흙수분 곡선(불포화토, matric suction, 전단강도)

흙수분 곡선

시험개요

댐의 시공 중이나 유지관리 중, 자연사면, 토압, expansive soil의 불포화토 거동은 포화토와 다르며 포화도, matric suction에 따라 전단강도가 변한다. 지하수위가 깊은 지반에서 불포화 층이 크며 불포화 토에서 matric suction이 발생하며 matric suction은 흙의 전단강도에 영향을 준다.

시험기기

영국 GDS Instruments Ltd. Model GDSTAS

load frame	triaxial cell 2개	압력조절 체적측정
		컴퓨터와 소프트웨어, AIR COMPRESSOR
load cell의 압력과 변위 측정	압력 체적controller 2개

시험 모식도

시험 내용

Ceramic은 시료 하단에 넣어 Ceramic의 작은 공극 속에 물을 포화 시켰을 때 물은 통과하나 물의 표면장력으로 공기는 통과 하지 못한다. Ceramic 공극의 크기는 투수성, 공기의 투과에 영향이 있으므로 아주 중요하다. Air Entry Value는 완전 포화된 Ceramic의 공극을 통과하여 공기가 통과되는 압력을 말한다.   흡입력 : 포화토 속의 간극기압(Ua)과 간극수압(Uw)의 차이에 의해서 생긴다. : 물의 표면장력, 72.75mN/m 20℃  : 최대공극의 직경

물의 표면장력에 의한 흙 입자간의 장력

직경이 동일한 2개의 입자 : Water retention angle 반경 ( Radii of meniscus ) 물의 표면장력 입자간 힘 : 입자의 반경 : 물표면의 곡률반경

공극의 직경에 따른 모관상승고

hc(cm) d(mm) 1.48 0.1 1.97 0.075 7.40 0.02 18.49 0.008 73.96 0.002 184.90 0.0008 739.59 0.0002

다공석

세립다공석 (high air entry valve porous stone)	조립다공석
미국의 soil moisture equipment corporation사에서 제작된 세라믹 재질이다. 흙, 공시체 하부에 설치되는 세립다공석은 공기와 흙 입자의 하부로의 이동을 못하게 하지만물은 세립다공석을 통하여 흐른다	조립다공석은 흙 공시체의 위쪽에 설치하여 물과 공기를 흐르게 하고 흙 입자의 이동을 억제한다.

축 이동기술(axis translation technique-hilf 1956)

불포화토를 대상으로 간극수압이 절대 0기압으로 다가가면 물속에 녹아 있던 공기방울이 기포화하는 공동현상(cavity)이 일어난다. back pressure를 1bar 이상으로 가하여 간극기압을 크게 하면 공동현상이 발생하지 않는다.

불포화토 투수계수

controller 압력 체적변화 검증

밸브를 잠그고 controller로 압력을 가하여 controller와 튜브의 체적변화를 측정하여 controller와 튜브의 팽창성과 밀폐성 검증. (압력 0 -> 500 -> 0 kPa)
측정배수량의 보정을 위해 controller압력과 체적변화 그래프의 계산식을 산정하여 배수량을 보정한다.

controller 압력과 압력센서 검증

압력센서의 밸브를 잠그고 controller로 압력을 가하여 controller압력과 압력센서의 정상 유무를 검증. 압력센서는 시험 중 공기압에 연결.

ceramic test

ceramic 공기 침입(Air Entry Value)시험

bar 공극의직경 (*10-3 mm) 투수계수 K (m/s) Air Entry Value(Ua-Uw)kPa 5 0.5 1.21*10-9 550이상

Sample 시험

▣시료의 기본 물성치

분류	직경(mm)	높이(mm)	포화시료(g)	건조시료(g)	용기(g)	Ws	Ww
풍화점토	49.4	16.6	78.68	60.64	24.74	35.9	18.04

시료부피(mm3)	Vs(mm3)	함수비(%)	긴극비()	포화도(S)
31,816.46	13,776.46	50	1.31	1

▣ 시험조건

ceramic 5 bar 시험시간 50,205 초 배압감소속도 282 sec/1kPa 공기압력() 300kPa 구속압력 400kPa 배압감소() 250kPa->72kPa 흡입력 54 - 227kPa 배수량 2,963mm3

▣ 배수량 곡선

배수량은 측정배수량에서 controller체적변화를 보정한 값이다.

▣ 간극비(e) 곡선

간극비의 범위 (1.31 - 1.09)   흡입력 (54kPa - 227kPa)

▣ 포화도 곡선

포화도 범위 (1 - 0.84)

▣ 함수비 곡선

함수비 범위 (50% - 42%)

▣ 체적함수비 곡선

Fredlund and xing(1994)	Van Genuchten(1980)
위 방정식을 사용하기 위한 적합매개변수들은 아래와 같다.

시험결과

Fredlund and xing(1994)

Van Genuchen(1980)

▣ 투수계수(K)

전체 Q(mm3) 2,963 h(mm) 14284.08 t(sec) 50205 L(mm) 16.6 A(mm2) 1955.65 K(mm/sec) 3.5E-08

1영역 Q(mm3) 1,469 h(mm) 7890.72 t(sec) 14295 L(mm) 16.6 A(mm2) 1955.65 K(mm/sec) 1.1E-07

2영역 Q(mm3) 1,494 h(mm) 16662.72 t(sec) 35910 L(mm) 16.6 A(mm2) 1955.65 K(mm/sec) 2.1E-08