 위치와 같은 높이에 온도센서를 설치하여 시료의 온도변화를 측정하였다.
본 연구에서는 온도가 감소함에 따라 표면장력이 증가한다는 사실에 근거하여, 포화도가 다른 아홉가지 시료를 조성하여 표면장력의 발생정도를 조절하고자 하였다. 즉, 표면장력이 발생하지 않는 조건의 시료(포화도0%, 100%)와 표면장력이 발생하기에 적절한 포화도를 가지는 시료를 조성하였다. 전단파 측정용 셀을 제작하여 시료를 조성한 후, 열전대(thermocouple)를 설치하여 시료의 온도변화를 측정하였다.
포화도가 0%, 2.5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%인 시료를 조성한 후, 추가적인 상재하중을 가하지 않은 상태에서 각 시료의 온도가 15℃에서 1℃까지 변화하는 동안 전단파를 측정하였다. 셀에 시료를 조성한 후, 크로스홀(cross hole)형상으로 벤더 엘리먼트를 설치하였으며 그림 3과 같이 벤더엘리먼트와 같은 깊이에 열전대(thermocouple)를 고정하여 시간경과에 따라 시료의 온도변화를 측정하였다.
포화도가 다른 아홉가지 시료의 온도가 15℃에서 1℃까지 변하는 동안 포화도가 0%, 5%, 10%, 20%, 60% 및 100%인 시료에서 연속적으로 전단파를 측정하였으며 포화도가 5%, 20%, 100%인 시료에서 측정된 전단파 신호를 그림 4에 나타내었다. 온도가 감소함에 따라 포화도가 0%인 시료와 포화도가 100%인 시료의 전단파 초기도달시간은 거의 일정하였다.

대상 데이터

시료의 온도가 낮아지는 동안 전단파를 측정하기 위해 그림 3과 같이 셀을 제작하였다. 나일론재질의 셀은 내측의 가로 및 세로의 길이가 100mm인 정사각형이고 높이가 70mm인 시료를 조성할 수 있다. 그림 3(a)의 점선으로 표시된 것과 같이 셀을 통해 직접 전단파가 전달되는 것을 방지하기 위해 셀의 옆면을 분리형으로 제작하여 조립하였다.
본 연구에서는 30번체와 50번체 사이의 입경을 가지는 주문진 표준사(D=0.30~0.60mm, D₅₀=0.45mm)와 200번체를 통과한 crushed limestone을 이용하여 시료를 조성하였다. 모래시료 무게에 대한 실트시료의 무게비(% of silt=W_silt/W_sand×100%)가 10%가 되도록 모래와 실트를 균일하게 혼합하였다.

