Yuan, Yao;Xu, Ye-Shuang;Shen, Jack S.;Wang, Bruce Zhi-Feng
Geomechanics and Engineering
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제14권5호
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pp.467-477
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2018
Estimation of hydraulic parameters is a critical step during design of foundation dewatering works. When many piles are installed in an aquifer, estimation of the hydraulic conductivity should consider the blocking of groundwater seepage by the piles. Based on field observations during a dewatering project in Shanghai, hydraulic conductivities are back-calculated using a numerical model considering the actual position of each pile. However, it is difficult to apply the aforementioned model directly in field due to requirement to input each pile geometry into the model. To develop a simple numerical model and find the optimal hydraulic conductivity, three scenarios are examined, in which the soil mass containing the piles is considered to be a uniform porous media. In these three scenarios, different sub-regions with different hydraulic conductivities, based on either automatic inverted calculation, or on effective medium theory (EMT), are established. The results indicate that the error, in the case which determines the hydraulic conductivity based on EMT, is less than that determined in the automatic inversion case. With the application of EMT, only the hydraulic conductivity of the soil outside the pit should be inverted. The soil inside the pit with its piles is divided into sub-regions with different hydraulic conductivities, and the hydraulic conductivity is calculated according to the volume ratio of the piles. Thus, the use of EMT in numerical modelling makes it easier to consider the effect of piles installed in an aquifer.
In general, the estimation of optimum yield for the radial collector well is determined by the empirical equation or numerical modeling, in which hydraulic conductivity of the aquifer is a main influence factor. Hydraulic conductivities of 164 soil samples collected from boreholes and horizontal wells (average length: about 50 m) installed during well construction in the Anseong stream were drawn in two-dimensional map by the Kriging method and utilized in this study. Hydraulic conductivity analyses by Representative Elementary Count (REC) indicated the average hydraulic conductivity is similar to that of the pumping test when the number of samples reaches about 1,000, which correspond to 1,000 ㎡. Pumping test was also conducted at 1 pumping well and 13 observation wells to estimate hydraulic conductivities at each observation well. REC analysis indicated that the average value of hydraulic conductivity calculated from at least four observation wells is valid as a representative value. The overall result suggested that multiple observation wells or multiple pumping-observation well systems that are located within the range of horizontal wells should be utilized to properly estimate the representative hydraulic conductivity values and the yield of a radial collector well.
The relationship between hydrologic processes and scale is one of the more complex issues in surface water hydrology. Disturbances that change vegetation and/or soil properties have been known to subsequently alter the landscape. The primary objective of this study was to estimate the grain size of soils with different properties from the hydraulic conductivity using pedotransfer functions. The double ring infiltrometer method was used to measure the vertical hydraulic conductivity of three soils under different soil planar surface treatments. Seven selected pedotransfer functions were used to estimate percentile diameters and the reduction in infiltration caused by compaction was misconstrued as caused by changes in percentile diameter. Results showed that compaction on the sandy loamy foot paths reduced the hydraulic conductivity by about 50%. The study showed that perceptual models of infiltration processes and appreciation of scale problems in modeling are far more sophisticated than normally presented in texts. Hydraulic measurement methods are still relevant and will provide significant information of grain size of the soils.
본 연구에서는 이론적 고찰을 통해 Kozeny-Carman식을 변형하여 전기전도도 측정을 통한 사질토의 투수계수 추정식을 제안하였다. 제안된 예측식에 대한 실험적 검증을 위해 6종류의 사질토에 대하여 4개의 전극을 설치한 정수위 투수시험을 실시하였으며, 다양한 변수들 하에 시험을 진행하였다. 시험 결과, 사질토에서 흙 입자 표면을 통한 전기전도는 미미하였으며, 간극수의 전기전도도가 투수계수와 formation facotor에 미치는 영향은 제한적이었다. 흙 입자의 유효입경이 formation factor에 미치는 영향은 미미하였으나 투수계수에는 큰 영향을 주었다. 제안된 식을 활용하여 투수계수를 예측하기 위해서는 형상계수와 Archie's m에 대한 정보가 필요하여 error norm방법을 사용해 형상계수를 구하였다. 또한, 간극률을 변화시키며 측정된 formation factor를 사용하여 Archie's m을 구하였다. formation factor를 사용하여 계산한 투수계수를 측정값과 같이 도시한 결과, 계산된 투수계수는 측정된 투수계수와 유사한 값을 보여주었다. 기존 Kozeny-Carman식과 본 연구에서 제안하는 전기전도도를 이용한 투수식 간의 정량적인 비교를 위해, 정규화된 투수계수를 사용하여 형상계수, Archie's m, 간극률에 따른 정규화된 투수계수의 변화를 비교한 결과, 형상계수와 Archie's m의 변화에 따른 정규화된 투수계수의 변화 폭에 비해, 간극률의 변화에 따른 정규화된 투수계수는 매우 큰 폭으로 변하였다. 따라서 본 연구에서 제안하는 전기전도도를 이용한 투수계수 예측식이 기존 Kozeny-Carman식보다 더 높은 신뢰도를 보일 것으로 판단된다.
한국환경보건학회 2001년도 Proceedings of the 3rd Annual Meeting of Yellow Sea Environment
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pp.11-16
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2001
If microorganisms are injected into porous medium such as soils along with appropriate substrate and nutrients, soil pore size and shape are changed from the initial condition as a result of biofilm formation, which make hydraulic conductivity reduced. In this research, hydraulic conductivity reduction was measured after specific bacterium or fungus was inoculated into soil pore. Hydraulic conductivity was decreased to 10 % ∼ 1 % and maintained constant while substrate was provided. Under the adverse conditions such as no substrate, chemical solution permeation, and freeze-thaw cycles, hydraulic conductivity was increased 30∼50%. Hydraulic conductivity decrease of fungus-soil mixture was faster than that of bacterium-soil mixture. Fungus-soil mixture, however, was more sensitive to the adverse conditions.
