• 한국지반공학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.155-162
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• 2003

흙-수분 특성곡선은 토질역학에서 불포화토의 근간이 되는 중요한 물성함수로 불포화토 연구에 있어서 가장 중요한 요소이다. 따라서 이러한 흙-수분 특성곡선을 보다 정확하고 빠르게 또 편리하게 측정할 수 있는 신뢰성 있는 방법이 불포화토 연구에 있어서 우선적으로 요구되고 있다. 본 연구에서는 피스톤 펌프 기법을 이용한 흙-수분 특성곡선 측정방법을 보완, 발전시켰다. 이 방법은 기존의 흙-수분 특성곡선 측정방법들보다 측정하기에 편리하고 빠르며 더욱 정확한 측정이 가능하다. 또한 전체실험 과정을 통하여 완전한 통제가 가능하며 컴퓨터를 이용한 자동화 및 정밀측정이 가능하기 때문에 흙-수분 특성곡선의 상세한 부분까지 연구할 수 있다. 한 점 한 점이 아닌 연속적인 건조곡선이나 습윤곡선의 측정이 가능하고 건조곡선에서의 공기침입값 위치라든지 습윤곡선에서의 공기폐색위치등도 측정 가능하다. 또한 불포화토의 특성중의 하나인 흙-수분 특성곡선의 이방성 측정도 가능하다. 본 연구에서는 실험방법상의 기법을 개발했을 뿐만 아니라 실험결과에 대한 구체적인 해석도 이루어졌다. 실례로 석션조절기법(suction drop measurement)이라는 방법을 개발했으며 이 방법을 이용하면 흙-수분 특성곡선을 보다 편리하고 또 짧은 시간 내 정확하게 측정할 수 있다.

• 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.

• 지질공학
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• 제28권1호
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• pp.25-34
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• 2018

본 연구에서는 산성토를 대상으로 물리적 특성과 불포화 특성을 조사 및 분석하였다. 부산 일광광산 주변의 산성토를 대상으로 물리적 특성을 조사한 결과 건조단위중량이 $1.246t/m^3$이며, 통일분류법(USCS)상 실트질 모래(SM)에 해당된다. 자동 흙-함수특성곡선(SWCC) 측정장치를 이용하여 건조 및 습윤과정에 대한 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정하였다. 그리고 계수예측방법 가운데 가장 널리 활용되고 있는 van Genuchten (1980) 모델을 적용하여 건조 및 습윤과정에 따른 산성토의 불포화 투수계수함수(HCF)를 산정하였다. 산성토의 불포화 투수계수함수(HCF)는 건조과정의 경우 모관흡수력이 증가함에 따라 지속적으로 감소하지만 습윤과정의 경우 모관흡수력이 낮은 수준에서 상대적으로 작게 감소하고, 수분함입치 직전에 크게 감소함을 알 수 있다. 한편, 건조 및 습윤과정에서의 흙-함수특성곡선과 불포화 투수계수함수는 모두 이력현상이 발생되었다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제10권3호
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• pp.25-32
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• 2011

본 연구에서는 자동 흙-함수특성곡선 시험장치를 이용하여 새만금지역에서 채취한 준설토의 모관흡수력과 체적함수비를 측정하였다. 측정결과를 토대로 Van Genuchten(1980)의 방법을 이용하여 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정하였다. 동일한 유효포화도에서 건조과정의 모관흡수력은 습윤과정의 모관흡수력보다 크게 나타났다. Lu and Likos(2006)의 방법을 이용하여 모관흡수력에 따른 흡입응력을 산정하고, 흙-함수특성곡선(SWCC)의 불포화 관련계수를 토대로 흡입응력특성곡선(SSCC)을 예측하였다. 건조과정의 흡입응력은 유효포화도가 증가함에 따라 증가하다가 감소하지만 습윤과정의 흡입응력은 유효포화도가 증가함에 따라 지속적으로 감소한다. 또한 동일한 유효포화도에서 건조과정의 흡입응력은 습윤과정의 흡입응력보다 크게 나타났다. 한편 van Genuchten(1980)의 방법을 이용하여 투수계수함수(HCF)를 예측하였다. 체적함수비가 증가함에 따라 불포화 투수계수는 증가하며, 동일한 모관흡수력에서 건조과정의 투수계수가 습윤과정의 투수계수보다 크게 나타났다. 흙-함수특성곡선(SWCC)과 흡입응력특성곡선(SSCC)의 산정결과에 의하면 건조 및 습윤과정에서 흡입응력 혹은 모관흡수력에 대한 이력현상이 발생되었다. 이러한 이력현상은 흙입자 사이의 간극수로 인한 잉크병 효과에 의한 것이다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.91-100
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• 2012