성능/효과

3단계는 포화도에 따라 전단파 속도가 가장 크게 변하는 구간이다. 3단계 구간에서 tamping 방법으로 조성한 시료의 전단파 속도는 포화도 5%에서 최고값을 나타내며 증가한 후, 포화도가 작아짐에 따라 급속히 감소한 반면, 건조과정에 의해 포화도를 조절한 시료의 전단파 속도는 3단계 구간에서 큰 폭으로 증가하였다. 이는 시료가 건조되면서 발생하는 입자의 움직임과 잔류압축응력의 영향으로 판단된다.
첫번째 단계는 포화도 100%~90% 구간으로 포화도가 감소하면서 전단파 속도가 증가하였다. 두번째 단계는 포화도 90%~20% 구간으로 불포화토의 거동을 보이며 전단파 속도는 완만한 기울기를 나타내면 증가하였다. 세번째 단계는 포화도 20%~0% 구간으로 전단파 속도가 급격히 증가하였으며 가장 큰 속도변화를 보여주었다.
첫번째 구간은 포화도 100%~80%인 구간으로 전단파 속도가 포화도가 감소함에 따라 크게 증가하였으며 두번째 구간은 포화도 80%~20%인 구간으로 전단파 속도가 비교적 일정한 구간이다. 마지막으로 세번째 구간은 포화도 20%~0%인 구간으로 포화도 5%에서 전단파 속도가 가장 크게 나타나며 포화도 5%이하에서는 전단파 속도가 급속하게 감소한다.
온도가 감소함에 따라 포화도가 0%인 시료와 포화도가 100%인 시료의 전단파 초기도달시간은 거의 일정하였다. 반면에 포화도가 5%, 10%, 20%, 60%인 시료의 초기도달시간은 감소하였으며 포화도에 따라 전단파의 초기도달시간이 감소하는 경향이 다르게 나타났다. 포화도가 5%인 시료의 전단파 초기도달시간은 실험초기에 감소한 후 일정하였으며 포화도가 10%, 20%, 60%인 시료의 전단파 초기도달시간은 연속적으로 감소하였다.
두번째 단계는 포화도 90%~20% 구간으로 불포화토의 거동을 보이며 전단파 속도는 완만한 기울기를 나타내면 증가하였다. 세번째 단계는 포화도 20%~0% 구간으로 전단파 속도가 급격히 증가하였으며 가장 큰 속도변화를 보여주었다.
시료의 온도조건이 상이한 경우 산정한 포화도와 전단파 속도와의 관계를 그림 8에 나타내었다. 수중강사법으로 조성된 시료를 70℃의 온도에서 노건조시키면서 측정한 전단파 속도가 포화도 20% 이상에서 tamping 방법에 의해 조성한 시료의 전단파 속도보다 약 40m/s 정도 작게 산정되었다. 고온에서 노건조된 시료는 15℃에서 tamping 방법에 의해 조성된 시료보다 상대적으로 작은 표면장력이 작용하기 때문에 더 작은 전단파 속도가 산정된 것으로 사료된다.
5%, 5%, 10%, 20%)들의 전단파 속도가 포화도가 높은 시료(40%, 60%, 80%, 100%)에 비해 빠르게 나타났다. 실험이 종료된 1℃에서는 포화도 5%인 시료의 전단파 속도가 185m/s로 가장 크게 나타났으며 포화도가 2.5%인 시료의 전단파 속도는 약 180m/s를 나타내었다. 포화도 10%, 20%, 40%, 60%인 시료는 약 170m/s의 전단파 속도를 보였으며 다음으로 포화도 80%, 0%, 100% 순서로 전단파 속도가 크게 나타났다.
시료의 온도가 15℃에서 1℃까지 변하는 동안 포화도가 다른 각 시료의 전단파 속도를 그림 5에 나타내었다. 실험초기 15℃에서는 상대적으로 포화도 낮은 시료(0%, 2.5%, 5%, 10%, 20%)들의 전단파 속도가 포화도가 높은 시료(40%, 60%, 80%, 100%)에 비해 빠르게 나타났다. 실험이 종료된 1℃에서는 포화도 5%인 시료의 전단파 속도가 185m/s로 가장 크게 나타났으며 포화도가 2.
온도가 15℃에서 1℃로 감소함에 따라 포화도가 0%인 시료와 100%인 시료의 전단파 속도는 거의 일정한 반면, 포화도가 2.5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%인 시료의 전단파 속도는 증가하였다. 포화도가 작은 시료는 온도변화가 발생하는 실험초기에 전단파 속도가 증가하지만, 포화도가 큰 시료는 표면장력의 효과가 지속적으로 작용하여 전단파 속도가 넓은 온도범위에서 연속적으로 증가하였다.
포화도 10%, 20%, 40%, 60%인 시료는 약 170m/s의 전단파 속도를 보였으며 다음으로 포화도 80%, 0%, 100% 순서로 전단파 속도가 크게 나타났다. 온도가 감소함에 따라 포화도가 0%인 시료와 100%인 시료의 전단파 속도는 거의 일정한 반면, 포화도가 2.5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%인 시료의 전단파 속도는 증가하였고 포화도에 따라 전단파 속도가 증가하는 경향이 다르게 나타났다. 포화도가 2.
온도가 감소함에 따라 표면장력의 영향으로 실험적으로 구한 전단파 속도의 증가량은 온도변화에 의한 물의 부피 변화, 공기의 부피 변화, 간극수에 녹아있는 용질의 영향, 온도에 민감한 접촉각(contact angle) 등의 영향을 받기 때문에, 이론적 방법에 의해 정량적으로 예상되는 전단파 속도의 증가량보다 크게 나타났다. 전단파 속도를 이용하여 미소변형구간에서 불포화토의 전단탄성계수를 산정하는 경우, 이와 같은 여러가지 원인으로 전단파 속도가 온도의 영향을 받기 때문에 이에 대한 영향을 반드시 고려해야한다.
, 2001; Bachmann and Ploeg, 2002), 온도변화에 따른 모관흡수력을 실험적 방법으로 직접 구하기도 하였다(Wilkinson and Klute, 1962; Chahal, 1965; Liu and Dane, 1993). 위 실험결과들의 공통점은 이론적으로 예측한 모관흡수력보다 실험적으로 측정한 모관흡수력이 훨씬 더 크게 측정되었으며 온도변화에 따른 모관흡수력 또한 이론값보다 실험값이 더 크게 나타난다는 것이다.
표면장력은 온도에 따라 변하기 때문에 전단파 속도 역시 온도의 함수라고 할 수 있다. 즉, 온도가 감소하면 표면장력이 증가하기 때문에 불포화토의 유효응력이 증가하므로 포화도가 2.5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%인 시료의 전단파 속도가 증가하였다고 판단된다.
포화도 100%인 시료의 경우, 온도가 감소하더라도 전단파 속도는 거의 일정하였다. 즉, 표면장력이 발생하지 않는 시료의 전단파 속도는 온도에 의한 영향이 미비한 것으로 나타났다. 한편, 포화도가 2.
5%인 시료의 전단파 속도는 약 180m/s를 나타내었다. 포화도 10%, 20%, 40%, 60%인 시료는 약 170m/s의 전단파 속도를 보였으며 다음으로 포화도 80%, 0%, 100% 순서로 전단파 속도가 크게 나타났다. 온도가 감소함에 따라 포화도가 0%인 시료와 100%인 시료의 전단파 속도는 거의 일정한 반면, 포화도가 2.
5%, 5%인 시료의 전단파 속도는 온도가 15℃에서 10℃까지 변하는 동안 빠르게 증가한 후 거의 일정한 속도를 보였으며 온도변화에 따른 두 시료의 전단파 변화양상은 매우 유사한 경향을 나타내었다. 포화도가 10%, 20%, 40%, 60%, 80%인 시료의 전단파 속도는 온도가 감소함에 따라 지속적으로 증가하였으며 위 다섯 가지 시료의 전단파 속도가 증가하는 경향 또한 유사하게 나타났다. 포화도가 80%인 시료의 초기 전단파 속도가 15℃와 14℃에서 포화도 0%인 시료의 전단파 속도보다 약간 작게 측정되었으나 그 차이는 매우 작은 값이다.
5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%인 시료의 전단파 속도는 증가하였고 포화도에 따라 전단파 속도가 증가하는 경향이 다르게 나타났다. 포화도가 2.5%, 5%인 시료의 전단파 속도는 온도가 15℃에서 10℃까지 변하는 동안 빠르게 증가한 후 거의 일정한 속도를 보였으며 온도변화에 따른 두 시료의 전단파 변화양상은 매우 유사한 경향을 나타내었다. 포화도가 10%, 20%, 40%, 60%, 80%인 시료의 전단파 속도는 온도가 감소함에 따라 지속적으로 증가하였으며 위 다섯 가지 시료의 전단파 속도가 증가하는 경향 또한 유사하게 나타났다.
반면에 포화도가 5%, 10%, 20%, 60%인 시료의 초기도달시간은 감소하였으며 포화도에 따라 전단파의 초기도달시간이 감소하는 경향이 다르게 나타났다. 포화도가 5%인 시료의 전단파 초기도달시간은 실험초기에 감소한 후 일정하였으며 포화도가 10%, 20%, 60%인 시료의 전단파 초기도달시간은 연속적으로 감소하였다.
5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%인 시료의 전단파 속도는 증가하였다. 포화도가 작은 시료는 온도변화가 발생하는 실험초기에 전단파 속도가 증가하지만, 포화도가 큰 시료는 표면장력의 효과가 지속적으로 작용하여 전단파 속도가 넓은 온도범위에서 연속적으로 증가하였다.

