A Study of Theoretical Methods for Estimating Void Ratio Based on the Elastic Wave Velocities

The void ratio is an important parameter for reflecting the soil behavior including physical property, compressibility, and relative density. The void ratio can be obtained by laboratory test with extracted soil samples. However, the specimen has a possibility to be easily disturbed due to the stress relief when extracting, vibration during transportation, and error in experimental process. Thus, the theoretical equations have been suggested for obtaing the void ratio based on the elastic wave velocities. The objective of this paper is to verify the accuracy of the proposed analytical solution through the error norm. The paper covers the theoretical methods of Wood, Gassmann and Foti. The elastic wave velocity is determined by the Field Velocity Probe in the southern part of Korean Peninsular. And the rest parameters are assumed based on the reference values. The Gassmann method shows the high reliability on determining the void ratio. The error norm is also analyzed as substitution of every parameter. The results show every equation has various characteristics. Thus, this paper may be widely applied for obtaining the void ratio according to the field condition.

탄성파 속도를 이용한 간극비 산출 식의 고찰

간극비는 지반 특성을 나타내는 중요한 인자로서 대상 지반의 기본적 성질, 압축성, 다짐 등의 다양한 공학적 거동을 반영한다. 간극비는 현장의 시료를 채취한 후 실내 실험을 통하여 현장 상태와 동일한 조건의 값을 결정하고 있다. 하지만, 이와 같은 방법은 시료채취 시 발생하는 응력해방, 운반 과정에서 유발되는 시료진동, 그리고 실험 준비과정에서 발생하는 오차 요인으로 참값을 반영하지 못하는 한계가 있다. 이를 해소하고자 현장에서 획득한 탄성파 속도로 간극비를 도출 할 수 있는 다양한 이론식들이 제안되고 있다. 본 연구에서는 현장에서 획득한 탄성파 속도를 이용하여 기존 이론식으로 간극비를 도출하고, 각 이론식들의 특성을 오차규범(error norm) 방법으로 분석하였다. 본 연구에서 사용된 이론식은 Wood 방법, Gassmann 방법 그리고 Foti 방법으로 총 3가지이며, 탄성파 속도외의 입력값들은 문헌값을 이용하여 결정하였다. 현장 탄성파 속도는 기존에 개발되어 다양한 현장에 활용되고 있는 현장 탄성파 속도 프로브 (Field Velocity Probe: FVP)를 이용하였으며, 실험은 광양지역에서 수행하였다. 이론식으로 분석된 간극비 결과는 현장에서 채취한 압밀실험 결과값과 비교하여 신뢰성을 검증하였으며 Gassmann 방법이 가장 신뢰성 높게 나타났다. 뿐만아니라 각 식들이 가지고 있는 오차를 분석하기 위하여 하나의 함수 값을 변화시키며 도출되는 간극비 값의 신뢰성을 분석하였다. 분석결과 각 이론식 마다 인자들에 의하여 다양한 특성을 보였다. 따라서 본 연구에서 도출된 결과를 이용하여 현장 특성에 맞는 이론식을 선택한다면 현장에서 더욱 신뢰성 높은 간극비 주상도를 도출 할 수 있을 것으로 판단된다.