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불포화토 칼럼시험을 통한 불포화토 내 강우침투속도 분석: 편마암 풍화토와 화강암 풍화토의 비교
박규보,채병곤,김경수,박혁진,Park, Kyu-Bo,Chae, Byung-Gon,Kim, Kyeong-Su,Park, Hyuek-Jin 대한자원환경지질학회 2011 자원환경지질 Vol.44 No.1
본 연구는 국내에서 산사태 발생빈도가 높은 선캠브라아기 편마암 풍화토와 백악기 화강암 풍화토를 대상으로 하여 불포화 풍화토별 강우강도 및 흙의 단위중량에 따른 강우침투속도 관계를 파악하기 위하여 불포화 풍화토 칼럼시험을 하였다. 본 연구에서는 일정시간 간격으로 체적함수비, 간극수압 등을 TDR센서와 간극수압계를 통해 측정하였다. 현장 건조단위중량을 기준으로 느슨한 조건, 현장조건, 조밀한 조건으로 선정하고, 강우강도를 20 mm/h와 50 mm/h로 선정하여 시험을 수행하였다. 강우강도 20 mm/h 조건에서 각 단위중량 조건별 편마암 풍화토와 화강암 풍화토의 평균 강우침투속도는 각각 $2.854{\times}10^{-3}$ cm/s ~ $1.297{\times}10^{-3}$ cm/s와 $2.734{\times}10^{-3}$ cm/s ~ $1.707{\times}10^{-3}$ cm/s였으며, 강우강도 50 mm/h 조건에서는 각 풍화토별로 $4.509{\times}10^{-3}$ cm/s ~ $2.016{\times}10^{-3}$ cm/s와 $4.265{\times}10^{-3}$ cm/s ~ $3.764{\times}10^{-3}$ cm/s로 나타났다. 시험결과 강우강도가 높고 흙의 단위중량이 낮을수록 평균 강우침투속도는 증가하였으며, 느슨한 조건을 제외한 모든 조건에서 화강암 풍화토의 강우침투속도가 편마암 풍화토의 강우침투속도보다 빠르게 나타났다. 이는 화강암 풍화토가 편마암 풍화토에 비해서 입도가 비교적 균질하며, 단위중량이 낮고 공극율이 큰 것이 그 원인으로 판단된다. The unsaturated soil column tests were carried out for weathered gneiss soil and weathered granite soil in order to obtain the relationship between rainfall intensity and infiltration velocity of rainfall on the basis of different unit weight conditions of soil. In this study, volumetric water content and pore water pressure were measured using TDR sensors and tensiometers at constant time interval. For the column test, three different unit weights were used as in-situ condition, loose condition and dense condition, and rainfall intensities were selected as 20 mm/h and 50 mm/h. In 20 mm/h rainfall intensity condition, average rainfall infiltration velocities for both gneiss and weathered granite soils were obtained as $2.854{\times}10^{-3}$ cm/s ~ $1.297{\times}10^{-3}$ cm/s for different unit weight values and $2.734{\times}10^{-3}$ cm/s ~ $1.707{\times}10^{-3}$ cm/s, respectively. In 50 mm/h rainfall intensity condition, rainfall infiltration velocities were obtained as $4.509{\times}10^{-3}$ cm/s ~ $2.016{\times}10^{-3}$ cm/s and $4.265{\times}10^{-3}$ cm/s ~ $3.764{\times}10^{-3}$ cm/s respectively. The test results showed that the higher rainfall intensity and the lower unit weight of soil, the faster average infiltration velocity. In addition, the weathered granite soils had faster rainfall infiltration velocities than those of the weathered gneiss soils except for the looser unit weight conditions. This is due to the fact that the weathered granite soil had more homogeneous particle size, smaller unit weight condition and larger porosity.
