불포화 조건에서 흙의 초기 밀도에 따라 흙-함수특성곡선이 변화시키게 되며, 이로 인하여 불포화 조건에서 투수특성도 변화하게 된다. 이에 대한 영향을 고찰하기 위하여 상대밀도 40%, 60% 및 75%의 주문진 표준사에 대한 건조 및 습윤과정에서의 흙-함수특성곡선(SWCC)과 불포화 투수계수함수를 산정하였다. van Genuchten (1980)의 방법을 이용하여 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정한 결과 공기유입값과 관계된 계수 ${\alpha}$는 습윤과정에서 더 큰 값을 가지며, 변곡점의 경사에 관계된 계수 n과 잔류함수비에 관계된 계수 m은 건조과정에서 더 큰 값을 갖는다. 그리고 상대밀도가 증가할수록 공기함입치는 증가하지만 수분함입치는 감소하며, 동일한 상대밀도에서 공기함입치는 수분함입치보다 크게 발생된다. 한편, 계수추정방법 가운데 하나인 van Genuchten (1980)의 방법을 적용하여 불포화 투수계수함수를 산정한 결과 불포화 투수계수는 포화시 투수계수로 일정하게 유지되다가 공기함입치 혹은 수분함입치 직전에 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 건조과정에서의 포화투수계수는 습윤과정에서의 포화투수계수보다 크게 나타나며, 상대밀도가 증가함에 따라 건조 및 습윤과정에서의 포화투수계수는 감소한다. 실험결과에 의하면 주문진 표준사의 초기 간극비에 따라 흙-함수특성곡선(SWCC)에서의 공기함입치(AEV)는 감소하고 포화투수계수는 증가하므로, 흙-함수특성곡선(SWCC)과 불포화 투수계수함수(HCF)는 초기 간극비에 영향을 받는 것으로 나타났다.
불포화 조건에서 흙의 초기 밀도에 따라 흙-함수특성곡선이 변화시키게 되며, 이로 인하여 불포화 조건에서 투수특성도 변화하게 된다. 이에 대한 영향을 고찰하기 위하여 상대밀도 40%, 60% 및 75%의 주문진 표준사에 대한 건조 및 습윤과정에서의 흙-함수특성곡선(SWCC)과 불포화 투수계수함수를 산정하였다. van Genuchten (1980)의 방법을 이용하여 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정한 결과 공기유입값과 관계된 계수 ${\alpha}$는 습윤과정에서 더 큰 값을 가지며, 변곡점의 경사에 관계된 계수 n과 잔류함수비에 관계된 계수 m은 건조과정에서 더 큰 값을 갖는다. 그리고 상대밀도가 증가할수록 공기함입치는 증가하지만 수분함입치는 감소하며, 동일한 상대밀도에서 공기함입치는 수분함입치보다 크게 발생된다. 한편, 계수추정방법 가운데 하나인 van Genuchten (1980)의 방법을 적용하여 불포화 투수계수함수를 산정한 결과 불포화 투수계수는 포화시 투수계수로 일정하게 유지되다가 공기함입치 혹은 수분함입치 직전에 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 건조과정에서의 포화투수계수는 습윤과정에서의 포화투수계수보다 크게 나타나며, 상대밀도가 증가함에 따라 건조 및 습윤과정에서의 포화투수계수는 감소한다. 실험결과에 의하면 주문진 표준사의 초기 간극비에 따라 흙-함수특성곡선(SWCC)에서의 공기함입치(AEV)는 감소하고 포화투수계수는 증가하므로, 흙-함수특성곡선(SWCC)과 불포화 투수계수함수(HCF)는 초기 간극비에 영향을 받는 것으로 나타났다.
The Soil-Water Characteristics Curve (SWCC) is affected by the initial density of soil under unsaturated condition. Also, the characteristic of hydraulic conductivity is changed by the initial density of soil. To study the effect of initial density of unsaturated soil, SWCC and the Hydraulic Conduct...
