강우에 의한 불포화토의 침투특성 파악을 위한 유전율 적용성에 관한 연구

김만일(Kim Man-Il),김형수(Kim Hyoung-Soo),정교철(Jeong Gyo-Cheol) 대한토목학회 2004 대한토목학회 학술대회 Vol.2004 No.10

불포화 다공질매질의 물성치 측정을 위한 실험적 연구

김만일 ( Man Il Kim ) 대한지질공학회 2004 지질공학 Vol.14 No.2

포화 및 불포화 상태로 이루어진 지반 내에서 지하수의 함양 및 오염물질의 침투 이동은 지반을 구성하고 있는 다공질 매질의 공극률과 유효공극률에 매우 큰 영향을 받는다. 본 연구는 불포화 매질에 대한 유효공극률을 측정하기 위해서 Frequency domain reflectometry(FDR) system 및 측정센서를 개발하여 실내실험을 수행하였다. 또한 측정된 유전율상수의 관계로부터 유효공극률을 산정할 수 있는 유전율 믹싱모델(dielectric mixing model)을 제안하였다. 실험결과에서 불포화 흙 시료인 표준사(standard sand)와 강모래(river sand)의 유효공극률의 범위는 공극률과 비교해 약 65∼85% 내외에서 측정되었다. 특히, 측정된 유효공극률과 공극률의 관계에서 공극률이 증가할수록 유효공극률은 다소 감소하는 경향을 보이는 것으로 측정되었다. 이는 흙 입자사이의 공극 내에 존재하는 미량의 공기에 의한 것으로써 불포화 상태의 흙 칼럼이 충분히 포화 상태에 도달하지 못하였기 때문이다. The permeation movements of groundwater recharge and contaminate materials receive a great effect due to porosity and effective porosity of porous media which is composing underground consisted of saturation and unsaturated states. This study developed Frequency Domain Reflectometry(FDR) system and measurement sensor, and then carried out the laboratory experiments to measure effective porosity for unsaturated porous media. Also, I suggested dielectric mixing models(DMMs) which can calculate the effective porosity from relation of measured dielectric constants. In the experimental results the extent range of effective porosity of standard sand and river sand which are unsaturated soil sample were measured in about 65∼85 % for porosity. In relation of effective porosity and porosity, especially, effective porosity confirmed that displays decreasing a little tendency as porosity increases. This is because unsaturated soil did not reach in saturation enough by air of very small amount that exist in pore between soil particles.

석조문화재관련 지반침하 방지를 위한 지반진단시스템

김만일 ( Man Il Kim ),양동윤 ( Dong Yoon Yang ),이규식 ( Kyu Shik Lee ),정교철 ( Gyo Cheol Jeong ) 대한지질공학회 2006 지질공학 Vol.16 No.3

석조구조물의 주변 지반침하는 구조물 붕괴의 위험을 내포하고 있어 지반의 모니터링이 반드시 수행되어야 한다. 대표적인 지반침하 원인으로는 지하수위 변동에 의한 지반의 포화와 불포화 현상으로 지반의 공극률 내지 유효공극률 감소에 의해 발생된다. 이러한 지반 물성치의 평가는 유전율상수 반응으로부터 파악이 가능하다. 유전율상수 변화는 매질의 공극, 토입자, 공기 및 물 등의 물리적 특성 변화로부터 측정되기 때문에 지반의 포화 및 불포화 변동에 의한 유전율반응으로부터 지반침하 모니터링이 가능할 것으로 판단된다. Damages of cultural properties is caused by subsidence of foundation relating stone structures. To prevent of these structures, ground monitoring should be achieved certainly. Representative ground subsidence cause is saturated and unsaturated condition that is produced repeatedly by groundwater level fluctuations. It controls role that decrease porosity or effective porosity of soil media. Estimation of physical properties can predict from reaction of dielectric constant. Variations of dielectric constants are measured from physical characteristics change of pore, soil particle, air and water which are consisted to ground. Therefore, ground subsidence monitoring is thought that quantitative measurement is available using dielectric response of media.

