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초록
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지하매설구조물인 상수도관 주변 지반의 간극수 동결로 상수도관의 변형에 영향을 미칠 수 있다. 이에 최근에는 현장 계측을 통한 포장 하부구조체의 함수비를 주기적으로 측정하기 위해서 미국 Campbell사의 TDR(time domain reflectometry) CS616 함수량계와 독일의 IMKO사 제품의 TRIME FM를 이용한 수동 함수량계 TRIME P3, T3 Probe를 사용하고 있다. 일반적으로 TDR 함수량계와 TRIME 수동 함수량계는 흙의 종류, 입도, 다짐도, 온도 등에 의해 오차가 유발될 수 있기 때문에, 현장의 시료를 사용하여 TDR 함수량계의 실내보정실험을 반드시 수행해야 한다. 즉, TDR함수량계의 매뉴얼에서는 일반적인 흙의 보정방정식을 제안하고 있지만 현장 적용시에는 반드시 보정실험을 수행하도록 권고하고 있다. 본 연구에서는 상수관 등 지하매설구조물의 주변의 다양한 채움재료를 사용하여 실내 보정 실험을 수행하였으며, 이 결과로부터 TDR함수량계인 CS616, TRIME-T3, TRIME-P3의 보정모델식을 제안하였으며, 보정식에 대한 현장검증을 수행하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Water content of subgrade soil in water supply systems has a large effect on performance. Many researchers lately make use of time-domain reflectometry (TDR) probes to measure the soil water content of subgrade soil from monitoring. The laboratory calibration test of TDR probe should be performed wi...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 국내에서는 TDR 함수량계의 보정시험에 대한 실험규정이 없으며, 이에 본 연구에서는 외국의 사례를 조사하여 국내실정에 맞는 보정시험 절차를 수립하였다. Fig.
  • 본 논문에서는 옥외 동상 테스트배드 구간의 매설관 채움재료에 대한 함수비 보정실험을 통하여 보정방정식을 제시하였다. 또한, 테스트배드 현장에 함수량계를 설치하여 직접 함수비를 측정함으로서 실내실험을 통해 제안된 보정방정식을 검증하였다.
  • 본 연구에서는 상수도관의 동결과 융해에 따른 거동을 연구하기 위해 설치된 옥외 동상 테스트배드 구간에 매설관 채움재로 사용되고 있는 다양한 흙 시료에 대하여 함수비 보정실험을 수행하여 보정방정식을 제안하였다. 또한, 테스트배드 현장에 함수량계를 매설하여 직접 함수비를 측정함으로서 실내실험을 통해 제안된 보정방정식에 대하여 검증을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 흙의 입도에 따라 TDR 함수량계의 출력 값이 차이를 나타내고 있기 때문에 채움재료별 각각에 대하여 실내보정실험을 수행하였다. 함수량계 출력값은 중량함수비와 일정한 상관관계를 나타내고 있으나, 중량함수비별 흙의 밀도 차이 때문에 오차를 유발할 수 있기에, 본 데이터를 체적함수비로 변환하여 재분석하였다.
  • 수분의 유전율은 대략 80, 건조된 흙의 유전율은 흙의 전기전도율과 밀도에 따라 일반적으로 3~8 사이의 값을 나타내고 있다. 이와 같이 TDR 함수량계의 원리는 물과 흙의 유전율이 크게 차이가 있다는 것에 기초하여 나온 것이다. TDR 함수량계의 원리는 전기적 불연속성을 지닌 물체로부터 전자기파(electromagnetic wave)의 이동시간(travel time)을 측정하는 것을 바탕으로 하고 있다.