The Soil-Water Characteristics Curve (SWCC) is affected by the initial density of soil under unsaturated condition. Also, the characteristic of hydraulic conductivity is changed by the initial density of soil. To study the effect of initial density of unsaturated soil, SWCC and the Hydraulic Conductivity Function (HCF) of Jumoonjin sand with various relative densities, 40%, 60% and 75% were measured in both drying and wetting processes. As the results of SWCC estimated by van Genuchten (1980) model, the parameter related to Air Entry Value(AEV), ${\alpha}$ in the wetting process is larger than that in drying process, but the parameters related to the SWCC slope, n and the residual water content, m are larger than those in wetting process. The AEV is increased or Water Entry Value (WEV) is decreased with increasing the relative density of sand. The AEV is larger than the WEV at the same relative density of sand. As the results of HCF estimated by van Genuchten (1980) model which is one of the parameter estimation methods, the unsaturated hydraulic conductivity maintained at a saturated one in the low level of matric suctions and then suddenly decreased just before the AEV or the WEV. The saturated hydraulic conductivity in drying process is larger than that in wetting process. The saturated hydraulic conductivity is decreased with increasing the relative density of sand in both drying and wetting processes. Also, the hysteresis in unsaturated HCFs between drying and wetting process was occurred like the hysteresis in SWCCs. According to the test results, the AEV on SWCC is decreased and the saturated hydraulic conductivity is increased with increasing the initial density. It means that SWCC and HCF are affected by the initial density in the unsaturated soil.
The Soil-Water Characteristics Curve (SWCC) is affected by the initial density of soil under unsaturated condition. Also, the characteristic of hydraulic conductivity is changed by the initial density of soil. To study the effect of initial density of unsaturated soil, SWCC and the Hydraulic Conductivity Function (HCF) of Jumoonjin sand with various relative densities, 40%, 60% and 75% were measured in both drying and wetting processes. As the results of SWCC estimated by van Genuchten (1980) model, the parameter related to Air Entry Value(AEV), ${\alpha}$ in the wetting process is larger than that in drying process, but the parameters related to the SWCC slope, n and the residual water content, m are larger than those in wetting process. The AEV is increased or Water Entry Value (WEV) is decreased with increasing the relative density of sand. The AEV is larger than the WEV at the same relative density of sand. As the results of HCF estimated by van Genuchten (1980) model which is one of the parameter estimation methods, the unsaturated hydraulic conductivity maintained at a saturated one in the low level of matric suctions and then suddenly decreased just before the AEV or the WEV. The saturated hydraulic conductivity in drying process is larger than that in wetting process. The saturated hydraulic conductivity is decreased with increasing the relative density of sand in both drying and wetting processes. Also, the hysteresis in unsaturated HCFs between drying and wetting process was occurred like the hysteresis in SWCCs. According to the test results, the AEV on SWCC is decreased and the saturated hydraulic conductivity is increased with increasing the initial density. It means that SWCC and HCF are affected by the initial density in the unsaturated soil.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 국내 대표적인 모래인 주문진 표준사를 대상으로 초기 상대밀도에 따른 흙-함수특성곡선(SWCC)을 실험적으로 산정하고 이를 토대로, 불포화 투수계수함수(Hydraulic Conductivity Function, HCF)의 변화를 고찰하고자 한다. 이를 위하여 먼저 자동 흙-함수특성곡선 측정장치를 이용하여 상대밀도 40%, 60% 및 75%의 주문진 표준사에 대한 건조 및 습윤과정의 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정한다.
그리고 일정단계의 모관흡수력 수준에서 간극수 배출 및 유입이 수렴된 이후 다음 단계의 모관흡수력을 재하 혹은 제하하였다. 따라서 상대밀도에 따른 주문진 표준사의 불포화상태에 대한 건조 및 습윤과정을 재현하였다.
본 연구에서는 상대밀도에 따른 주문진 표준사의 포화투수계수를 산정하기 위하여 삼축투수시험을 수행하였다. 대상 시료에 대하여 변수위시험을 수행하여 투수계수를 측정할 경우 상대적으로 많은 시간이 소요된다.
그리고 van Geunchten (1980)의 제안식을 적용하여 주문진 표준사의 상대밀도에 따른 불포화 투수계수함수를 산정한다. 이를 토대로 상대밀도와 건조 및 습윤과정에 따른 주문진 표준사의 불포화 투수계수함수의 특성을 고찰하고자 한다.
