• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제19권10호
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• pp.21-26
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• 2018

흙-습윤 특성곡선은 불포화토에서 물의 흐름, 다상유체에서의 상대투수계수, 그리고 흙의 강성 및 부피 변화를 이해하는데 필수적이다. 바이오폴리머는 미생물에 완전 분해가 가능한 자연에 무해한 친환경 물질이다. 따라서, 치토산, 폴리에틸렌 옥사이드, 잔탄검, 알지네이트염 및 폴리아크릴산 등과 같은 바이오폴리머가 지반복원, 지반성능향상 및 오일생산증진을 위해 연구되어왔다. 폴리아크릴산(polyacrylic acid)은 바이오폴리머의 일종으로, 유체의 흐름 특성 향상을 통하여 오일생산증진 및 지반복원 등의 분야에서 우수한 성능을 보여왔다. 따라서, 본 연구에서는 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 포함한 모래의 흙-습윤 특성곡선의 이해하기 위해서 실내시험을 수행하고, 이론적 모델의 매개변수 변화를 연구하였다. 그 결과, 폴리아크릴산(polyacrylic acid)의 농도가 증가함에 따라, 포화된 모래에 주입되는 공기의 주입 모세관압력이 증가함을 보이고, 높은 모세관압력에서의 잔류 함수비 역시 증가하고 있음을 보였다. 또한, 이론식 모델의 매개변수를 구하였으며, 이를 활용한 흙-습윤 특성곡선이 실내 실험 결과와 잘 일치하고 있음을 보였다. 따라서, 이론적 모델의 매개변수를 알고 있으면, 본 연구에서 활용된 폴리아크릴산(polyacrylic acid)이외의 바이오폴리머를 포함한 모래 지반의 흙-습윤 특성곡선이 예측이 가능함을 설명하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권3호
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• pp.13-20
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• 2009

최근까지 사면, 제방, 댐 등의 안정해석에는 흙의 포화도를 고려하지 않고 포화상태의 시료에서 얻어진 강도정수를 사용하여 왔다. 이는 포화지반의 개념으로 구조물을 설계하는 것이 이론적 접근이 용이하고 안전측 설계가 가능하기 때문이었으며, 불포화토를 연구하기 위해 소요되는 실험적 비용과 시간 등의 어려움이 많았기 때문이다. 하지만 고전적인 포화토질역학의 개념과 원리로는 실제의 불포화 지반에서 발생하는 현상과 거동이 합리적으로 해석되지 않는 많은 공학적 문제들이 인식되면서 최근 들어 지반의 공학 연구 분야에 불포화토에 대한 관심이 증가하고 있다. 최근 들어 많은 연구자들은 흙 구조물을 보다 합리적으로 해석하기 위하여 구조체의 포화도를 고려하는 해석의 필요성을 제기하고 있다. 불포화토의 역학적 성질을 규명하기 위한 가장 기본적인 요소중의 하나가 바로 '함수특성곡선(SWCC)'이다. 흙은 불포화상태로 갈수록, 즉 함수비가 감소할수록, 흙 내부에 음의 간극수압이 작용되는데 이 음의 간극수압인 모관흡수력(suction)과 체적 함수비(volumetric water content)간의 상관관계를 나타내는 곡선이 함수특성곡선이다. 본 연구에서는 실무에 편리하게 쓰일 수 있도록 국내 화강풍화토에 대한 지역별 자료를 제시하며, 이에 대한 검증을 위하여 이론적 고찰과 검증, 실험적 검증을 하였다. 함수특성곡선의 추정에는 Soil Vision Ltd.의 Soil Vision이 사용되었으며, 추정된 함수특성곡선과 실험적인 방법과 이론적인 방법로 얻어진 함수특성곡선을 비교, 검증하였다.