가설 설정

  • 유전율은 전자기파의 이동시간과 도파관(waveguide)의 길이에 의해 계산된다. 도파관 주변 재료의 전기적 특성 변화에 의해 이동시간과 함께 유전율도 변화할 것이다. 흙에서 도파관을 따라 이동하는 전자기파의 속도 v는 식 (1)과 같이 나타낼 수 있다 (Topp and Davis, 1985).
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
동상(frost heaving)과 지지력 감소는 구조물에 어떤 영향을 줄 수 있는가? 포장하부구조내 지하매설구조물 주변 지반의 간극수 동결로 상부구조물 뿐만아니라 상수도관 등 토목구조물에 영향을 미친다. 즉, 하부구조체내의 함수비 증가는 겨울철 동결에 의한 체적팽창과 융해시 함수비 증가에 따른 지지력 저하를 초래하여 상수도관 등 매설구조물에 심각한 손상을 유발한다. 이러한 동상(frost heaving)과 지지력 감소는 포장 하부에 위치한 노상토의 함수비 변화와 관련이 깊지만 실시간 계측에 어려움이 있다.
상수도관은 어떤 구조물인가? 지하매설구조물인 상수도관 주변 지반의 간극수 동결로 상수도관의 변형에 영향을 미칠 수 있다. 이에 최근에는 현장 계측을 통한 포장 하부구조체의 함수비를 주기적으로 측정하기 위해서 미국 Campbell사의 TDR(time domain reflectometry) CS616 함수량계와 독일의 IMKO사 제품의 TRIME FM를 이용한 수동 함수량계 TRIME P3, T3 Probe를 사용하고 있다.
TDR 함수량계의 실내보정실험이 필요한 이유는? 이에 최근에는 현장 계측을 통한 포장 하부구조체의 함수비를 주기적으로 측정하기 위해서 미국 Campbell사의 TDR(time domain reflectometry) CS616 함수량계와 독일의 IMKO사 제품의 TRIME FM를 이용한 수동 함수량계 TRIME P3, T3 Probe를 사용하고 있다. 일반적으로 TDR 함수량계와 TRIME 수동 함수량계는 흙의 종류, 입도, 다짐도, 온도 등에 의해 오차가 유발될 수 있기 때문에, 현장의 시료를 사용하여 TDR 함수량계의 실내보정실험을 반드시 수행해야 한다. 즉, TDR함수량계의 매뉴얼에서는 일반적인 흙의 보정방정식을 제안하고 있지만 현장 적용시에는 반드시 보정실험을 수행하도록 권고하고 있다.
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참고문헌 (8)

  1. Kim, B. I. and Jeon S. I. (2005), "Development of Calibration Model and Analysis of Soil Water Content using Time - Domain Refelctometry Probe in LTPP Sections", Journal of the Korean Society Road Engineers, Vol. 7, No. 4, pp.103-112. 

  2. Brian, K. D., Imad, L. A., and Amara Loulizi (2000), "Laboratory Calibration and Field Verification of Soil Moisture Content Using Two Types of Time-Domain Reflectometry Probes", TRB 79th Annual Meeting, No. 001027. 

  3. Davis, J. L. and Chudobiak, W. J. (1975), "In-Situ Meter for Measuring Relative Permittivity of Soil," Geol. Surv. Can. Pap, Vol 75-1A, 75-79. 

  4. Hossain, M., Kotdwala, S. J., Long, B. and Gisi, A. J. (1997), "Subgrade Moisture Monitoring Using Time Domain Reflectometry," Transportation Research Board 76th Annual Meeting. 

  5. Jiang, Y. J. and Tayabji, S. D. (1999), "Evaluation of In-Situ Moisture Content at LTPP Seasonal Monitoring Program Sites," TRB 78th Annual Meeting, No. 990395. 

  6. Topp, G. C., Davis, J. L. and Annan, A. P. (1980), "Electromagnetic Determination of Soil Water Content: Measurements in Coaxial Transmission Lines," Water Resources Research, Vol. 16, No. 3, pp.574-582. 

  7. Topp, G. C. and Davis, J. L. (1985), Time Domain Reflectometry (TDR) and Its Application to Irrigation Scheduling, In Advances in Irrigation, Vol. 3, Daniel Hilled(ed), Academic. 

  8. Valdez, S. F. (1991), Subgrade Resilient Modulus Evaluation, FHWA-GA-91-8801. 

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