제안 방법
본 연구에서는 주문진 표준사를 이용하여 시험을 수행하였다. ASTM D 4253-83 및 ASTM D 4254-83 시험법에 의거하여 주문진 표준사의 최대 및 최소 건조단위중량을 측정하고 상대밀도 40%, 60% 및 75%의 조건으로 시료를 성형하였다. 이와 같이 성형된 시료는 포화를 시킨 후 자동 흙-함수특성곡선 시험장치를 이용하여 모관흡수력과 체적함수비를 측정하였다.
그림에서 보는 바와 같이 플라스틱 봉으로 시료를 다져 상대밀도 40%, 60% 및 75%의 시료를 성형하였다. 그리고 시료 상하부에 다공석을 두어 포화시 시료내부에 물이 원활하게 흐를 수 있도록 하였다. 시료를 포화시키기 위하여 데시케이터와 진공펌프를 활용하였다.
단계별 모관흡수력의 조절로 인하여 간극수의 변화는 초기에 급격하게 변화하다가 시간이 지남에 따라 수렴하게 된다. 그리고 일정단계의 모관흡수력 수준에서 간극수 배출 및 유입이 수렴된 이후 다음 단계의 모관흡수력을 재하 혹은 제하하였다. 따라서 상대밀도에 따른 주문진 표준사의 불포화상태에 대한 건조 및 습윤과정을 재현하였다.
경험적인 공식은 흙함수특성곡선(Soil-Water Characteristics Curve, SWCC)의 불포화 관련계수를 이용하여 불포화 투수계수함수를 산정하는 방법이다(Wind, 1955; Gardner, 1958; Rijtema, 1965). 그리고 통계적인 공식은 흙함수특성곡선(SWCC)의 불포화 관련계수를 적용하여 상대 투수계수함수를 예측하는 것이다. Campbell (1974)과 Fredlund and Xing (1994)은 Childs and Collis-Georges (1950)의 투수모델을 도입하여 상대 투수계수함수를 제안하였고, Brooks and Corey (1964)는 Burdine (1953)의 투수모델을 적용하여 상대 투수계수함수를 제안하였으며, van Genuchten (1980) 은 Burndine (1953) 및 Mualem (1976)의 투수모델을 적용하여 각각의 상대 투수계수함수를 제안하였다.
9는 상대밀도에 따른 주문진 표준사의 모관흡수력과 불포화 투수계수의 관계를 나타낸 것이다. 또한 건조과정의 공기함입치와 습윤과정의 수분함입치를 함께 도시하였다. 그림에서 보는 바와 모관흡수력이 증가함에 따라 불포화 투수계수는 일정하게 유지되다가 급격하게 감소하는 것으로 나타났다.
이에 대한 영향을 고찰하기 위하여 주문진 표준사의 초기 상대밀도에 따른 흙-함수특성곡선(SWCC)과 불포화 투수계수함수(HCF)를 산정하였다. 먼저 자동 흙-함수특성곡선 측정장치를 이용하여 상대밀도 40%, 60% 및 75%의 주문진 표준사에 대한 건조 및 습윤과정에서의 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정하였다. 상대밀도에 따른 주문진 표준사의 흙-함수특성곡선(SWCC) 으로부터 각각 불포화 계수를 결정하고, 이를 van Geunchten (1980)의 제안식에 적용하여 주문진 표준사의 상대밀도에 따른 불포화 투수계수함수를 산정하였다.
모래의 초기 상대밀도에 따른 불포화 투수특성 변화를 고찰하기 위하여 모래의 초기 간극비와 공기함입치의 관계를 나타내었다. Fig.
본 시험에서는 먼저 시료를 포화시킨 후 공기압을 가하여 간극수를 배출하는 건조과정을 실시하게 된다. 플라스틱 몰드(직경 5.
본 연구에서는 주문진 표준사를 이용하여 시험을 수행하였다. ASTM D 4253-83 및 ASTM D 4254-83 시험법에 의거하여 주문진 표준사의 최대 및 최소 건조단위중량을 측정하고 상대밀도 40%, 60% 및 75%의 조건으로 시료를 성형하였다.