낙동강 수계의 섬유 및 화학 산업폐수로부터 발생하는 미량유해화학물질의 모니터링

김만일 ( Man Il Kim ),강미아 ( Mee A Kang ) 대한지질공학회 2006 지질공학 Vol.16 No.2

다양한 산업의 발달은 우리 인간이 사용해야 하는 수자원으로 여러 가지 형태의 위해성을 함유하는 유해화학물질들의 수적·양적 증가를 초래하였다. 이로 인해 효율적인 수자원의 이용을 위해서는 수자원으로 유입되는 오염원의 사전 처리가 필수적인 것으로 인지되어 국내에서도 수자원으로 유입되는 오염물질에 대해 총량으로 방류업체의 수질을 규제하기 시작했다. 그러나 아직까지도 규명되지 않은 화학물질들이 대다수를 차지하므로 이에 대한 모니터링이 매우 중요한 역할로 자리하고 있다. 본 연구에서는 낙동강 수계로 유입되는 섬유 및 화학 산업폐수를 중심으로 미량유해화학물질을 계측하여 이들이 낙동강 수계에 미치는 유해성을 검토하였다. 대상으로 한 7개 업체로부터의 유입수와 방류수에서 검출되는 VOCs(volatile organic compounds) 중에서는 클로로포름(chloroform)이 가장 높은 빈도로 검출되었으며, 동일한 업체에서도 노출수준이 일정하지 않아 이의 관리에 어려움이 예상된다. 그러나 이들 업체의 방류수가 유입되는 하수처리장에서는 클로로포름의 처리효율이 높아(88% 이상) 낙동강 수계의 영향은 그리 크지 않을 것으로 추정된다. 한편, 섬유/화학관련 산업체의 유입수와 방류수로부터 노출되는 EU지정우선물질에 대해 조사한 결과, 검출현황에 대한 일정한 경향을 찾을 수 없을 뿐만 아니라 국내자료의 축적도 거의 없는 상태임을 감안하여 지속적인 모니터링을 통해 국가정책에 활용할 수 있는 자료구축을 해 나가야 할 것이다. Industry development caused numerical and quantitative increase of noxious chemical substances that contain risk assessment in water resources. For use of efficient water resources a pre-treatment of contaminant source which is flowed in water resources is recognized in essential process. Therefore, the discharged water quality from discharged company began to control contaminant by total amount of pollutant in domestic. However, to estimate closely chemical substances it is not proved up to now, monitoring is very important. This study achieved a monitoring of micro noxious chemical substance by fiber and chemistry industrial wastewater inflow to examine risk assessment of the water system of Nakdong river. Chloroform was measured highest among volatile organic compounds (VOCs) that the results of water quality of influent and effluent are detected from 7 companies of study area. The other side, because measured value of detected chloroform is indefinite detection level in the same company, it is difficulty in management of water quality. However it may not be much effects of the water system of Nakdong river because these company`s effluent is high treatment efficiency of chloroform (more than 88%) in sewage treatment plant. On the other hand, in the investigated results for the European Union specified priority substance that is detected to relationship influent and effluent from fiber/chemistry associated industries, these sub-stances were not detected and domestic data was hardly referred. Therefore, data construction of continuous monitoring about this water quality may have to be achieved certainly to utilize as country policy.

