The resistivity of soils depends on grains size, porosity, water saturation, pore fluid resistivity, caly contents and son on. It is very important to understand the relationship between resistivity and such physical properties of soils, in order to interpret and evaluate ground conditions by using ...
The resistivity of soils depends on grains size, porosity, water saturation, pore fluid resistivity, caly contents and son on. It is very important to understand the relationship between resistivity and such physical properties of soils, in order to interpret and evaluate ground conditions by using resistivity data obtained from electrical resistivity prospecting. In this paper, to study the relationship between resistivity and physical properties of soils, the resistivity of glass beads and compacted soil samples both in saturated and unsaturated conditions is measured. As the results, the resistivity of saturated soils depends mainly on porosity and clay contents, while that of unsaturated soils is sensitive to compaction conditions, and decreases with increasing water content until the optimum water condition, that is the maximum dry density. But, the relationship between resistivity and water saturation for soils is unique, being independent of compaction energy. Also, the resistivity ratio decrease with increasing water saturation, followed by no significant change of resistivity ratio over 80 percent of water saturation (the optimum water content).
The resistivity of soils depends on grains size, porosity, water saturation, pore fluid resistivity, caly contents and son on. It is very important to understand the relationship between resistivity and such physical properties of soils, in order to interpret and evaluate ground conditions by using resistivity data obtained from electrical resistivity prospecting. In this paper, to study the relationship between resistivity and physical properties of soils, the resistivity of glass beads and compacted soil samples both in saturated and unsaturated conditions is measured. As the results, the resistivity of saturated soils depends mainly on porosity and clay contents, while that of unsaturated soils is sensitive to compaction conditions, and decreases with increasing water content until the optimum water condition, that is the maximum dry density. But, the relationship between resistivity and water saturation for soils is unique, being independent of compaction energy. Also, the resistivity ratio decrease with increasing water saturation, followed by no significant change of resistivity ratio over 80 percent of water saturation (the optimum water content).
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문제 정의
따라서 본 논문은 지반의 물성과 전기비저항의 관계를 정확하게 밝히기 위하여 실내에서 여러 가지 종류의 흙 시료의 전기비저항을 측정하고, 그 결과로부터 흙의 전기비저항을 좌우하는 물성요인과 이들 요인이 전기비저항에 미치는 영향에 대해서 서술한다.
본 연구에서는 여러가지 흙 시료의 물성을 변화시키면서 전기비저항을 측정하여 그 결과로부터 흙의 물성과 전기비저항의 관계를 밝혔다. 그 결과를 요약하여 정리하면 표 2와 같다.
물로 포화된 지층에서는 공극률과 간극수의 전기비저항이 큰 영향을 미치고 있음을 알 수 있으며, 불포화 지층에서는 함수비에 의해서 지반의 전기비저항이 크게 좌우되고 있음을 흙 시료의 전기비저항 측정 결과로부터 알 수 있다. 이러한 지반의 전기적 성질을 바탕으로 쓰레기 매립장에 전기비저항 탐사를 실시하고 그 해석 결과를 소개한다.
제안 방법
그 후 일정 시간 동안 진공펌프로 흡입하여 시료 및 지하수에 들어있는 공기를 탈기시키고, 간극수의 전기비저항이 어느 정도 안정된 후에 5등분으로 나누어 몰드에 투입하였다. 각 층마다 플라스틱 해머로 몰드의 외벽을 두드리는 회수에 의해서 시료의 공극률을 조정했다.
증류수와 NaCl 용액을 사용하여 조절했다. 그 후 일정 시간 동안 진공펌프로 흡입하여 시료 및 지하수에 들어있는 공기를 탈기시키고, 간극수의 전기비저항이 어느 정도 안정된 후에 5등분으로 나누어 몰드에 투입하였다. 각 층마다 플라스틱 해머로 몰드의 외벽을 두드리는 회수에 의해서 시료의 공극률을 조정했다.
시료 제작 방법은 증류수 및 NaCl 농도가 다른 수용액에 시료를 포화시킨 후 5등분으로 나누어 시료를 몰드에 집어넣고, 전술한 방법과 같이 각 층마다 플라스틱 해머로 몰드의 외벽을 두드리는 회수에 의해서 시료의 공극률이 일정하게 되도록 조정했다. 그러나 동일한 방법으로 만든 시료라 하더라도 공극률이 일정하지 않은 경우가 많아 각 시료를 10~20개 준비하여 전기비저항을 측정하였다. 측정결과로부터 전체 시료를 대상으로 공극률의 평균치를 구하고, 그 평균치에서 ±2%이내의 자료만 채용하였다.
낮동일한 흙 시료를 이용하여 전기비저항이 높은 수용액부터은 수용액 순으로 간극을 포화시켜 전기비저항을 측정하였다. 이를 위해서는 간극수의 전기비저항은 변화해도 공극률이 일정하게 되도록 하기 위하여 동일한 방법으로 몰드 내의 흙 다짐을 하였다.
