KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research (대한토목학회논문집)

Korean Society of Civil Engeneers (대한토목학회)
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Development and Verification of 4-Electrode Resistivity Probe

4전극 전기비저항 탐사장비의 개발 및 검증

  • 김준한 (고려대학교 건축.사회환경공학부) ;
  • 윤형구 (고려대학교 건축.사회환경공학부) ;
  • 정순혁 (고려대학교 건축.사회환경공학부) ;
  • 이종섭 (고려대학교 건축.사회환경공학부)
  • Received : 2009.03.12
  • Accepted : 2009.04.27
  • Published : 2009.05.31
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Abstract

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 Archie's 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 있을것으로 판단된다.

Keywords

References

  1. 김정호, 이명종, 송윤호, 정승환(2001) 2차원 전기비저항 탐사를 위한 변형된 전극배열법에 관한 연구, 한국물리탐사학회 논문집, 한국물리탐사학회, 제4권 제3호, pp. 59-69.
  2. 김준한, 윤형구, 최용규, 이종섭(2009) 전기비저항 콘 프로브를 이용한 해안 연약지반의 간극률 평가, 한국지반공학회 논문집, 한국지반공학회, 제25권 제2호, pp. 45-54.
  3. 김지수, 송영수, 윤왕중, 조인기, 김학수(2003) 물리탐사의 활용(An Introduction to Applied and Environmental Geophysics 옮김), 시그마프레스(주).
  4. 오명학, 김용성, 박준범(2006) 지반 오염도 조사를 위한 전기비저항/정전용량 측정콘의 적용성 평가, 한국지반공학회 논문집,한국지반공학회, 제22권 제7호, pp. 45-54.
  5. 오명학, 이기호, 박준범(2004) 함수비와 간극수 오염이 불포화 사질토의 전기비저항에 미치는 영향, 대한토목학회 논문집,대한토목학회, 제24권 제1C호, pp. 27-34.
  6. 윤춘경, 유찬, 윤길림(1998) 흙의 구성광물과 간극수의 성분이 비저항값에 미치는 영향에 관한 연구, 한국환경농학회 논문집, 한국환경농학회, 제17권 제1호, pp. 59-64.
  7. Archie, G.E. (1942). The electrical resistance log as an aid in determining some reservoir characteristics. Transactions of the American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers, Vol. 146, pp. 54-62.
  8. Bhattacharaya, P.K. and Patra, H.P. (1968). Direct and Current Electrical Sounding, Amsterdam, Elsevier.
  9. Campanella, R.G. and Weemees, I. (1990). Development and use of an electrical resistivity cone for groundwater contamination studies. Candian Geotehnical Journal, Vol. 27, pp. 557-567. https://doi.org/10.1139/t90-071
  10. Jackson, P.D., Taylor-Smith, D., and Stanford, P.N. (1978). Resistivity-porosity-shape relationships for marine sands. Geophysics, Vol. 43, No. 6, pp. 1250-1268. https://doi.org/10.1190/1.1440891
  11. Keller, G.V. (1982). Electrical properties of rocks and minerals. Handbook of Physical properties of rocks. Edited by R.S Carmichael. CRC Press, Boca Raton, FL, pp. 219-293.
  12. Lee, C., Lee, J.S., Lee, W., and Cho, T.H. (2008). Experiment setup for shear wave and electrical resistance measurements in an oedometer. Geotechnical Testing Journal, ASTM, Vol. 31, No. 2, pp. 149-156.
  13. Lee, J.S., Guimaraes, M., and Santamarina, J.C. (2007). Micaceous sands: Microscale response. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 133, No. 9, pp. 1136-1143. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2007)133:9(1136)
  14. Salem, H. S. and Chilingarian, G. V. (1999). The cemention factor fo Archie's Equation for shaly sandstone reservoirs. J. Pet. Sci.Eng., Vol. 23, pp. 83-93. https://doi.org/10.1016/S0920-4105(99)00009-1
  15. Timur, A., Hempkins, W. B., and Worthington, A. E. (1972). Porosity and Pressuere dependence of formation resistivity factor for sandstones. Presented at Forrm. Eval. Symp., Can. Well Log. Soc., 4th, Calgary (paper, D).
  16. Willie, M.R.J. and Spangler, M.B. (1953). Formation factors of unconsolidated porous media: Influence of particle shape and effects of cementation. Petrol. Trans. AIME, Vol. 198, pp. 103-110.