• 지질공학
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• 제32권2호
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• pp.241-255
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• 2022

본 연구에서는 예천지역의 화강풍화토에 대하여 KS F 2302의 체 분석 방법과 규정에 준하여 체분석 시험을 수행하고, 물 세척시 발생되는 흙의 입자분리와 입도분포 변화의 특성을 비교 분석하였다. 광학현미경에 의한 영상이미지 분석결과 흙입자가 물에 의해 더 작은 입자로 분리됨을 확인하였고 입도분포곡선의 변화를 5가지 지표값으로 산출한 결과 세립분(0.075 mm)의 증가량은 13.67%, 임의 입경(0.25 mm)의 증가량은 19.44%, 입도분포곡선의 최대통과율폭(B_M)은 #30 체에서 21.08%가 증가되었고 입도분포곡선의 이동면적(A)은 69.28%·mm로 분석되었으며 평균입경(D₅₀)은 0.663 mm가 감소되었다. 이러한 결과는 물 세척을 수행하는 것이 세립토의 함량이 실제보다 과소평가 되는 것을 막을 수 있는 효과적인 방법임을 의미한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권3호
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• pp.27-34
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• 2022

지반내 물의 흐름은 입자 사이의 공극 분포에 의존하므로 입자의 크기를 이용한 수리학적 물성치의 예측은 정확도가 낮다. 본 논문은 Silveria의 방법을 이용하여 입도분포곡선으로부터 수축 공극크기분포를 산정하고, 포화-불포화 수리학적 물성치를 산정하는 방법을 제시하였다. 입도분포가 양호한 흙은 단봉의 공극크기분포를 보이고, 입도분포가 불량한 흙은 쌍봉의 공극크기분포를 보였다. 공극크기분포를 이용한 이론적 포화투수계수 모델식 중에서 Marshall 모델이 실내실험결과와 가장 부합되었다. 불포화토 수리해석에 필요한 함수특성곡선과 불포화투수계수에 대한 모델식을 공극크기분포를 이용하여 제안하였다. 개발된 모델식을 다양한 흙에 적용하여 수리학적 물성치의 예측에 적합한 모델을 선정하는 지속적인 연구가 필요하다.

• 지질공학
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• 제22권2호
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• pp.145-155
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• 2012

자동 흙-함수특성곡선 시험장치를 이용하여 상대밀도 60%인 주문진표준사에 대한 건조 및 습윤과정에서의 모관흡수력과 체적함수비를 측정하였다. 습윤과정이 건조과정에 비해 상대적으로 많은 시간이 소요되며, 이것은 건조과정에서 간극에 갇힌 독립된 공기에 의한 흐름 저항에 의한 것으로 판단된다. 측정된 모관흡수력과 체적함수비를 토대로 van Genuchten (1980)의 방법을 이용하여 흙-함수특성곡선(SWCC)을 예측하였다. 불포화 관련계수는 건조과정의 경우 ${\alpha}$는 0.399, n은 8.586, m은 0.884이며, 습윤과정의 경우 ${\alpha}$는 0.548, n은 5.625, m은 0.822로 산정되었다. 그리고 건조과정과 포화과정에서의 흙-함수특성곡선(SSCC)이 일치하지 않는 이력현상이 발생되었다. 불포화 관련계수를 이용하여 유효포화도와 흡입응력의 상관관계인 흡입응력특성곡선(SSCC)을 예측하였다. 흡입응력은 모관흡수력이 공기함입치 이상으로 작용할 경우 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 불포화토의 유효응력은 공기함입치 이상의 모관흡수력이 작용할 경우 포화토의 유효응력과 다른 값을 갖게 된다. 그리고 불포화상태에서의 동일한 유효포화도에서는 건조과정의 흡입응력이 더 크게 발생된다. 즉 흡입응력특성곡선(SSCC)에서도 건조과정과 포화과정이 일치하지 않는 이력현상이 발생되었다. 이는 흙-함수특성곡선(SWCC)의 이력현상에 기인하는 것으로 판단되며, 잉크병 효과와 접촉각 이력현상에 의해 발생되는 것으로 예상할 수 있다. 따라서 모래로 구성된 사면의 경우 지반 내 물이 유입되면서 흡입응력의 영향으로 사면 안정성에 유리하게 작용하다가 일정 흡입응력 이상이 되면 사면안정성에 불리하게 작용됨을 알 수 있다. 또한 실제 지반내 강우가 침투하는 과정은 습윤과정과 동일하므로 건조과정의 결과보다는 습윤과정의 결과를 활용하는 것이 바람직하다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.318-328
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• 2015