9 ohm-m (25℃ 온도로 보정한 값)로 해수와 거의 비슷한 전기전도도를 나타내고 있으며, 이 침출수에 의해서 지층이 포화되었을 경우 상기 (4)식에 의해서 지층의 전기비저항을 구하면 약 6 ohm-m 이匸" 이때 지층의 전기비저항 계수및 공극률은 일반 시험치를 사용했기 때문에 약간의 오차는 있을 것으로 생각되나 지층의 전기비저항이 10 ohm-m 이하의 저비저항대는 침출수의 영향을 받고 있을 것으로 판단된다. 따라서 A측선과 B 측 선에서 나타나는 10 ohm-m 이하의 저비저항대는 지질파쇄대 등을 따라 침출수가 유동되는 경로로 추정되며 이 지점에 시추조사(BH-3, 4공)를 실시하였다. 시추조사 결과에 의하면 상부는 자갈을 포함하고 있는 토사층이 분포하고 있으며, BH-4공의 경우 깊이 33m 까지는 core회수가 거의 불가능 할 정도로 심하게 풍화 파쇄되어 있다.
이를 위해서는 간극수의 전기비저항은 변화해도 공극률이 일정하게 되도록 하기 위하여 동일한 방법으로 몰드 내의 흙 다짐을 하였다. 시료 제작 방법은 증류수 및 NaCl 농도가 다른 수용액에 시료를 포화시킨 후 5등분으로 나누어 시료를 몰드에 집어넣고, 전술한 방법과 같이 각 층마다 플라스틱 해머로 몰드의 외벽을 두드리는 회수에 의해서 시료의 공극률이 일정하게 되도록 조정했다. 그러나 동일한 방법으로 만든 시료라 하더라도 공극률이 일정하지 않은 경우가 많아 각 시료를 10~20개 준비하여 전기비저항을 측정하였다.
시료의 함수비는 충분한 양의 시료를 자연 건조시킨 후 물을 조금씩 가하면서 시료 전체가 동일한 함수비가 되도록 골고루 섞은 다음 시료를 4 등분하여 그 중 한 등분을 사용했다. 시료를 몰드 내에 넣고 동일한 방법으로 다짐을 하였으며, 전기비저항을 측정한 후에는 시료의 일부를 함수비 측정용으로 사용했다. 나머지 시료는 사용하지 않은 3등분 시료와 섞어 전술한 방법과 같이 함수비를 조절하여 반복해서 사용하였다.
전극은 몰드 양 단면에 동판의 전류전극(Cl, C2)과 몰드내측에 직경 1mm의 동선 4개(Pl, P2, P3, P4)를 이용하여 전위전극으로 했다. 시료의 전기비저항 측정에 있어서는 양 단면의 동판으로부터 전류를 흘러 보내고 전위전극 4개를 2개씩 조합하여 총 6회를 측정하여 이들의 평균값을 시료의 전기비저항으로 했다.
표 1에 나타낸 것과 같다. 이들 시료 중 모래, 실트질 모래 및 점토질 모래에 대해서는 다짐에 의해 공극률 및 밀도 등의 물성치를 변화시켜 전기비저항을 측정하는데 사용했다.
이를 위해서는 간극수의 전기비저항은 변화해도 공극률이 일정하게 되도록 하기 위하여 동일한 방법으로 몰드 내의 흙 다짐을 하였다. 시료 제작 방법은 증류수 및 NaCl 농도가 다른 수용액에 시료를 포화시킨 후 5등분으로 나누어 시료를 몰드에 집어넣고, 전술한 방법과 같이 각 층마다 플라스틱 해머로 몰드의 외벽을 두드리는 회수에 의해서 시료의 공극률이 일정하게 되도록 조정했다.
전기비저항탐사 측선은 지표 지질조사 및 지형 등을 고려하여 지하수의 유동이 예상되는 지역에 설치하였으며, 전극배열은 상대적으로 분해능이 높은 쌍극자 배열을 설정했다. 전극간격은 탐사심도를 고려해서 5m 간격으로 하고, 전위차를 측정하기 전에 접지저항 등을 체크하여 신뢰성 높은 측정 자료를 획득하였다.
조사하기 위하여 시추조사에 앞서 전기비저항탐사를 실시하였다. 전기비저항탐사 측선은 지표 지질조사 및 지형 등을 고려하여 지하수의 유동이 예상되는 지역에 설치하였으며, 전극배열은 상대적으로 분해능이 높은 쌍극자 배열을 설정했다. 전극간격은 탐사심도를 고려해서 5m 간격으로 하고, 전위차를 측정하기 전에 접지저항 등을 체크하여 신뢰성 높은 측정 자료를 획득하였다.
조사지는 매립이 종료된 비위생 쓰레기 매립지로 침출수에 의한 주변지역의 토양 및 지하수 오염실태를 조사하기 위하여 시추조사에 앞서 전기비저항탐사를 실시하였다. 전기비저항탐사 측선은 지표 지질조사 및 지형 등을 고려하여 지하수의 유동이 예상되는 지역에 설치하였으며, 전극배열은 상대적으로 분해능이 높은 쌍극자 배열을 설정했다.
