지표 전기비저항을 활용한 간극률 산정

민대홍,변지환,현경희,박충화,윤형구 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

본 연구는 현장에서 획득한 전기비저항 탐사 데이터를 Archie 방정식을 이용하여 간극률로 도출하였다. 전기비저항 탐사는 지반 내부에 인위적으로 전류를 흘려보내 발생되는 전위차를 이용하여 지반 내부 구조를 파악하는 지구물리탐사법이다. 전기비저항 탐사는 지층을 구성하는 광물의 종류, 흙 입자 사이의 간극 그리고 간극 사이의 간극수 등에 의존하는 지반의 전기적 특성을 파악하는 탐사법이다. Archie는 지반의 전기적인 특성인 전기비저항을 활용하여 지반의 설계상수인 간극률을 예측할 수 있는 수식을 제안하였다. 따라서 본 연구에서도 Archie가 제안한 모델을 통해 지반의 상세한 간극률 주상도를 도출하고자 하였다. 현장에서 실시한 전기비저항 탐사는 슐럼버져 배열법으로 전극 간격 5m로 설치하여 실시하였다. 또한, 측선은 총 길이 135m씩 2개 측선을 설치하였다. 전기비저항 탐사 데이터와 산정된 간극률 데이터의 검증을 위해 측선 가운데에 표준관입시험을 함께 실시하였다. 최종적으로 Archie 방정식을 이용하여 간극률로 산정한 결과는 표준관입시험 타격횟수와 높은 유사성을 보이는 것으로 나타났다. 뿐만 아니라 도출된 간극률 값은 지구통계학 프로그램인 SGeMS을 통해 지반의 3차원적 간극률 분포도도 함께 제시하였다.

전기비저항을 활용한 지층의 간극률 산정

변지환,박충화,원경식,윤형구,Byun. Ji-Hwan,Park. Chung-Hwa,Won. Kyung-Sik,Yoon. Hyung-Koo 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.3

전기비저항 탐사는 광범위한 영역을 신뢰성 높고 경제적으로 평가 할 수 있는 장점이 있어 다양한 지층에 폭넓게 사용되고 있다. 본 논문의 목적은 수변지역에서 측정한 전기비저항 값을 통해 심도에 따른 설계상값인 간극률을 도출하고자 하였다. 전기비저항탐사는 낙동강 주변의 충적층에서 수행되었으며, 탐사측선은 135 m로 두 곳의 지역에서 활용하였다. 측정한 전기비저항을 간극률로 전환하기 위하여 Archie`s law를 이용하였으며, Archie`s law의 관련된 상수는 현장에서 채취한 시료를 이용하여 도출하는 것이다. 상수값을 활용하여 심도에 따른 간극률 주상도를 도시하였으며 근접위치에서 수행한 표준관입시험의 N값과 비교하여 신뢰성을 평가하였다. 비교결과 N값이 증가할수록 간극률 값이 작아지는 합리적인 관계가 나타났으며, 본 연구에서 활용한 기법을 통하여 물리탐사 기법의 다양한 활용성을 기대한다. The electrical resistivity survey has advantages of obtaining high reliable values in wide area through economical method. The objective of this study is estimation of porosity profile by using electrical resistivity. The electrical resistivity survey is performed in alluvium and the two electrode arrays are applied with 135 m profiles. The Archie`s law is used to obtain the porosity through the electrical resistivity and the factors in Archie`s law is estimated by using the consolidation test. The predicted porosity in a depth is compared with N-value measured by Standard Penetration Test and the trend shows reasonable. The study demonstrates that the geophysical method may be widely applied to obtain the design parameters.

X-Ray 및 수중중량을 이용한 투수성 콘크리트의 간극률 산정

안재훈,이윤석,김정호,이성우,Ahn,Jaehun,Lee,Younseok,Vaidya,Susurut,Kim,Jeong-Ho,Lee,Seong-Woo 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.4