효과적인 도심 홍수 감소 및 물순환 기법 중 하나로 투수성 포장의 적용을 들 수 있다. 도심 물순환 및 방재를 위한 수단으로 투수성 포장의 적용은 국제적으로 점차 확대되고 있는 실정이다. 투수성 포장 내의 침투는 대부분의 경우 불포화 상태에서 시작하나, 현재 투수성 포장재의 흙-수분특성 곡선의 산정 및 이를 바탕으로 한 투수성 포장 시스템의 침투성에 대한 연구는 거의 찾아볼 수 없다. 본 연구에서는, 먼저 실내시험을 통해 투수성 포장재의 포화투수계수와 흙-수분특성곡선을 산정하고, 이를 바탕으로 유한요소해석을 통해 강우시 특정 투수성 포장 시스템의 침투특성 및 홍수 저감 효과를 분석하는 것을 그 목적으로 한다. 실험에 사용된 현장 투수성 콘크리트 시료의 흙-수분특성곡선은, 모관흡입력이 증가함에 따라 공기 유입 후 체적함수비가 상대적으로 급격하게 감소하였다. 유한요소해석 결과로부터, 불투수성 포장과 비교하였을 때, 즉 강우가 침투 없이 바로 유출이 되는 경우와 비교하여, 투수성 포장 시스템의 노반으로 침투가 불가능한 경우에도, 투수성 포장 시스템이 강우의 지표유출을 효과적으로 지체 및 감소시키는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 1990년도 수공학논총 제32권
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• pp.49-52
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• 1990

강우강도가 큰 집중호우가 지표면에 도달하게 되면 강우량중 상당 부분이 수문학적 손실성분인 침수, 증발산, 차단 및 저류등으로 시간에 따라 분포된다. 이 가운데 지표면에 분포된 식생계 및 낙엽등에 의한 차단(canopy interception effect)과, 지표가 포화시의 증발산(wetted environmental evapotranspiration) 및 각종 저류, 즉 지표면 저류(depression storage), 지표토양층에의 저류(retention storage) 성분 등을 들 수 있으며 이들 각 손실성분은 직접유출로 나타나는 초과우량의 발생시간을 지체시켜 주는 역할을 하나 차단성분 및 저류성분은 시간이 경과함에 따라 결국은 증발산 또는 침투성분으로 흡수된다. 따라서 침투성분은 초과우량 추정에 매우 큰 영향을 줄 뿐 아니라 지표면 아래의 흙의 변형을 야기시키며, 중간유출 및 지하수유출에 기여 한다. 대부분의 호우사상은 강우초기에 강우강도가 지표 흙의 침수계수(hydraulic conductivity)보다 작기 때문에 모두 각 손실성분에 의해 손실되며, 강우강도가 점차 커져 침수능을 초과하면 지표면에 순간적으로 물이 고이게 되는데 이것을 지표심수(surface ponding)라하고, 강우시작부터 이 때까지가 침수시간(ponding time)이 된다. 이 지표침수가 나타나는 순간이 곧 직접유출 시작 시간으로 볼 수 있을 뿐 아니라, 침수시간은 지표면의 물수지면에서 볼 때 초기손실량 및 침수율 결정에 중요한 인자가 된다. 본 연구에서는 각 손실 성분별로 유역의 제반 특성을 고려하여 구한 매개변수로부터 시간에 대한 손실율을 결정하여 산지 하천유역에 발생하는 부정강우사상(unsteady rainfall)의 초과우량을 추정하는 모델을 유도하였다. 대상유역으로는 현재 건설부에서 수행하고 있는 국제수문개발계획(IHP) 대표시험유역 가운데 평창강 수계내의 장평유역으로서, 본 유역은 자기 우량계 및 자기 수위계가 운용되고 있고, 인접 대관령 측후소로부터 기상자료를 획득, 이용할 수 있는 비교적 분석에 양호한 조건을 지닌 유역이다. 모델의 유도 과정은 대상유역 식생계로 피복된 산지유역임으로, 식생차단 저류효과를 고려해서 지표면의 흙에 도달되는 순강우주상도를 얻고 이로부터 침수시간 및 침투율을 결정해서 초과우량을 산정하는 모델을 유도하였다. 강우 지속시간내 즉, 유역이 완전 포화시의 증발산율의 결정은 Morton 모델로부터, 침수시간 및 침투율 결정은 Green-Ampt 방정식을 부정강우사상에 적용할 수 있도록 수정된 모델을 사용하였으며, 분석에 이용된 호우는 1986 ~ 1987년도 발생된 호우사상 가운데 강우강도 및 총 강우량이 비교적 큰 7개 강우사상을 선정하였다. 각 호우사상별로 손실율울 지표면에서 물수지개념을 이용하여 계산하고 산술지상에 구성시킨 결과는 다음 그림과 같다. 이 그림에서 굵은 실선으로 나타낸 곡선(B. L. R)은 각 손실을 곡선을 시간축에 따라 산술평균한 대표손실율곡선이다. 이 대표손실율곡선은 역지수함수형으로서 곡선식의 유도는 회기분석을 이용하였다. 초과우량 주상도를 얻기 위하여 이 대표손실을 곡선을 관측 강우주상도에 적용시켜 본 결과 식생계에 의한 차단 저류율은 약 6mm/hr 정도인 것으로 나타났으며, 이로 인한 침수시간 지체효과는 1~3시간 정도로서 비교적 그 영향이 큼을 알았다. 또한 각 호우사상별 침수시간 계산 결과 그 변동이 큰 것으로 나타났는데 이는 초기 강우강도에 민감하기 때문인 것으로 판단되낟. 한편 유역 포화시의 증발산율은 우기의 기상자료를 이용하여 구한 결과 0.05 - 0.10 mm/hr 의 범위로서 이로 인한 강우손실량은 큰 의미가 없음을 알았다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.55-64
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• 2003