석조문화재 기초지반 파악을 위한 모형지반에서의 탐사기법 적용

김만일 ( Man Il Kim ),이창주 ( Chang Joo Lee ),김종태 ( Jong Tae Kim ),김지수 ( Ji Soo Kim ),김사덕 ( Sa Dug Kim ),정교철 ( Gyo Cheol Jeong ) 대한지질공학회 2008 지질공학 Vol.18 No.4

지표 근접 지질조사 및 매설물 조사에 응용되는 GPR탐사를 통해 석조문화재 기초지반을 효과적으로 탐지하기 위해 토양층과 자갈층이 교호하는 지질공학적인 모형지반(천부 지층구조)을 3 m의 깊이로 재건하여 GPR탐사 및 탄성파 굴절법 탐사를 측선별로 수행하였다. GPR탐사에 사용되는 주파수를 다양하게 적용하여 주파수별 분해능에 따른 모형지반의 경계구분을 확인하였다. 그 결과 100 MHz의 주파수 대역에서 분해능은 낮지만 가장 효과적으로 지층경계를 구분할 수 있었으며, 225 MHz, 450 MHz, 900 MHz의 고주파수 대역을 사용한 결과에서는 전자파의 감쇠로 인해 하부경계를 구분할 수 없었으나 천부의 분해능은 향상되었다. 이로부터 심부에 대한 100 MHz의 자료와 천부에 대한 고주파수 단면도를 조합하여 최종단면도를 얻었다. 탄성파 굴절법 탐사에서는 모형지반의 정확한 경계 및 지층 간 경계면은 파악할 수 없었으나, 모형지반이 위치하고 있는 구간에서의 등속도선이 주변 지역에 비해 상대적으로 깊은 심도까지 분포하는 것으로 볼 때 원지반과 모형 경계의 속도 대비를 파악할 수 있는 것으로 나타났다. To effectively delineate the foundation of stone relics by GPR and seismic refraction methods, a geological engineering model was constructed with alternating layer of soil and gravel to a depth of 3 m. This study was aimed at mapping the boundaries of model ground structure and interfaces of alternating layer using the various frequency antenna in GPR survey and seismic velocities. Compared to the resolution from the high frequency antenna, the image resolution from the survey using 100 Hz antenna is the lower, but with the deeper image coverage. On the contrast, the deeper structure was not mapped in the higher frequency data due to higher absorption effect, but the shallow layered zone was distinctively resolved. Therefore subsurface images were effectively provided by integrating the data with 100 MHz and 450 MHz antennas for the deep and shallow structures, respectively. Regarding the seismic refraction data, the boundaries of the model and interface of the alternating layers were not successfully mapped due to the limit of the survey length. However, the equivalent contours of low velocity extended deep as considerable velocity contrasts with surrounding ground.

산지재해 저감을 위한 임도사면 보호공법 개발 및 활용성 평가

김만일 ( Man Il Kim ),이승우 ( Seung Woo Leek ),이문세 ( Moon Se Leek ),김민석 ( Minseok Kim ),조규봉 ( Gyu Bong Gho ) 대한지질공학회 2014 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2014 No.1

