입상체의 열전도도 산정에 관한 연구는 다공질 매질이나 지반공학에서 다양하게 사용될 수 있다. 입상체의 열전도도 산정은 입자들 사이의 에너지 관계에 대한 모사를 통해 "유효 열전도도"를 획득하는 것으로 발전하였다. 본 연구는 불포화토의 유효 열전도도를 산정하기 위해 3차원 개별 요소법을 이용하여 입자를 생성하고 기존 네트워크 모델을 수정하여 적용하였다. 수정된 네트워크 모델을 검증하기 위해 3가지 다른 크기의 글라스 비즈와 주문진사를 이용하여 실내시험을 통해 흙-수분 특성 곡선과 포화도에 따른 시료의 열전도도를 산정하였다. 수정된 네트워크 모델에서는 흙-수분 특성 곡선을 사용하여 입자 사이의 평균 유효 열전달 실린더 반경을 조정하고 모델에 적용하였다. 일련의 실내시험과 수정된 네트워크 모델을 사용하여 결과를 비교한 결과, 흙-수분 특성 곡선을 적용한 네트워크 모델은 주어진 불포화 조건에서 입상체 시료의 유효 열전도도를 합리적으로 모사할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 포화상태의 유효 열전달 실린더 반경 계수로 정규화한 예측식을 제안하였다. 제안한 예측식을 통해 기존 네트워크 모델을 사용하여 불포화 상태에서 입상체의 유효 열전도도를 산정할 수 있다.
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.
This study introduces the current theory of the SWCC and tries to verify the theory by performing laboratory tests for the local soils of Korea. First, the SWCCs of Poi-dong soil and Shinnae-dong soil, the most typical weathered residual soils in Korea, were experimentally obtained and the results were compared among others. Second, a SWCC model for deformable soils was proposed. For deformable soils, which show huge volume change during desaturation, the volume change behavior should be considered, and the SWCC should be expressed as a function of void ratio as well as suction.
겨울에는 시베리아기단에 의해 한랭 건조한 대륙성 고기압의 영향을 받는 계절동토지역인 우리나라는 춥고 건조하여 1월 평균기온이 $-6{\sim}-7^{\circ}C$의 영하의 온도로 낮아져 지반동결시 수분이동으로 동상현상이 발생하여 지반구조물의 불균형 동결팽창을 초래한다. 동상 발생시 토립자는 모관력에 의해 지하수를 흡수하여 아이스렌즈를 형성하며, 이 모관 흡수력은 토립자의 크기에 영향을 받는다. 본 연구에서는 흙의 종류에 따른 동상민감성의 차이를 알아보기 위하여 공학적 특성이 다른 10종류의 흙시료에 대하여 물리적 특성 파악과 통일분류법에 의한 흙 분류를 통해 실내동상실험을 실시하였다. 이에 각각 흙의 종류에 따른 동결깊이, 동상팽창량, 부동수분, 아이스렌즈와 같은 동상특성을 확인하여 시료의 동상민감성을 평가하였다.