흙 시료의 전기비저항을 측정하기 위하여 그림 1과 같은 전기비저항측정 시스템을 구축하였다. 이 시스템은 전류를 흘러 보내는 송신부(function generator), 전위차를 측정하는 신호조정부(signal conditioner), 전류 및 전위차로부터 전기비저항을 산출하는 자료처리부 (data processor) 및 측정용기로(mold)로 구성되어 있다.
대상 데이터
측정 용기는 그림 2에 표시한 것과 같이 내경 80mm, 높이 165mm의 원통형으로 아크릴수지를 사용하여 제작하였다. 전극은 몰드 양 단면에 동판의 전류전극(Cl, C2)과 몰드내측에 직경 1mm의 동선 4개(Pl, P2, P3, P4)를 이용하여 전위전극으로 했다. 시료의 전기비저항 측정에 있어서는 양 단면의 동판으로부터 전류를 흘러 보내고 전위전극 4개를 2개씩 조합하여 총 6회를 측정하여 이들의 평균값을 시료의 전기비저항으로 했다.
이 시스템은 전류를 흘러 보내는 송신부(function generator), 전위차를 측정하는 신호조정부(signal conditioner), 전류 및 전위차로부터 전기비저항을 산출하는 자료처리부 (data processor) 및 측정용기로(mold)로 구성되어 있다. 측정 용기는 그림 2에 표시한 것과 같이 내경 80mm, 높이 165mm의 원통형으로 아크릴수지를 사용하여 제작하였다. 전극은 몰드 양 단면에 동판의 전류전극(Cl, C2)과 몰드내측에 직경 1mm의 동선 4개(Pl, P2, P3, P4)를 이용하여 전위전극으로 했다.
시료의 전기비저항과 함수비의 관계는 중요하다. 흙 시료는 실트 및 점토질 모래 등 4종류를 이용하였다. 시료의 함수비는 충분한 양의 시료를 자연 건조시킨 후 물을 조금씩 가하면서 시료 전체가 동일한 함수비가 되도록 골고루 섞은 다음 시료를 4 등분하여 그 중 한 등분을 사용했다.
성능/효과
탐사한 결과이다. 전체적으로 전기비저항은 2~10, 000 ohm-m의 범위로 분포하고 있으며, 기반암과 지표부근의 불포화 지층은 전기비저항이 높고(적색 계열), 침출수의 영향을 받고 있는 지층은 전기비저항이 낮게(청색 계열) 나타나고 있匸" 조사지의 침출수의 전기비저항은 0.9 ohm-m (25℃ 온도로 보정한 값)로 해수와 거의 비슷한 전기전도도를 나타내고 있으며, 이 침출수에 의해서 지층이 포화되었을 경우 상기 (4)식에 의해서 지층의 전기비저항을 구하면 약 6 ohm-m 이匸" 이때 지층의 전기비저항 계수및 공극률은 일반 시험치를 사용했기 때문에 약간의 오차는 있을 것으로 생각되나 지층의 전기비저항이 10 ohm-m 이하의 저비저항대는 침출수의 영향을 받고 있을 것으로 판단된다. 따라서 A측선과 B 측 선에서 나타나는 10 ohm-m 이하의 저비저항대는 지질파쇄대 등을 따라 침출수가 유동되는 경로로 추정되며 이 지점에 시추조사(BH-3, 4공)를 실시하였다.
등 2001; 박삼규 등, 2002; 박삼규 등, 2003). 전기비저항탐사 결과로부터 얻는 지반의 전기비저항은 지반의 전기적 성질에 관련된 물리량으로 지반을 구성하고 있는 흙과 암석의 물성에 따라 현저한 차이를 나타내고 있으며, 주로 포화도, 공극률, 간극수의 전기전도도 및 점토함유량 등에 따라 전기비저항이 좌우된다. 그러나 탐사결과의 전기비저항은 지반의 여러가지 물성의 복합체로 나타나기 때문에 어떠한 요인이 얼마만큼 전기비저항에 영향을 미치고 있는지 파악하기 어렵다.
후속연구
흙의 공극률이 크면 체적함수율(공극률X포화도)이 높아져서 흙의 전기비저항을 저하시키는 역할을 한다. 또한 전도성을 가진 세립분의 함량이 많으면 많을수록 더욱더 흙의 전기비저항을 저하시키는 역할을 할 것이다. 한편, 쓰레기 매립장과 같이 침출수의 전기비저항이 일반 지하수의 전기비 저항에 비해 상대적으로 아주 낮기 때문에 침출수에 의하여 포화되어 있는 지층은 전기비저항이낮게 나타나게 될 것이고, 이로부터 침출수의 유동경로 등을 추정할 수 있을 것이다.
또한 전도성을 가진 세립분의 함량이 많으면 많을수록 더욱더 흙의 전기비저항을 저하시키는 역할을 할 것이다. 한편, 쓰레기 매립장과 같이 침출수의 전기비저항이 일반 지하수의 전기비 저항에 비해 상대적으로 아주 낮기 때문에 침출수에 의하여 포화되어 있는 지층은 전기비저항이낮게 나타나게 될 것이고, 이로부터 침출수의 유동경로 등을 추정할 수 있을 것이다.
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