Table 4는 상대밀도에 따른 주문진 표준사에 대한 건조 및 습윤과정에서의 포화투수계수를 나타낸 것이다. 이를 위하여 먼저 상대밀도에 따른 주문진 표준사의 포화시 투수계수를 측정하였다. 이 값을 토대로 van Genuchten (1980)이 제시한 불포화토의 투수 계수함수 산정식을 이용하여 건조 및 습윤과정에서 포화시 유효포화도를 투수계수함수 산정식에 입력하여 계산한 것이다.
따라서 본 연구에서는 국내 대표적인 모래인 주문진 표준사를 대상으로 초기 상대밀도에 따른 흙-함수특성곡선(SWCC)을 실험적으로 산정하고 이를 토대로, 불포화 투수계수함수(Hydraulic Conductivity Function, HCF)의 변화를 고찰하고자 한다. 이를 위하여 먼저 자동 흙-함수특성곡선 측정장치를 이용하여 상대밀도 40%, 60% 및 75%의 주문진 표준사에 대한 건조 및 습윤과정의 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정한다. 그리고 van Geunchten (1980)의 제안식을 적용하여 주문진 표준사의 상대밀도에 따른 불포화 투수계수함수를 산정한다.
불포화 조건에서 흙의 초기 상대밀도 혹은 초기 간극비는 흙-함수특성곡선을 변화시키게 되며, 이로 인하여 불포화 조건에서 투수 특성도 변화하게 된다. 이에 대한 영향을 고찰하기 위하여 주문진 표준사의 초기 상대밀도에 따른 흙-함수특성곡선(SWCC)과 불포화 투수계수함수(HCF)를 산정하였다. 먼저 자동 흙-함수특성곡선 측정장치를 이용하여 상대밀도 40%, 60% 및 75%의 주문진 표준사에 대한 건조 및 습윤과정에서의 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정하였다.
ASTM D 4253-83 및 ASTM D 4254-83 시험법에 의거하여 주문진 표준사의 최대 및 최소 건조단위중량을 측정하고 상대밀도 40%, 60% 및 75%의 조건으로 시료를 성형하였다. 이와 같이 성형된 시료는 포화를 시킨 후 자동 흙-함수특성곡선 시험장치를 이용하여 모관흡수력과 체적함수비를 측정하였다. Fig.
(1999)는 흙내부의 간극을 두 가지로 크게 분류하였다. 즉, 모관현상에 지배되는 거시적인 관점에서의 간극과 물리화학적인 힘에 의해 지배되는 미시적인 관점에서의 간극으로 분류하였다. Alonso et al.
Figure 4는 자동 흙-함수특성곡선 시험장치를 이용하여 상대밀도 60%인 주문진 표준사의 모관흡수력 재하 및 제하시 시간에 따른 간극수의 측정량을 나타낸 것이다. 즉, 시료에 모관흡수력을 재하시켜 간극수를 배출시키는 건조과정과, 반대로 모관흡수력을 제하시켜 간극수를 유입시키는 습윤과정을 재현하였다. 그림에서 보는 바와 같이 건조과정에서는 모관흡수력이 증가함에 따라 간극 수의 측정량은 증가하고, 습윤과정에서는 모관흡수력이 감소함에 따라 간극수의 측정량이 감소하는 것으로 나타났다.
본 시험에서는 먼저 시료를 포화시킨 후 공기압을 가하여 간극수를 배출하는 건조과정을 실시하게 된다. 플라스틱 몰드(직경 5.05cm, 높이 3.89cm)와 플라스틱 봉을 이용하여 3층 다짐을 실시하였다. Fig.
대상 데이터
본 시험장치는 압력조절장치(pressure panel), 플로우셀(flow cell), 물저장소 및 공기방울트랩(water reservoir and air bubble trap), 저울(balance), 선반 및 저장상자(shelf and storage box), 시료준비장치(sample preparation accessories), 측정시스템 등으로 구성되어 있다. Figure 3은 각각에 대한 구성요소들을 연결하여 설치된 자동 흙-함수특성곡선 시험장치의 전체적인 모습을 나타낸 것이다.