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불포화토 칼럼시험을 통한 연속강우와 반복강우의 강우침투속도 분석
박규보 ( Kyu Bo Park ),채병곤 ( Byung Gon Chae ),박혁진 ( Hyuck Jin Park ) 대한지질공학회 2011 지질공학 Vol.21 No.2
본 연구는 불포화 풍화토별 강우지속시간 및 비강우시간에 따른 강우침투속도 관계를 파악하기 위하여 국내에서 산사태 발생빈도가 높은 선캠브리아기 편마암 풍화토와 백악기 화강암 풍화토를 대상으로 불포화 풍화토 칼럼시험을 하였다. 본 연구에서는 일정시간 간격으로 체적함수비를 측정하기 위하여 함수비 측정 TDR센서를 이용하였다. 강우강도 조건은 20 mm/h로 선정하여 연속강우와 반복강우를 재현하였으며, 반복강우의 경우 강우시간과 비강우시간을 조절하였다. 그리고 흙의 단위중량조건은 편마암 풍화토의 경우 현장 건조단위중량보다 낮고 칼럼상부유출이 일어나지 않는 1.35 g/cm3, 화강암 풍화토의 경우 현장 건조단위중량인 1.21 g/cm3로 선정하였다. 편마암 풍화토와 화강암 풍화토 총 강우량 200 mm인 조건에서 2.090 × 10(-3)~2.854 × 10(-3) cm/s와 1.692 × 10(-3)~2.012 × 10(-3) cm/s로 총 강우량 100 mm에서의 1.309 × 10(-3)~1.871 × 10(-3) cm/s와 1.175 × 10(-3)~1.581 × 10(-3) cm/s보다 강우침투속도가 빠르게 나타났다. 이는 동일 시간당 토층 내 주입되는 물의 양이 200 mm조건에서 100 mm조건보다 많기 때문이다. 완전 건조 상태의 강우침투속도와 강우가 반복되어 물을 함유하고 있는 상태의 강우 재침투속도를 비교해 보면, 편마암 풍화토와 화강암 풍화토의 최초 강우침투속도인 1.309 × 10(-3)~2.854 × 10(-3) cm/s와 1.175 × 10(-3)~2.012 × 10(-3) cm/s보다 강우 재침투속도가 1.307 × 10(-2)~1.718 × 10(-2) cm/s와 1.789 × 10(-2)~2.070 × 10(-2) cm/s로 높게 나타났다. 이는 토층 내 공기의 함입량이 줄어들어서 불포화 투수계수에 영향을 미치는 흡입력(matric suction)이 감소한 것이 원인으로 생각된다. Unsaturated soil column tests were performed for weathered gneiss soil and weathered granite soil to assess the relationship between infiltration velocity and rainfall condition for different rainfall durations and for multiple rainfall events separated by dry periods of various lengths (herein, ``rainfall break duration``). The volumetric water content was measured using TDR (Time Domain Reflectometry) sensors at regular time intervals. For the column tests, rainfall intensity was 20 mm/h and we varied the rainfall duration and rainfall break duration. The unit weight of weathered gneiss soil was designed 1.21 g/cm3, which is lower than the in situ unit weight without overflow in the column. The in situ unit weight for weathered granite soil was designed 1.35 g/cm3. The initial infiltration velocity of precipitation for the two weathered soils under total amount of rainfall as much as 200 mm conditions was 2.090 × 10(-3) to 2.854 × 10(-3) cm/s and 1.692 × 10(-3) to 2.012 × 10(-3) cm/s, respectively. These rates are higher than the repeated-infiltration velocities of precipitation under total amount of rainfall as much as 100 mm conditions (1.309 × 10(-3) to 1.871 × 10(-3) cm/s and 1.175 × 10(-3) to 1.581 × 10(-3) cm/s, respectively), because the amount of precipitation under 200 mm conditions is more than that under 100 mm conditions. The repeated-infiltration velocities of weathered gneiss soil and weathered granite soil were 1.309 × 10(-3) to 2.854 × 10(-3) cm/s and 1.175 × 10(-3) to 2.012 × 10(-3) cm/s, respectively, being higher than the first-infiltration velocities (1.307 × 10(-2) to 1.718 × 10(-2) cm/s and 1.789 × 10(-2) to 2.070 × 10(-2) cm/s, respectively). The results reflect the effect of reduced matric suction due to a reduction in the amount of air in the soil.
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