유전율법에 따른 다공질 매질의 특성 파악을 위한 실험적 연구

김만일 ( Man Il Kim ),니시가끼마코토 ( Makoto Nishigaki ) 대한지질공학회 2003 지질공학 Vol.13 No.4

지반을 구성하고 있는 매질에 대한 체적함수비 및 포화 정도를 측정하는 것은 지반의 물리적 성질, 강우에 의한 지하수 함량 및 자연 사면 파괴를 이해하는데 매우 중요한 요소 중의 하나이다. 이러한 지반의 요소들을 파악하기 위해 전자기파를 이용한 유전율법은 지반의 유전율상수의 특성에 따라 평가되어지므로 다양한 분야에 적용되고 있다. 본 연구에서는 전자기파의 측정 주파수 범위 1 - 18 GHz를 사용하는 유전율 시스템인 FDR-V (Frequency domain reflectometry with vector network analyzer)를 적용하여 1 GHz와 18 GHz에서의 두 주파수 범위에 대한 표준사 (Standard sand)와 화강풍화토 (Granitic weathered soil)의 밀도, 온도 및 염분농도 의존성에 따른 유전율상수의 반응에 대해 검토하였다. 실험결과에서, 흙의 밀도 의존성은 체적함수비의 증가에 따라 유전율상수도 증가하는 것으로 측정되었으나, 이들의 밀도 의존성은 다소 낮은 것으로 판단된다. 그리고, 1 GHz 실수부 (Real part)에 대한 온도 의존성 실험에서는 온도의 증가에 따라 물과 표준사의 유전율상수는 점진적으로 감소하는 경향을 보이나 에탄올의 유전율상수는 증가하는 것으로 측정되었다. 따라서, 온도 변화에 따른 각 매질의 유전율상수는 측정 온도에 대한 영향을 고려하여야 한다. 염분농도에 따른 유전율상수의 변화는 1 GHz 허수부(Imaginary part)에서 염분농도의 증가에 따라 유전율상수의 측정치도 함께 증가하는 것으로 나타났다. 이상과 같이, 다양한 조건하에 대한 유전율상수의 의존성들을 기초로 하여 다공질 매질의 특성을 파악하기 위한 FDR-V 시스템의 적용성을 충분히 검토하였다. 결론적으로, 본 연구에서는 1 GHz의 측정 주파수범위 내에서 다공질 매질의 염분오염도를 충분히 정량적으로 측정할 수 있는 것으로 생각된다. Measurements of volumetric water content and saturation of porous media are very important factors in understanding the physical characteristics of soil, groundwater recharge by rainfall, pollutant movement, and slope failure. To measure such physical parameters, a permittivity method using electromagnetic wave is applied and use is made of the special permittivity response of understand to water and ethanol. In particular, the estimation is required because permittivity is influenced by the nature of the underground environment. In this study, we carried out experiments on the relative dependency of soil density, temperature and salinity of standard sand and granitic weathered soil using FDR-V system (Frequency domain reflectometry with vector network analyzer) within a frequency range of 1 - 18 GHz. The results of the study showed that the dielectric constants of standard sand and granitic weathered soil increased with increased volumetric water content of soil. However, the dependency of soil density was found to be a little low. Changes of dielectric constant with temperature appeared definitely in the real part of 1 GHz. That is, the dielectric constant of real part at 1 GHz of water and standard sand increased with the rise of temperature. However, ethanol showed decreased tendency. The study also showed that dielectric constant increased with increase in salinity at imaginary part of 1 GHz. It could be concluded from this study FDR-V system can adequately measure the physical properties of soil and the degree of salinity concentration of porous media within 1 GHz frequency range using dielectric constant.

백색침출수 용출지역의 수리지질학적 고찰

김만일 ( Man Il Kim ),박영규 ( Young Gyu Park ),김을영 ( Eul Young Kim ),김양빈 ( Yang Bin Kim ),용환호 ( Hwan Ho Yong ),지원현 ( Won Hyun Ji ) 대한지질공학회 2010 지질공학 Vol.20 No.4

본 연구는 백색침출수 용출구간에 대한 수리지질학적 특성을 파악하기 위한 목적으로 수행되었다. 이를 위하여 지표지질조사를 통해 지질특성을 분석하였으며, 백색침출수 용출구간의 지질구조를 파악하기 위한 전기비저항탐사와 시추공 공내촬영을 통해 암반의 불연속면 분포특성을 분석하였다. 연구지역 내 백색침출수 용출지점을 중심으로 갈수기와 풍수기로 구분하여 강우사상에 따른 지하수위 변동을 시추공별로 측정하였다. 이상의 연구결과에서 백색침출수 용출구간에서의 전기비저항특성은 비용출구간에 비해 상대적으로 낮은 값으로 나타났으며, 이는 심부에 파쇄대 내지 석회암 공동대의 존재를 확인하였다. 이들 지역에서의 강우사상에 따른 지하수위 변동을 지하수 유형분석을 통해 분석한 결과, 강우가 직접적으로 지하수 함양에 영향을 주는 것으로 파악되었다. 또한 일평균 유출량과 강우량의 상관관계 분석에서 0.83~0.97로 높은 상관성을 갖는 것으로 나타났다. This study assessed the hydrogeological characteristics of a seepage area of white leachate. The geological characteristics of the leachate were determined by a surface survey, and an electrical resistivity survey and borehole image processing system (BIPS) were applied to estimate the distribution of discontinuities, to assess the geological structure of the seepage areas. Fluctuations in groundwater level within boreholes were measured during periods of precipitation in the dry and wet seasons. The results show that electrical resistivity is lower in the seepage section than in non-seepage sections. The distribution of fracture zones and limestone cavities was inferred from the logging data and BIPS data. Variations in groundwater level and groundwater recharge, related to rainfall events, show the direct effect of rainfall events during the rainy season. We obtained a strong relationship between seepage amount and rainfall (correlation coefficients of 0.83-0.97).