이론/모형
이를 위하여 먼저 자동 흙-함수특성곡선 측정장치를 이용하여 상대밀도 40%, 60% 및 75%의 주문진 표준사에 대한 건조 및 습윤과정의 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정한다. 그리고 van Geunchten (1980)의 제안식을 적용하여 주문진 표준사의 상대밀도에 따른 불포화 투수계수함수를 산정한다. 이를 토대로 상대밀도와 건조 및 습윤과정에 따른 주문진 표준사의 불포화 투수계수함수의 특성을 고찰하고자 한다.
대상 시료에 대하여 변수위시험을 수행하여 투수계수를 측정할 경우 상대적으로 많은 시간이 소요된다. 따라서 본 연구에서는 ASTM-D5084 시험법에 따른 삼축압축시험장치를 이용한 강제투수방식을 적용하였다. 시험방법은 시료를 성형하여 포화시킨후 시료의 내부에 일정한 수압을 가하여 배출되는 유량과 시간을 측정하는 것이다.
본 연구에서는 주문진 표준사의 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정하기 위하여 자동 흙-함수특성곡선 시험장치를 활용하였다 (Song et al., 2012). 본 시험장치는 측정원리가 간단하고 연속적인 측정이 가능하며, 시험자에 의해 발생될 수 있는 오차를 최소화하여 정확한 불포화토의 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정할 수 있다.
먼저 자동 흙-함수특성곡선 측정장치를 이용하여 상대밀도 40%, 60% 및 75%의 주문진 표준사에 대한 건조 및 습윤과정에서의 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정하였다. 상대밀도에 따른 주문진 표준사의 흙-함수특성곡선(SWCC) 으로부터 각각 불포화 계수를 결정하고, 이를 van Geunchten (1980)의 제안식에 적용하여 주문진 표준사의 상대밀도에 따른 불포화 투수계수함수를 산정하였다. 이들 결과를 정리하면 다음과 같다.
이를 위하여 먼저 상대밀도에 따른 주문진 표준사의 포화시 투수계수를 측정하였다. 이 값을 토대로 van Genuchten (1980)이 제시한 불포화토의 투수 계수함수 산정식을 이용하여 건조 및 습윤과정에서 포화시 유효포화도를 투수계수함수 산정식에 입력하여 계산한 것이다. 표에서 보는 바와 같이 건조과정에서의 포화투수계수는 습윤과정에서의 포화투수계수보다 크게 나타남을 알 수 있다.
3.2 흙-함수특성곡선(SWCC) 예측
측정된 모관흡수력과 간극수량을 토대로 van Genuchten (1980)의 제안식을 이용하여 흙-함수특성곡선(SWCC)을 예측하였다. van Genuchten (1980)은 Mualem (1976)의 모델을 토대로 유효포화도(Se)와 압력수두(h)의 상관관계를 이용하여 흙-함수특성곡선 (SWCC)을 예측하였다.
측정된 모관흡수력과 체적함수비를 토대로 비선형 최소제곱법(nonlinear least squares analysis)을 적용하여 van Genuchten (1980) 제안식의 불포화 계수인 α, n 및 m을 산정하였다.
성능/효과
(1) van Genuchten(1980)의 방법을 이용하여 주문진 표준사의 상대밀도에 따른 흙-함수특성곡선(SWCC)으로부터 불포화 계수를 산정한 결과 공기유입값과 관계된 계수 α는 습윤과정에서 더 큰 값을 가지며, 변곡점의 경사에 관계된 계수 n과 잔류함수비에 관계된 계수 m은 건조과정에서 더 큰 값을 갖는다.
(2) 주문진 표준사의 상대밀도가 증가함에 따라 흙-함수특성곡선 (SWCC)상의 건조 및 포화체적함수비는 감소하는 경향을 보인다. 그리고 상대밀도가 증가할수록 공기함입치는 증가하지만 수분함입치는 감소하며, 동일한 상대밀도에서 공기함입치는 수분함입치보다 크게 발생된다.