부분포화토의 물리적 특징 중 하나인 함수특성곡선(soil-water characteristic curve)은 모관흡수력과 체적함수비의 관계를 나타낸다. 함수특성곡선은 지반의 습윤과정과 건조과정의 이력현상을 보여줄 수 있으나, 일반적으로 함수특성 곡선을 표현하는 방법은 이러한 이력현상을 무시한다. 또한 함수특성곡선의 고유한 형태는 흙의 간극비와 토립자들의 변형을 유발할 수 있는 외부의 여러 가지 하중들에 의해 언제든지 변화될 수 있다. 그러므로 여러 흙들이 가지고 있는 함수특성곡선과 토립자들 변형 사이의 관계에 대해서 실험적인 측면과 해석적인 측면의 차이점에 대해 이해가 필요하다. 실험적으로 1차 건조과정, 습윤과정 그리고 2차 건조과정으로 그려지는 전형적인 함수특성곡선들이 얻어진다. 이러한 이력현상을 갖는 함수특성곡선에서 습윤과정의 실험은 어려운 시험방법과 많은 시간소요가 필요하기 때문에 일반적으로 첫 번째 건조과정의 실험 결과를 불포화 투수계수와 전단강도 함수를 예측하기 위한 부분포화토의 물리적 특성으로 결정한다. 본 연구는 화강풍화토와 실트질 흙을 대상으로 유한요소해석 프로그램을 이용하여 부분포화토의 중요한 물리적 특성을 갖는 함수특성곡선의 1차 건조과정과 습윤과정 차이인 흙의 체적 변형과 이력현상에 대한 수리학적-역학적 흙의 거동특성을 비교 검토하였다.

• 지질공학
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• 제20권3호
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• pp.281-295
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• 2010

새롭게 구축된 자동 흙-함수특성곡선 시험장치는 측정원리가 간단하고 연속적인 측정이 가능하며, 시험자에 의해 발생될 수 있는 오차를 최소화하여 보다 정확한 불포화토의 흙-함수특성곡선을 산정할 수 있다. 본 시험장치는 압력조절장치, 플로우셀, 물저장소, 공기방울트랩, 저울, 시료준비장치, 측정시스템 등으로 구성되어 있다. 공기의 압력은 0-300 kPa범위까지 적용할 수 있으며, 단기간내 시험을 완료할 수 있다. 본 시험장치에서는 건조과정과 습윤과정을 재현할 수 있으며, 측정 자동화 프로그램(SWRC)을 이용하여 건조과정과 습윤과정에 따른 시료내 함수비 변화를 실시간으로 확인할 수 있다. 본 시험기를 이용하여 상대밀도 75%인 주문진 표준사에 대한 건조 및 습윤과정의 체적함수비에 따른 모관흡수력을 측정하였다. 측정결과, 건조 및 습윤과정을 거치는 동안 동일한 체적함수비에서 대한 모관흡수력 값이 다르게 나타나는 이력현상(hysteresis)이 발생하였다. 측정된 결과를 토대로 기존의 Brooks and Corey, van Genuchten 및 Fredlund and Xing 방법을 이용하여 흙-함수특성곡선을 예측하였다. 결정계수를 이용하여 이들 방법에 대한 정확성을 평가한 결과 대상토질조건의 경우 van Genuchten방법이 신뢰성이 가장 높은 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.2369-2379
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• 2013

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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권7호
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• pp.15-24
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• 2016

보은 화강암 풍화토에 대한 불포화 특성을 조사하기 위하여 자동 흙-함수특성곡선 시험장치를 이용하여 건조 및 습윤과정에 따른 모관흡수력과 체적함수비를 측정하였다. 이를 토대로 van Genuchten(1980)의 방법을 이용하여 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정한 결과 유효포화도에 따른 모관흡수력은 S자형의 비선형적인 관계를 나타내며, 건조 및 습윤과정을 거치는 동안 이력현상이 발생되었다. Lu and Likos(2006)의 방법을 이용하여 흡입응력특성곡선(SSCC)을 산정한 결과 유효포화도가 낮은 경우 건조과정의 흡입응력은 일정하게 유지되나 습윤과정의 흡입응력은 증가하는 경향을 보인다. 그러나 유효포화도가 큰 경우에는 동일한 유효포화도에서 건조과정의 흡입응력이 습윤과정의 흡입응력보다 크게 발생되었다. 한편 계수추정방법의 하나인 van Genuchten(1980)의 방법을 이용하여 투수계수함수(HCF)를 산정한 결과 모관흡수력이 증가함에 따라 불포화 투수계수는 감소하며, 모관흡수력에 따른 불포화 투수계수의 감소 속도는 건조과정이 습윤과정보다 더 크게 발생됨을 알 수 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권3호
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• pp.47-58
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• 2014

본 연구에서는 임기광산 폐석적치장을 형성하고 있는 광미의 불포화 특성을 조사하기 위하여 자동 흙-함수특성곡선(SWCC) 측정장치를 이용하여 건조 및 습윤과정에 따른 모관흡수력과 체적함수비를 측정하였다. 측정결과를 토대로 van Genuchten 방법을 이용하여 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정하였다. 산정된 흙-함수특선곡선(SWCC)의 ${\alpha}$와 n을 이용하여 흙의 종류를 구분하면 폐석적치장 광미시료는 점토질 모래(clayey sand)에 해당한다. Lu and Likos 방법으로 광미시료의 흡입응력특성곡선(SSCC)을 산정한 결과 흙-함수특성곡선(SWCC)과 유사한 S자형 곡선을 나타낸다. 동일한 유효포화도에서 건조과정의 흡입응력이 습윤과정의 흡입응력보다 크게 발생되는 이력현상이 나타났다. 그리고 불포화토의 유효응력은 공기함입치 이내로 작용할 경우 포화시 유효응력과 동일하나, 공기함입치 이상의 모관흡수력이 작용할 경우 포화토의 유효응력보다 큰 값을 갖는다. 한편, van Genuchten 방법으로 산정된 광미시료의 불포화 투수계수는 모관흡수력이 증가함에 따라 감소하며, 건조과정의 투수계수가 습윤과정의 투수계수보가 크게 발생됨을 알 수 있다.

• 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.