Single-well tracer tests, especially push pull tracer tests, are more effective to estimate hydraulic parameters and microbial metabolic activities in terms of duration and cost compared to multi-well tracer tests. However, there are some drawbacks in accuracy, complicated data analysis and uniqueness. These shortages are thought to be derived from the applied conditions which affect mass recovery curve and breakthrough curve. Factors such as extraction rate, resting period, hydraulic conductivity and hydraulic gradient are considered as the major factors determining the mass recovery rate and shape of the breakthrough curve. The results of the sensitivity analysis are summarized as follows: 1) the significant change in concentration of breakthrough curve is obtained when the extraction rate increases. This effect would also be much higher if the hydraulic conductivity is lower; 2) the mass recovery rate decreases with the increase of resting time, and the difference of mass recovery rates for different resting times is inversely proportional to the hydraulic conductivity; 3) the sensitivity values decrease with time. The hydraulic conductivity affects not only the early period, but the later period of the breakthrough curves; 4) The influence of the hydraulic gradient on the breakthrough curves is greater at earlier stage than at later stage. The mass recovery rate is inversely proportional to the hydraulic gradient.
Compost and gypsum can be used to ameliorate soil physicochemical properties in reclaimed tidal lands as an organic and inorganic amendment, respectively. To evaluate effects of compost and gypsum on soil water movement and retention as a soil physical property, we measured the soil's saturated hydraulic conductivity and field capacity after treating the soil collected in a reclaimed tidal land with compost and gypsum. Saturated hydraulic conductivity of soil increased when compost was applied at the conventional application rate of $30Mg\;ha^{-1}$. However, the further application of compost insignificantly (P > 0.05) increased saturated hydraulic conductivity. On the other hand, additional gypsum application significantly increased soil saturated hydraulic conductivity while it decreased soil field capacity, implying the possible effect of gypsum on flocculating soil colloidal particles. The results in this study suggested that compost and gypsum can be used to improve hydrological properties of reclaimed tidal lands through increasing soil water retention and movement, respectively.
지표 미고결퇴적층의 불포화 수리전도도는 지표 퇴적층의 물리적 성질과 함수비에 좌우된다. 지금까지 지표 미고결퇴적층의 불포화 수리전도도에 대하여 많은 연구가 수행되어왔다. 그러나 불포화 균열암반에 대한 수리전도도에 대해서는 상대적으로 연구가 적은 편이다. 중·저준위 방폐물의 표층처분시설 건설과 관련하여, 본 연구에서는 국내 방사성폐기물 처분부지 내 균열 혼펠스 암반에 대하여 반 게누텐 불포화함수(α, n)와 현장시험에서 얻어진 수리전도도를 서로 비교·분석하였다. 현장수리시험과 실내수리시험이 동시에 이루어진 지하수공 3공의 10개 구간에 대한 현장 수리전도도와 반 게누텐 매개변수에 대한 상관성 분석 결과, 현장 수리전도도와 매개변수α의 상관계수는 0.7607로 양의 상관관계를 보이며, 현장 수리전도도와 반 게누텐 형상관련 매개변수 n의 상관계수는 -0.8720으로 음의 상관관계를 보였다. 그러므로 이 연구는 불포화 균열 혼펠스에서 현장수리전도도와 실내수리시험에 의한 불포화함수의 관계를 확인하였다.
다양한 건조밀도를 가진 압축벤토나이트의 수리전도도에 물의 염도가 미치는 영향이 조사되었다. 압축벤토나이트의 수리전도도는 벤토나이트의 건조밀도가 상대적으로 낮은 경우에만, 염도가 증가함에 따라 증가하였으며, 염도의 증가에 따른 수리전도도의 증가 정도는 벤토나이트의 건조밀도가 낮을수록 더 현저하였다. 건조밀도가 1.0 $Mg/m^3$ 및 1.2 $Mg/m^3$ 인 압축벤토나이트의 경우, 0.4 M NaCl 용액의 수리전도도는 탈염수의 경우에 비해 각각 7배 및 3배가 증가하였다. 그러나 1.4 $Mg/m^3$ 보다 큰 건조밀도를 가진 압축벤토나이트의 경우에는, 수리전도도에 미치는 염도의 영향이 크지 않았으며, NaCl의 농도가 0.04 M에서 0.4 M 인 범위에서는 거의 일정한 값을 유지하였다. 벤토나이트 시편을 탈염수로 미리 포화시키는 것은 수리전도도에 큰 영향을 미치지 않았다.
Effective hydraulic conductivity of a statistically anisotropic heterogeneous medium is obtained for steady two-dimensional flows employing stochastic analysis. Flow equations are solved up to second order and the effective conductivity is obtained in a semi-analytic form depending only on the spatial correlation function and the anisotropy ratio of the hydraulic conductivity field, hence becoming a true intrinsic property independent of the flow field. Results are obtained using a statistically anisotropic Gaussian correlation function where the anisotropy is defined as the ratio of integral scales normal and parallel to the mean flow direction. Second order results indicate that the effective conductivity of an anisotropic medium is greater than that of an isotropic one when the anisotropy ratio is less than one and vice versa. It is also found that the effective conductivity has upper and lower bounds of the arithmetic and the harmonic mean conductivities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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