(4) 건조 및 습윤과정에서 불포화 투수계수는 포화시 투수계수로 일정하게 유지되다가 공기함입치 혹은 수분함입치 직전에 급격하게 감소하며, 건조과정의 경우 습윤과정에 비해 비교적 큰 모관흡수력에서 투수계수의 감소가 시작된다.
(5) 주문진 표준사의 초기 상대밀도 혹은 초기 간극비에 따라 흙-함수특성곡선(SWCC)에서의 공기함입치(AEV)는 감소하고 포화투수계수는 증가하므로, 주문진 표준사의 초기 간극비에 따라 흙-함수특성곡선(SWCC)과 불포화 투수계수함수(HCF)가 변화됨을 확인할 수 있다.
그러나 습윤과정의 경우 상대밀도가 증가함에 따라 공기유입값과 관계된 계수 α는 증가하나, 변곡점의 경사에 관계된 계수 n과 잔류함수비에 관계된 계수 m은 변화가 매우 적은 것으로 나타났다.
그림에서 보는 바와 같이 흙-함수특성곡선은 일반적인 사질토에서 나타나는 S자 모양의 비선형적인 관계를 보이는 것으로 나타났다. 그리고 건조과정의 모관흡수력이 습윤과정의 모관흡수력보다 상대적으로 큰 값을 나타내며, 곡선의 기울기도 차이가 있는 것으로 나타났다.
표에서 보는 바와 같이 건조과정에서의 포화투수계수는 습윤과정에서의 포화투수계수보다 크게 나타남을 알 수 있다. 그리고 상대밀도가 증가함에 따라 건조 및 습윤과정에서의 포화투수계수는 감소하는 것으로 나타났다.
즉, 시료에 모관흡수력을 재하시켜 간극수를 배출시키는 건조과정과, 반대로 모관흡수력을 제하시켜 간극수를 유입시키는 습윤과정을 재현하였다. 그림에서 보는 바와 같이 건조과정에서는 모관흡수력이 증가함에 따라 간극 수의 측정량은 증가하고, 습윤과정에서는 모관흡수력이 감소함에 따라 간극수의 측정량이 감소하는 것으로 나타났다. 단계별 모관흡수력의 조절로 인하여 간극수의 변화는 초기에 급격하게 변화하다가 시간이 지남에 따라 수렴하게 된다.
또한 건조과정의 공기함입치와 습윤과정의 수분함입치를 함께 도시하였다. 그림에서 보는 바와 모관흡수력이 증가함에 따라 불포화 투수계수는 일정하게 유지되다가 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 즉 건조 및 습윤과정에서 불포화 투수계수는 포화시 투수계수로 일정하게 유지되다가 공기함입치 혹은 수분함입치 직전에 급격하게 감소하는 것으로 나타났다.
표에서 보는 바와 같이 포화체적함수비는 건조과정이 습윤과정에서 보다 크게 나타나며, 잔류체적함수비는 건조 및 습윤 과정에서 동일한 것으로 나타났다. 또한 상대밀도가 증가함에 따라 건조 및 포화체적함수비는 감소하는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 한편 동일한 상대밀도에서 공기함입치는 수분함입치보다 크게 나타나며, 상대밀도가 증가할수록 공기함입치는 증가하지만 수분 함입치는 감소하는 것으로 나타났다.
본 시험장치에서는 시료에 공기압을 가하여 포화된 시료를 불포화상태로 만드는 건조과정(drying process)과 불포화 시료에 물을 주입하여 포화상태로 만드는 습윤과정(wetting process)을 재현할 수 있으며, 건조 및 습윤과정에 따른 시료내 함수변화특성을 파악할 수 있다.
저울은 컴퓨터와 연결되어있으며 가해진 공기압과 측정된 간극수의 무게는 자동측정 프로그램을 통해 실시간으로 확인 및 저장이 가능하다. 본 프로그램에서는 실시간으로 간극수의 유출입 상태를 그림으로 보여줌으로써 다음 단계의 공기압을 가하는 시점을 정확하게 알 수 있다. 따라서 공기압을 단계별로 증가시켜 흙시료내 간극수를 배출시킴으로서 건조과정에 대한 함수특성을 나타낼 수 있으며, 반대로 공기압을 단계별로 감소시켜 흙시료내 간극수를 유입시킴으로서 습윤과정의 대한 함수특성을 나타낼 수 있다.
