소형원심분리기를 이용한 SWRC 곡선 결정방법에 관한 고찰 = A study on the SWRC curve determination method using a small centrifuge
저자
발행기관
학술지명
한국농공학회 학술대회초록집(Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference)
권호사항
발행연도
2023
작성언어
-주제어
KDC
500
자료형태
학술저널
수록면
260-260(1쪽)
제공처
불포화토의 흙-수분 함수특성 곡선은 실험적으로 확인할 수 있으며, 대표적인 방법으로 압력판추출 시험이 있다. 압력판추출 시험은 공기압을 가하여 투수계수가 매우 낮은 세라믹디스크를 통하여 포화시료 하부로 간극수를 배출시킨다. 하지만, 공기압을 가하는 단계별로 모관흡수력이 평형을 이루는데 매우 장시간의 간극수 침투시간이 필요하다. 또한, 세라믹디스크 하부의 배수면에서 공기방울이 형성되어 수압이나 함수비 측정에 오차가 발생할 수도 있다. 이러한 단점을 보완하기 위한 방법으로 원심분리기를 위한 방법이 국외에서 제안되었다. 원심분리기를 이용한 방법은 원심함수당량 시험에서도 사용하고 있으며, 이 방법은 중력의 n배에 해당하는 힘을 생성하여 토양내의 수분을 분리하는 방법이다. 원심분리기는 회전과 각속도, 원심분리 시간으로 matric suction을 자유롭게 조절할 수 있다. 기존 문헌에 의하면, 최대 2일 이내 시간으로 함수특성 곡선을 산정할 수 있다는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 압력판추출 시험과 원심분리기 시험으로 점토를 대상으로 함수특성 곡선을 산정하여 비교 후 적용성을 평가하였다. 원심분리기의 시험방법은 일정한 RPM 크기에서 회전시간을 달리한 방법 (시험방법 1)과, RPM 크기와 회전시간을 조정하는 방법(시험방법 2)으로 구분할 수 있지만, 본 연구에서는 시험방법 2로 시험하였다. 함수특성 곡선에 대한 결과는 Fredlund (1994)와 Van Genuchten (1980)이 제안한 방적식의 매개변수인 포화체적함수비(θ<sub>s</sub>), 잔류체적함수비(θ<sub>r</sub>), AEV(Air Entry Value) 등을 비교하였다. 시험결과는 현재의 시험과정과 방법론을 연구하는 단계이므로 건조과정에 대해서만 대표곡선을 피팅하여 비교하였다. 시험방법 1보다는 시험방법 2에서 함수특성 곡선의 건조과정이 더 명확하게 측정되는 것으로 나타나 시험방법 2의 결과만을 비교하였다. 상대밀도 변화에 따른 압력판추출 시험의 초기 체적함수비는 0.34, 0.39, 0.42이며, 원심분리기 시험결과는 초기 체적함수비가 0.39, 0.43, 0.45로 7.1~15.2% 크게 측정되었다. 압력판추출 시험 결과보다 원심분리기의 시험결과는 RMSE 오차가 상대밀도 90%에서 5.3%, 85%에서 4.9%, 80%에서는 1.4%로 나타났다. 함수특성 곡선의 형태를 결정하는 매개변수 a, n, m은 Fredlund (1994)모델의 경우 압력판추출 시험의 평균결과는 a(=76.7), n(=1.5), m(=4.5)이며, 원심분리기시험의 평균결과는 a(=100), n(=0.9), m(=20.0)으로 나타났다. Van Genuchten (1980) 모델의 경우 압력판추출 시험의 평균결과는 a(=0.03), n(=2.5), m(=0.63)이며, 원심분리기시험의 평균결과는 a(=0.11), n(=1.1), m(=1.47)로 나타났다. 원심분리기를 이용한 함수특성 곡선은 낮은 수준의 모관흡수력부터 높은 수준의 모관흡수력까지의 건조과정에서 매우 신속하고 편리하게 사용이 가능하다. 단, 다양한 종류의 흙과 조건에 대한 추가 시험과 연구의 진행이 필요할 것으로 사료된다.
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