최근 국제적으로 발생하는 지속적인 기후변화및 도시화, 그리고 이에 따른 강우량과 강우강도의 변화로 인해 새로운 수자원 및 재해에 대한 관리 체계가 필요한 실정이다. 투수성 콘크리트에 대한 연구는 도심홍수 등의 문제로 인하여 발생하는 피해를 예방하기 위한 하나의 주요한 요소기술로 대두되고 있으며, 이에 따라 현재 우리나라에서는 보도, 주차장, 자전거 도로 등 경하중 하의 포장시설로서 투수성 포장이 활발하게 적용되고 있다. 투수성 포장의 수문학적 설계를 위해 가장 널리 쓰이는 방법은 곡선지수를 이용한 방법이며 설계 시에 가장 중요한 포장체의 물성은 간극률이다. 본 연구에서는 실내시험을 통해 투수성 콘크리트의 간극률을 산정하는 방법을 제안하고 이를 통해 산정한 간극률을 X-Ray 이미지 분석을 이용한 간극률의 결과와 비교, 검증한다. 최대입경 6 mm 정도인 투수성 콘크리트의 간극률 산정 결과는 30% 정도로서 X-Ray 이미지를 사용한 결과와 시료의 건조, 수중중량을 측정하여 산정한 결과가 매우 근사한 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다. Recently due to climate change and urbanization, and following changes in rain fall pattern, the stormwater management is becoming a major issue for research in civil and urban engineering. The use of pervious pavement is one of promising tools to control runoff and water quality along with several other benefits, and therefore the pervious pavement is widely adopted for sidewalks, parking lots, and bike roads where the loads are not heavy. The porosity of the pervious pavement is the most important property of the pavement regarding current hydrologic design in practice. In this article, the porosity of a pervious concrete sample cored from the road for bikes and pedestrians are evaluated by two approaches: measuring dry and submerged weights and X-Ray image analysis, and the test procedure is proposed. The porosities estimated by two approaches were both around 30%, and they gave consistent results.

탄성파 속도를 활용한 암석의 균열밀도 산정

변지환,김영석,홍승서,윤형구 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.5

The stability of structures constructed on the rock has been estimated by porosity without the consideration of crack existed in rock. The objective of this study is to suggest the method for estimating the crack density, which can represent the characterization of crack,by using the elastic wave velocity. The Biot-Gassmann model is adopted for developing the equation in terms of crack density. Thespecimen is extracted in the field and the specimen is abraded into the shape of cylinder for increasing the efficiency of measuringelastic wave velocity. The each transducer for compressional wave and shear wave is applied to obtain the profile of elastic wave. Theporosity is first estimated before calculating the crack density of specimen. The calculated crack density shows the similar trend withdata performed by previous study. Furthermore, the crack porosity is also estimated through the equation and thus, the suggestedmethod may be widely applied to assess the stability of rock structures. 암석에 시공된 구조물들은 균열에 의한 영향을 받지만 안정성은 주로 간극률을 통해 해석되고 있다. 본 연구에서는 균열의 공학적 지표인 균열밀도를 탄성파 속도로 산정할 수 있는 기법을 제시하고자 하였으며, 실제 획득한 탄성파 속도 값을 통해 균열밀도를 도출하였다. 균열밀도를 산정하기 위하여 활용한 이론은 Biot-Gassmann 모델이며, 모델과 동일한 가정사항을 통해 균열밀도에 대한 수식을제시하였다. 시료는 경기도 이천 터널 현장에서 채취한 시추코어를 이용하였으며 탄성파 측정에 적합하도록 원기둥 모양으로 절삭하였다. 탄성파는 압축파와 전단파에 적합한 트랜스듀서로 측정하였으며 이방성 등에 대한 오차를 줄이기 위하여 시료의 각 3방향(x, y그리고 z)에서 측정한 값을 활용하였다. 균열밀도는 시료의 간극률을 통해 도출할 수 있으며 암석역학에 준하는 방법으로 간극률을 산출하였다. 탄성파 속도와 간극률을 통해 최종적으로 균열밀도를 계산하였으며, 선행연구 결과의 지표 값과 비교하여 본 연구의 신뢰성을 평가하였다. 또한 계산된 균열밀도를 활용하여 균열의 간극률도 함께 분석하였으며, 본 연구에서 활용된 기법은 균열을 포함하고있는 구조물의 안정성 평가에 다양하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