이를 살펴보면 초기간극비에 따른 포화투수계수의 증가율은 건조과정이 습윤과정의 약 2배에 해당함을 알 수 있다. 이상에서 보는 바와 같이 모래의 초기 간극비에 따라 흙-함수특성곡선(SWCC)과 불포화 투수계수함수(HCF)가 변화하게 됨을 확인할 수 있다.
그림에서 보는 바와 모관흡수력이 증가함에 따라 불포화 투수계수는 일정하게 유지되다가 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 즉 건조 및 습윤과정에서 불포화 투수계수는 포화시 투수계수로 일정하게 유지되다가 공기함입치 혹은 수분함입치 직전에 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 한편, 건조 및 습윤과정에서의 불포화 투수계수함수는 흙-함수 특성곡선에서와 동일하게 이력현상이 발생하는 것으로 나타났다.
측정된 모관흡수력과 체적함수비를 토대로 비선형 최소제곱법(nonlinear least squares analysis)을 적용하여 van Genuchten (1980) 제안식의 불포화 계수인 α, n 및 m을 산정하였다. 최소제곱법의 신뢰도를 나타내는 결정계수(coefficient of determination, R2)는 건조과정의 경우 0.995-0.997, 습윤과정의 경우 0.984-0.993으로 매우 높게 나타났다.
그림에서 보는 바와 같이 건조과정의 투수계수함수가 습윤과정의 투수계수함수보다 큰 값을 갖는 것으로 나타났다. 특히 건조과정의 경우 습윤과정에 비해 비교적 큰 모관흡수력에서 투수계수의 감소가 시작되는 것으로 나타났다.
그리고 이를 정리하면 Table 3과 같이 나타낼 수 있다. 표에서 보는 바와 같이 포화체적함수비는 건조과정이 습윤과정에서 보다 크게 나타나며, 잔류체적함수비는 건조 및 습윤 과정에서 동일한 것으로 나타났다. 또한 상대밀도가 증가함에 따라 건조 및 포화체적함수비는 감소하는 경향을 보이는 것으로 나타났다.
또한 상대밀도가 증가함에 따라 건조 및 포화체적함수비는 감소하는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 한편 동일한 상대밀도에서 공기함입치는 수분함입치보다 크게 나타나며, 상대밀도가 증가할수록 공기함입치는 증가하지만 수분 함입치는 감소하는 것으로 나타났다.
즉 건조 및 습윤과정에서 불포화 투수계수는 포화시 투수계수로 일정하게 유지되다가 공기함입치 혹은 수분함입치 직전에 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 한편, 건조 및 습윤과정에서의 불포화 투수계수함수는 흙-함수 특성곡선에서와 동일하게 이력현상이 발생하는 것으로 나타났다. 그림에서 보는 바와 같이 건조과정의 투수계수함수가 습윤과정의 투수계수함수보다 큰 값을 갖는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
불포화토의 투수계수함수를 결정하는 방법 중 실험적인 방법은 어떻게 구분될 수 있나?
먼저, 실험적인 방법으로는 정상류 상태에서 측정법과 비정상류 상태에서 측정법으로 구분할 수 있다(Masrouri et al., 2008).
불포화토의 투수계수함수를 결정하는 방법에서 실험적인 방법의 단점은?
불포화토의 투수계수함수를 결정하는 방법으로는 실험적인 방법과 이론적인 방법으로 구분할 수 있다. 그러나 실험적인 방법은 시험장치가 고가이고, 시간과 노력이 많이 필요하며 정확한 값을 측정하는 것이 매우 어렵기 때문에 이론적인 방법이 주로 사용되고 있다.
불포화토의 투수계수함수를 결정하는 방법은 어떻게 나뉠 수 있나?
불포화토의 투수계수함수를 결정하는 방법으로는 실험적인 방법과 이론적인 방법으로 구분할 수 있다. 그러나 실험적인 방법은 시험장치가 고가이고, 시간과 노력이 많이 필요하며 정확한 값을 측정하는 것이 매우 어렵기 때문에 이론적인 방법이 주로 사용되고 있다.
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