온도구배에 따른 벤토나이트 내 수분거동 특성에 관한 연구

김만일(Kim Man-Il),김형수(Kim Hyoung-Soo),정교철(Jeong Gyo-Cheol),석희준(Suk Heejun) 대한토목학회 2005 대한토목학회 학술대회 Vol.2005 No.10

지하수 검층을 위한 새로운 유전율 추적자 시험법의 개발

김만일 ( Man Il Kim ),김형수 ( Hyoung Soo Kim ),정교철 ( Gyo Cheol Jeong ) 대한지질공학회 2004 지질공학 Vol.14 No.3

다공질매질을 구성하고 있는 다양한 매질들의 전기적 특성 중의 하나인 유전율상수를 이용하여 지하수 유동 및 매질의 구조를 파악하기 위한 새로운 유전율추적자시험법(dielectric tracer test method)을 본 연구에서 제안하였다. 추적자물질로는 비중이 물과 동일한 에탄올혼합액체(ethanol mixing liquid, EML)를 제작하였으며, 각기 다른 공극률을 갖는 포화 표준사 및 강모래 층에 대해 매질의 유전율상수를 측정할 수 있는 FDR system 및 측정센서를 적용해 추적자시험을 실시하였다. 또한 이들의 결과와 비교하기 위하여 추적자물질인 염분농도 3%를 갖는 염분수용액의 농도 변화를 electro multi-meter로 측정하여 비교 검토하였다. 두 시험결과에서 EML 추적자시험의 경우, 각각의 포화 흙칼럼에서의 EML 농도변화를 명확히 확인할 수 있었으나, 염분수용액을 적용한 시험에서는 이들이 지속적으로 칼럼 내 하단부로 침전되어 염분농도 변화에 의한 물의 침투 이동은 확인할 수 없었다. 이는 염분수용액의 비중이 물보다 무겁기 때문에 포화토 내 물의 이동 속도에 비례하여 지속적으로 하단부로 침전이 이루어지는 것을 알 수 있었다. 그러므로 본 연구에서는 물의 비중과 동일한 EML 추적자물질과 이들의 유전율상수 변화를 측정할 수 있는 FDR system을 적용하여 유전율추적자시험의 적용 가능성을 실내추적자시험을 통하여 확인하였다. This study is suggested a new dielectric tracer test method to understand geological structure of porous media and groundwater flow to use the dielectric constant which is one of electrical special quality of various geological materials. To measure their parameters, tracer material is made an ethanol mixing liquid(EML) having a same specific gravity of water. Also, soil materials are prepared a dielectric tracer test using the FDR system that could measure dielectric constant for saturated standard sand and river sand layers which have different initial porosity. To compare with their results, we discussed with the concentration variation of saline water having a saline concentration 3% which is general tracer material by using the electro multi-meter system in the laboratory or field test. In two tracer experiment results, EML tracer test could confirm definitely EML concentration variation from each saturated soil layer as standard and river sands. However, tracer test of saline water 3% concentration could not confirm permeating movement of water by degree of salinity change because these are settled at lower part column in a whole column area continuously. These causes are that specific gravity of saline water is heavier than water. That is, it could know that deposition of saline water is composed of lower part of soil column continuously independently of the direction of water into saturated soil material.