토양수분은 생태수문학에서 식생과의 상호작용의 중요한 인자이자, 대기와의 상호작용으로 인한 총체적인 물 순환에 밀접한 관련이 있다. 수문학적으로는 증발, 침투, 지하수 함량, 토양 침식, 식생 분포 등을 지배하는 중요한 요소이고, 특히 시 공간적 분포특성은 강수 사상 후 토양으로의 침투 및 토양수분의 재분포, 증발산과 불포화대에서의 오염물의 이송을 예측하는데 매우 중요하다. 또한, '07년 하천법 개정으로 증발산량 및 토양수분량이 신규 수문조사 항목으로 추가되어, 토양수분 측정에 대한 필요성이 높아졌다. 따라서, 2008년 5월, K-water연구원에서는 현재 시험유역으로 운영하고 있는 용담시험유역에 토양수분관측망(6개 관측소)을 구축하였다. 토양수분계는 토양수분을 결정하는 가장 중요한 인자인 강우자료의 획득이 이루어지는 지점에 설치하여 정확도와 신뢰도를 높일 수 있도록 용담시험 유역 내 6개 우량관측소에 설치하였다. 하지만 장비의 노후화에 따른 자료 취득의 어려움으로 인하여 2013년 4월, 토양수분계를 전면 교체하였다. 토양수분계는 기존의 FDR 방식에서 EC 농도에 대한 영향이 가장 적고, 플럭스 타워에 위치한 토양수분계 센서와 동일한 TDR 방식의 센서로 장비를 전면 교체하였다. 센서 설치 장소 변경에 따른 TDR 센서의 검증과 그리고 흙의 종류, 입도, 다짐도, 온도 등에 의한 오차가 발생 여부를 판단하기 위하여 이에 대한 보정을 실시하였다. 원지반 시료채취를 통하여 토양수분량을 측정하였고, TDR 센서에 의해 측정된 토양수분량과 채취된 시료에서 측정된 토양수분량의 결과를 비교하였고, 각 지점별 토양구성비와 전기전도도 조건을 고려하여 각 토층별 계수적용을 달리하여 센서 보정을 실시하였다. 그 결과 기존 센서 제조사에서 제안한 방정식을 그대로 사용하는 것 보다는 센서 검증을 통하여 얻은 계수보정에 의한 토양수분 변환식을 사용하는 것이 정확한 현장 자료를 확보할 수 있고, 신뢰도 높은 자료를 얻을 수 있다고 판단된다.
본 연구에서는 불포화토의 전단강도 특성과 이를 예측하는 모델에 대해 다루었다. 특히, 순연직응력(net normal stress)이 흙수분 특성곡선에 미치는 영향과 불포화토의 전단강도 발현에 미치는 영향에 대해 중점적으로 연구하였다. 이를 위해서 국내에 산재해 있는 화강풍화잔적토를 시료로 하여 불포화삼축압축 시험과 SWCC 시험 등을 실시하였으며, 특히, 순연직응력을 일정하게 유지시킨 상태에서 SWCC를 구할 수 있게 끔 기존의 장비를 개량하였다. 불포화토의 전단강도 시험결과와 기존의 강도예측모델에 의해 예측된 강도포락선을 비교해 본 결과, 흙수분 특성곡선과 흡인력 (matric suction)을 한 축으로 하는 강도포락선의 기울기가 순연직응력에 따라 변화함을 발견할 수 있었다. 따라서, 보다 정확하게 불포화토의 전단강도 포락선을 묘사하기 위해서는 흡인력에 미치는 순연직응력의 영향이 고려되어야 하는 것으로 나타났다. 본 논문에서는 기 언급한 내용에 근거하여 수정된 불포화토 전단강도 예측모델을 제안하였다.
The purpose of this paper was to investigate the soil-water characteristic curves for unsaturated soil. To this ends, a series of suction measured test was conducted on the selected 4 kinds of soil which is located in Korea, used the modified pressure plate apparatus. From the test results, the water contents, degree of saturation and volumetric water contents was analyzed with the suction. And was drawn the soil-water characteristic curves was drain from the test results for various factors.
대한원격탐사학회 2000년도 춘계 학술대회 논문집 통권 3호 Proceedings of the 2000 KSRS Spring Meeting
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pp.137-142
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2000
본 논문에서는 풀밭으로 덮힌 지역의 초고주파 대역 편파별 후방 산란을 분석하는데 있어서 Radiative Transfer 이론의 첫 번째 해를 이용하였다. 풀밭지역에서의 잎은 사각형 형태의 resistive sheet 으로 모델화 시키고, 잎의 크기와 방향성은 불규칙적으로 흩어져 있다고 가정하였다. 땅에서의 흙의 수분 함유량과 표면 거칠기도 고려하였다. 이러한 지역에서의 후방 산란 계수는 풀밭 지역과 레이더 요소들에 따라 각각 다른 계산 결과를 나타낸다. 측정은 15 GHz 대역의 레이더 시스템을 사용하여 풀 층에서의 산란 계수를 측정하고 풀 층에서의 산란 모델을 이용하여 계산 결과와 측정값을 비교하였고 이 모델을 이용하여 Visual-Basic을 이용한 사용자 프로그램인 TSM(Total Scattering Model)을 제작하였다.