전기비저항 및 지구통계학을 활용한 충적층의 간극률 주상도 산정

민대홍,윤형구 한국방재학회 2015 한국방재학회논문집 Vol.15 No.5

The geostatistical method has been applied to predict the properties of area which has the limitation of survey. The objective of this study is to suggest the profiles of porosity based on the electrical resistivity in alluvium soil through the geostatistical method and the consideration, when applied the geostatistical method, is also suggested. An area of alluvium is chosen the site for applying the geostatistical method because an area has limitation in applying the geophysical method. In particular, the application of electrical resistivity survey is difficult because the current flow is limited into the dried and alluvium soils. The three profiles are adopted to obtain the electrical properties and the Archie's law is applied to convert the measured electrical resistivity to porosity. The Standard Penetration Test (SPT) is also performed to verify the reliability of estimated porosity and the result show the similar trend. And the effect of various statistical functions is also investigated and the slightly different distribution is observed. 지구통계학은 각 측정값들 간의 확률적인 상관성으로 미지의 값을 예측하며 지반조사가 어려운 지역의 물성치 예측에 활용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 지구통계학 기법을 활용하여 전기비저항으로 도출된 간극비의 고해상 주상도를 제시하고 분석시 고려사항을 제시하고자 하였다. 지구통계학 기법이 활용된 지역은 전기비저항 탐사시 지층의 퇴적조건으로 인하여 전류 주입이 어려워 지층 특성 분석에 한계가 있는 충적층을 대상으로 하였다. 3개의 측선에서 측정한 전기비저항 탐사 데이터를 이용하여 비탐사된 미지의 값을 예측하고자 하였다. 측정한 전기비저항 데이터는 Archie's law를 통해 설계상수인 간극률로 변환하였으며 이를 통해 지층의 간극률 주상도를 제시하였다. 또한 신뢰성을 검토하기 위해 각 측선마다 표준관입실험도 함께 실시하여 데이터를 비교하였으며, 그 결과 분석된 간극률 값과 유사한 경향성을 보였다. 지구통계학 활용시 결과값에 영향을 주는 확률통계함수의 영향에 대한 고찰도 함께 실시하였으며 충적층 지역에서는 그 영향 정도가 작게 나타났다.

4전극 전기비저항 탐사장비의 개발 및 검증

김준한,이종섭,윤형구,정순혁 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 C Vol.29 No.3

The objective of this study is the development and verification of the 4-electrode resistivity probe (4ERP) for the estimation of electrical properties of the saturated soils. The 4ERPs with wedge and plane types are manufactured to obtain the electrical resistivity without polarization at the electrodes by using Wenner array. The wedge type is for the penetration into the soil samples and the plane type is for the installation into the cells used for the laboratory tests. The consolidation tests are carried out by using 6 types of glass beads and 3 types of sands in size. The test results show that the electrical resistivity increases with a decrease in the porosity, and the constant m used in Archie뭩 law is dependent on the particle shape rather particle size. The one dimensional liquefaction tests show that the porosity obtained by the 4ERP is similar to that determined by the volume fraction. The penetration of the 4ERP into the large scale calibration chamber produces the resistivity profiles. This study demonstrates that the 4ERP may effectively estimate the porosity of the saturated soils. 본 연구의 목적은 포화지반의 전기적 특성파악을 위한 4전극 전기비저항 프로브(4-Electrode Resistivity Probe: 4ERP)의 개발과 검증이다. 4ERP는 웨너 배열을 적용하여 전극에서 분극작용 없이 전기비저항을 산정할 수 있도록 쐐기형과 평면형으로 제작되었다. 쐐기형은 지반속에 관입하기 위한 용도이며 평면형은 실내실험시 사용되는 셀등에 설치하기 위한 것이다. 크기가 다른 6종류의 글라스비드와 3종류의 모래를 사용하여 압밀시험을 수행한 결과, 간극률이 감소함에 따라 전기비저항이 증가하였으며, Arichie 공식에 사용되는 m값이 입자의 크기보다 형상에 영향을 받는 것으로 나타났다. 액상화 수조에서 수행된 실험결과 체적간극률과 유사한 전기비저항 간극률이 산정되었다. 대형 토조에서 수행된 관입실험으로부터 간극률 주상도를 얻을수 있었다. 본 논문에서 제시된 4ERP는 포화 지반의 간극률을 효과적으로 산정할 수 있는 장비가 될 수 있을 것으로 판단된다.

구두발표 : 낙동강 충적층 지역의 전기비저항 값을 이용한 간극률 산정

민대홍 ( Dae Hong Min ),변지환 ( Ji Hwan Byun ),박충화 ( Chung Hwa Park ),원경식 ( Kyung Sik Won ),윤형구 ( Hyung Koo Yoon ) 대한지질공학회 2013 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2013 No.1

간극률 환산 이론식의 오차규범 분석

변지환 ( Ji Hwan Byun ),박충화 ( Chung Hwa Park ),윤형구 ( Hyung Koo Yoon ) 대한지질공학회 2014 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2014 No.1