흙의 건조현상은 기상조건에 지배받는 evaporativity와 지반의 물 전달 능력에 지배받는 evaporability의 영향을 받는다. 지표면증발은 점토로 매립된 지반에서 건설장비의 주행성을 확보하기 위해서는 필요불가결한 요소이다. 본 논문에서는 준설 점토 지반에서의 증발현상을 규명할 수 있는 모델을 제시하였다. 이 모델은 포화토 및 불포화토에서의 수분과 물의 이동 및 열전달에 대한 식으로 구성되어 있다. 흙수분 특성곡선을 구하기 위하여 압력판추출시험(pressure plate extractor test)과 데시케이터실험이 수행되었으며 일차원 증발현상을 규명하기 위하여 컬럼증발실험을 수행하였다. 체적이 변하는 흙에서의 물, 증기 및 열전달 비선형 미분방정식을 풀기 위하여 유한차분프로그램을 개발하였으며 실험결과와 이론해를 비교하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권3호
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• pp.63-67
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• 2011

실무에서 불포화토의 적용이 증가하고 있다. 불포화토의 가장 큰 특징은 체적함수비와 모관흡수력의 관계를 나타내는 함수특성곡선이다. 일반적으로 체적함수비는 측정의 어려움으로 인하여 중량함수비를 측정한 후 관계식을 통하여 체적함수비를 구한다. 이 경우 흙의 간극과 비중을 이용하여 관계식이 성립되는데 사실 물은 흙 입자 자체에도 포함되어 있다. 그러므로 실제 체적함수비는 중량함수비를 관계식으로 변화한 값과 다르게 된다. 본 연구에서는 실험을 통하여 얻어진 흙 입자의 흡수율을 고려하여 체적함수비와 중량함수비의 관계를 제시하는 데 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제8권4호
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• pp.87-96
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• 2004

소일시멘트는 자연 상태의 흙을 주원료로 시멘트, 혼합수를 배합하여 일반포장용 콘크리트에 준하는 강도를 발휘하는 특수콘크리트로서 최근 도로포장뿐만 아니라 연악지반 개량 동 여러 분야에 활용되고 있다. 본 연구에서는 화강토 및 붕적토에 고화제를 첨가하여 일축압축강도의 특성 및 시간의존 거동을 규명하고자 하였다 연구 결과 일축압축강도는 시멘트 함량의 증가와 양생기간의 증가에 따라 뚜렷한 강도 증가를 타나내었으며 미 세립분이 많을 수 록 강도가 감소하였으며 X-선 회절 분석 결과 소일시멘트에서 반응생성물인 Vermiculite가 발견되었다 동적반복재하크리프 시험 결과 히스테리시스 곡선으로부터 재료의 동적특성인 복합전단컴플라이언스, 복합전단계수, 위상각을 구하였으며 재료의 동적특성으로부터 크리프 거동의 예측이 가능 하였다