후속연구

상온에서 온도가 감소함에 따라 전단파 속도가 증가한다는 연구가 수행되었지만 그 원인은 명확히 파악되지 않았다(박정희 등, 2012). 계절적 온도변화에 따른 지반의 동적물성치 변화를 구조물 설계과정에서 반영하는 것이 합리적이므로 이에 대한 추가적인 연구가 필요한 실정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	표면장력에 의한 겉보기 점착력은 무엇의 강도를 증가시키는가?	표면장력에 의한 겉보기 점착력은 적절한 함수비를 가지고 있는 흙의 경우 생성되며 지반의 강도를 증가시킨다. 본 연구의 목적은 온도에 따라 변화하는 표면장력이 전단파 속도에 미치는 영향을 파악하는 것이다.
	표면장력에 의한 겉보기 점착력은 어떠한 경우 생성되는가?	표면장력에 의한 겉보기 점착력은 적절한 함수비를 가지고 있는 흙의 경우 생성되며 지반의 강도를 증가시킨다. 본 연구의 목적은 온도에 따라 변화하는 표면장력이 전단파 속도에 미치는 영향을 파악하는 것이다.
	다양한 조건에 영향을 받는 탄성계수를 정확히 측정하는 것은 지반 구조물 설계에 있어 매우 중요한 사항인 이유는?	동적하중 하에서 전단탄성계수 (Gmax)는 기초의 설계, 액상화 (liquefaction) 등을 포함한 다양한 동적설계에 관련되는 유용한 토질정수이다(이종섭과 이창호, 2006). 탄성계수는 흙의 종류, 응력상태, 포화도 등에 영향을 받는 것으로 알려져 있으며(Kramer, 1996; Cho and Santamarina, 2001) 변형률의 크기에 의존하는 탄성계수는 변형률이 작을수록 크게 평가된다. 이와 같은 이유로 다양한 조건에 영향을 받는 탄성계수를 정확히 측정하는 것은 지반 구조물 설계에 있어 매우 중요한 사항이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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