지반 보강 시 바이오폴리머 용액의 주입 성능 평가를 위한 공극 네트워크 모델링 = Pore Network Modeling for Evaluation of Injection Performance of Biopolymer Solutions in Ground Improvement

국문 초록 (Abstract)

친환경 지반개량용 바이오폴리머는 지반강도 증진, 투수성 감소, 식생 향상 등 다양한 효과를 보인다. 기존 연구는 주로 바이오폴리머-토양 혼합물의 역학적 성능을 평가하여 지반 내 주입에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 공극크기 분포와 주입압력을 고려한 공극 네트워크 해석을 수행하였다. 개발된 공극 네트워크 모델은 Hagen-Poiseuille 방정식을 Power-law 모델과 통합하여 바이오폴리머 수용액의 유변학적 거동이 적용되었다. 공극 분포는 전체 공극의 평균 및 표준편차값을 변화하여 수립되었다. 분석 결과, 공극 분포의 편차비가 높을수록 공극 포화도가 감소하는 반면, 주입률은 증가하는 경향을 보였다. 더욱이, 높은 주입압력은 공극 포화도 및 동일 편차비에서 주입률의 증진을 야기하였다. 공극의 편차비는 흙의 입도 분포와 밀접한 관련이 있으며 편차비가 높을수록 입도 분포가 양호하다는 것을 의미한다. 결과적으로, 본 연구의 결과는 낮은 주입압력 조건에서 입도 분포가 양호한 지반 대상으로 균일한 주입을 달성하는 것이 작은 크기 공극의 존재로 인해 발생하는 여과 현상으로 인해 어려울 수 있음을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Biopolymers for eco-friendly ground improvement are known to show various effects such as ground strength enhancement, vegetation enhancement and permeability reduction. Existing studies have predominantly examined the mechanical performance of biopolymer-soil mixtures, neglecting comprehensive investigations of the injection process. To bridge this research gap, we conducted pore network modeling, considering pore size distribution and injection pressure, to assess injection performance. Our developed pore network model incorporates the modified Hagen-Poiseuille equation with Power-law properties to account for the rheological behavior of aqueous biopolymer solutions. The pore distribution was manipulated by altering the mean and standard deviation values of the total pores. Analysis of the results revealed that increasing the deviation ratio of the pore distribution led to decreased pore saturation, while the injectivity tended to increase. Moreover, higher injection pressures correlated with increased pore saturation and injectivitys at the same deviation ratio. The deviation ratio of pores was found to be closely associated with the particle size distribution of the soil, indicating that higher deviation ratios corresponded to more favorable particle size distributions. Consequently, our analytical study suggests that achieving uniform injection may be challenging in soils with high injectivity, such as sandy soil, due to the filtering phenomenon caused by the presence of a well graded particle size distribution.