풍화에 따른 암석의 공학적 특성 평가

변지환,홍승서,윤형구 한국방재학회 2015 한국방재학회논문집 Vol.15 No.4

The Korea peninsula is surrounded by the sea on three sides and thus, the rock is easily weathered due to salt. Furthermore, the external force, erosion and thawing-freezing are also influence on the weathering of rock. The objective of this study is to estimate the characterization of weathering caused by the chemical and mechanical factors by using elastic wave. The specimen is extracted by drilling machine in the field of Icheon, Gyeonggi-Do of tunnel construction site and five specimens are selected to perform the experiment. The samples are fitted into a cylindrical shape for enhancing the measurement of elastic wave. Chemical and mechanical affections are performed by using salty water of high concentration and slake durability test, respectively. The initial average P-wave and S-wave velocity are 3828 m/s and 2211 m/s and then the P and S-wave velocity is reduced to 2601 m/s and 1371 m/s. And the porosity of rock increases from 0.59%~1.95% to 0.46~1.43% due to the weathering. The relationship between elastic wave velocity and weathering index is also suggested and thus, the result may be applied to provide the degree of weathering by using elastic wave. 국내에 분포하는 암석은 삼면이 바다로 둘러싸여 있는 지리적 영향으로 염분에 의한 풍화에 직간접적인 영향을 받는다. 또한 외력, 침식작용 그리고 온도 차에 의한 동결작용등을 통해 풍화의 영향을 받으며 뚜렷한 장마철 기후특성을 보이는 국내의 경우 국지성 호우에의한 풍화에도 큰 영향을 받는다. 본 연구에서는 포화염분용액에 의한 화학적 풍화(Chemical weathering)와 Slake durability test를 통한 물리적 풍화(Mechanical weathering) 현상을 발생시킨 후 매회에 걸쳐 압축파 속도, 전단파 속도, 간극률 그리고 Slake durability index 값을 통해 풍화에 따른 공학적 특성을 관찰하고자 하였다. 경기도 이천의 터널 공사 현장 및 고속도로 현장에서 시추된 시추코어를 시료로 선정하였으며, 해당 시료를 탄성파 속도 측정에 적합하도록 원기둥 형태로 가공하였다. 화학적 풍화(Chemical weathering) 와 물리적 풍화(Mechanical weathering) 실험이 진행됨에 따라 압축파와 전단파 속도는 각각 평균 3828 m/s, 2211 m/s에서 최종적으로2601 m/s, 1371 m/s로 감소, 간극률의 경우 0.46%~1.43%에서 0.59%~1.95%로 증가하였다. 이를 통해 풍화지수와 탄성파 속도간의 관계를 제시하였으며, 현장에서 탄성파 속도를 통해 풍화정도를 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

The New Calculation Model of Film Thickness to Evaluat Asphalt Mixtures

김성호,김부일,Kim, Sung-Ho,Kim, Boo-Il Korean Society of Road Engineers 2007 한국도로학회논문집 Vol.9 No.1

최근 아스팔트 혼합물의 VMA 혹은 그 외 다른 체적요소의 기준값을 대체하기 위해 유효아스팔트 함량(film thickness)에 대해 논의되어 왔다. 이들 중 일부는 유효 아스팔트 함량의 기준값을 제안하였으며, 일부는 새로운 개념 또는 계산 방법을 포함하는 새로운 모델을 즉, 인덱스 모델(index model) 또는 가상 모델(virtual model)을 소개하였다. 각각의 모델은 아스팔트혼합물의 체적특성을 설명하는데 있어서 형상, 크기 등 골재의 체적특성을 정량화하는 방법을 이용한다. 본 연구에서는 인덱스 모델과 가상 모델의 장점을 결합한 개선된 가상 모델 (modified virtual model)을 제안하였다. 개선된 가상 모델을 기존의 두 가지 모델과 비교평가하기 위하여 DASR 개념에 근거하여 제작된 총 8개의 혼합물을 대상으로 IDT 시험과 APA 시험을 수행하였다. 시험 결과, 아스팔트 혼합물의 공용성과 유효 아스팔트 함량의 관계를 계산함에 있어서 본 연구에서 제안된 가상 모델은 기존의 모델들에 비해 더 적절함을 알 수 있었다. Many researches have recently discussed about the film thickness as a good substitute or supplement for VMA or other volumetric criteria in the design procedure. Some researchers have not only proposed the specific number for the recommended film thickness, but also introduced the new calculation procedures or concepts. Each model (index model and the virtual model) has its own advantages and disadvantages in terms of the ability to account for the volumetric properties of the mixture. In this paper, the modified virtual model was proposed to combine advantages from both models. However, it cannot be disregarded the way to determine the appropriate particle shape factors for different sources and sizes of aggregates. In order to evaluate the different calculation methods, mixtures with two aggregate sources and eight gradations were designed based on the dominant aggregate size range (DASR) porosity concept. Superpave indirect tensile test (IDT) and asphalt pavement analyzer (AEA) test were used to describe the performance of mixtures. Test results indicated that the virtual model, which is the same to the modified virtual model for sphere 1:1 case, is better than the conventional standard model to define the range of the film thickness to have better performance of asphalt mixtures.