남극 세종기지 및 시베리아의 블라디보스톡에서 채취한 흙 시료에 대하여 지반공학적인 기본 시험 즉, 비중시험, 다짐시험, 입도시험, 온도변화에 따른 열전도율시험, 부동수분시험, 일축압축강도시험을 수행하였다. 또한 블라디보스톡시료에 대해 온도변화별 인장강도시험을 수행하였다. 일축압축강도시험과 인장강도 시험시 시료의 동결에 의한 부피의 팽창을 억제하면서 공시체를 만들어 온도 변화 및 함수비 변화에 따른 강도변화를 비교하였다. 열전도율 시험 결과 영하 상태에서 흙의 열전도율은 영상 상태에서의 그것보다 훨씬 높게 나타났다. 온도변화에 따른 부동수분시험 결과 부동수분은 $0{\sim}-5^{\circ}C$ 사이에서 급격히 감소하였으며, $-20^{\circ}C$까지도 부동수분이 존재하였다. 압축강도시험 결과 함수비 변화에 따라서 다양한 응력-변형률 곡선을 보였으며, 남극의 사질동결토는 동일 온도의 얼음보다 훨씬 큰 강도를 보였으나, 블라디보스톡의 점성동결토는 초기 영하상태에서는 얼음 보다 작은 강도를 보이다가 $-15^{\circ}C$ 이하에서 서서히 얼음 보다 큰 강도를 나타내기 시작하였다. 또한 온도저하에 따라 인장강도가 증가하였다.
담금용기로서의 항아리의 간장발효특성을 규명하기 위해 원료 흙인 옹기토, 황토와 분쇄토의 배합비를 달리하여 옹기의 기공율을 조절한 항아리를 제작한 후 각각의 항아리에서 간장을 4개월간 숙성시키는 과정 동안 나타나는 이화학적인 변화, 미생물 생육 및 관능검사를 옹기의 기공율이 간장발효에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 기공율 조절을 위해 황토와 분쇄토를 동량 혼합한 흙(RP soil)을 각각 0, 40와 60%를 옹기토와 배합하여 세가지 종류의 항아리를 제작하였다. 숙성조건은 $30^{\circ}C$ 숙성실에서 4개원 동안 진행하였다. 기공율에 따른 변화를 보인 것은 수분손실, 염함량변화, pH 및 총산도, 단백질 분해효소 활성 변화, 미생물변화, 핵산, 색도변화 및 관능검사 결과였고 기공율이 가장 낮은 0% RP soil 항아리에서 숙성시킨 간장이 보다 긍정적인 결과를 보였으며 그 다음으로 각각 40와 60% RP soil을 함유한 항아리 순 이였다. 반면에 총질소 함량의 변화는 처리구간별에 따른 차이를 볼 수가 없었으며 총유리아미노산 함량은 숙성 4개월째 0% RP soil 항아리에서 4,848 mg/100 g로서 40% RP soil 처리구 5,434 mg/100 g, 60% RP soil 처리구 5,477 mg/100 g에 비해 상대적으로 낮은 함량을 보였다. 하지만 0% RP soil 항아리는 수분 손실이 처리구들 중에서 가장 낮은 약 28%로서 다른 처리구에서 거의 40%의 수분손실을 보인 결과를 고려하면 수분손실에 따른 영향이 기공율보다 더 큰 영향을 준 것으로 사료되었다. 한편, 맛난 맛을 내는 glutamic acid의 비는 0% RP soil 항아리가 다른 처리구에 비해 상대적으로 조금 높은 함량을 보였다. 이와 같이 이화학적으로 보다 긍정적인 결과를 얻은 0% RP soil 항아리에서 발효시킨 간장은 관능검사 결과에 있어서도 색, 향기, 맛과 더불어 전체적인 평가에서 모두 가장 높은 평가를 받았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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