본 연구에서는 도로포장재로서 사용되는 투수콘크리트의 공극막힘현상(pore-clogging)을 실험적으로 규명하기 위하여 일련의 현장투수시험과 실내투수시험을 실시하였다. 굵은 골재 최대치수($G_{max}$)가 13mm인 투수콘크리트로 시공된 제주지역의 37지점을 대상으로 현장투수시험을 실시한 결과 투수콘크리트 포장재의 투수계수 수명한계를 0.01cm/sec로 설정할 경우 투수콘크리트 포장재의 수명한계는 약 22개월로 확인되었다. 한편, 투수콘크리트의 공극막힘현상을 재현하기 위하여 투수콘크리트 공시체를 제작하였으며, 공극막힘재 투입농도가 공시체의 굵은 골재 최대치수($G_{max}$)에 따른 실내투수시험을 실시하였다. 실험결과 막힘재의 투입농도에 커질수록 투수콘크리트의 수명한계는 급격하게 감소하며, 투수콘크리트의 굵은 골재 최대치수($G_{max}$)가 커질수록 투수콘크리트의 수명한계는 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 투수계수 수명한계에 이르는 시간은 공극 막힘재의 농도와 반비례 관계가 있으며, 굴은 골재 최대치수($G_{max}$)와 비례 관계가 있다. 그리고 일반적인 조건에서 투수콘크리트의 내구연한은 공극막힘재의 농도와 굵은 골재 최대치수($G_{max}$)에 따라 간접적으로 예측이 가능함을 알 수 있다.
연직배수재는 필터와 코어로 형성되며, 필터의 주요기능으로 첫째, 흙 입자의 유실을 방지할 수 있는 흙 보유성과 둘째, Clogging 또는 Blinding현상 발생 없이 간극수를 원활히 배출시키는 투수성을 갖추어야 한다. 상대적으로 투수성이 낮은 지반에서 미세입자로 인하여 필터의 투수성을 저하시키는 필터폐색(Clogging) 현상이 발생하는데 필터의 폐색현상(Clogging)이 점진적으로 증가하면, 간극수의 흐름을 저하시켜 결국 압밀지연을 초래한다. 지반-필터의 거동에 따른 설계(시방)기준은 토목섬유 필터의 간극크기와 흙의 입도의 상관관계에 의해 결정되어야 하나, 국내에서는 필터폐색(Clogging)현상과 지반-필터의 거동 분석 없이 필터재의 유효입경(AOS, Apparent Opening Size)만을 고려하여 필터의 설계(시방)기준을 일률적으로 적용하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 3가지 종류의 연직배수재 필터를 대상으로 필터의 거동 및 필터폐색(Clogging)현상을 평가하고자 실내시험을 수행하였고, 이를 토대로 ${\bigcirc}{\bigcirc}$지역에서 연직배수재 필터의 설계(시방)기준을 선정하여 적용하였다.
전 지구적 기후변화에 따른 용수확보 방안으로 인공함양 기법이 활용되고 있다. 함양률을 감소시키는 클로깅 문제는 인공함양 기법의 활용에 큰 장애가 되고 있다. 이 연구는 하천수 주입 과정에서 발생할 가능성이 있는 클로깅 평가를 위한 기초자료를 확보하기 위해 인공함양 예정 지역 충적층의 토양 조직과 광물 특성을 분석하였다. 충적층 쇄설성 입자의 주요 구성 광물은 석영, 정장석, 사장석, 흑운모 등이며, 공극을 충진하는 주요 2차 광물은 일라이트, 카오린나이트, Fe-산화광물이다. 2차 광물로서 탄산염 혹은 황산염 광물의 산출이 없는 것은 인공함양 실험 전인 연구 지역 충적층에서는 지하수와 지표수 간의 반응에 의한 화학적 클로깅은 발생하지 않았음을 시사한다. 인공함양 실험과 관련된 화학적 클로깅에 대한 평가를 위해 대수층 내 공극에서 2차 광물의 생성과 성장과 같은 충적층의 토양특성에 대한 모니터링이 필요하다.
메탄을 생산하기 위한 하이드레이트 해리시 물과 메탄이 동시에 발생한다. 따라서, 지반 내 이온수의 담수화 및 다상유체의 흐름이 예상되고, 흙입자의 이동 및 막힘에 영향을 주게 된다. 본 연구는 담수화 및 다상유체 흐름이 대표적 세립토인 고령토 입자의 이동 및 막힘에 어떻게 영향을 주는지 규명하고자 한다. 연구 결과는 다음과 같다. (1) 공극의 크기가 커질수록 최소 막힘 발생 농도가 증가한다. (2) 고령토 입자는 소금물보다 담수에서 쉽게 뭉침 및 공극 막힘이 발생한다. (3) 다상유체 흐름 내에서 고령토의 최소 막힘 발생 농도는 단상유체 흐름에 비해 감소한다. 따라서, 하이드레이트로부터 메탄 생산 시, 담수화 및 다상유체의 흐름 발생으로 인해 고령토의 공극 막힘이 쉽게 발생할 수 있고, 이로 인해 투수계수의 저하로 메탄 생산효율의 저하가 예상됨을 설명하였다.
한국농업기계학회 1993년도 Proceedings of International Conference for Agricultural Machinery and Process Engineering
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pp.197-204
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1993
Pipe drainage is one of the effective slope protein works that can be adopted practically. As fine soil particles are suspended in percolating water, the strainer structure of under drain pipes in necessary to prevent the immediate clogging by soil suspension flow. This study deals with the effective strainer structure of under drain pipes for slope protection. The effective strainer structure of under pipes is the funneled strainer in which pore radius is enlarged toward flow direction. It is designed from the rheological properties of soil suspension flow which prevents the immediate clogging. Experimental results showed that the pipe drain discharge through the funneled strainers was larger than that through the constant pore radius strainers. This theorectial and experimental results indicate that the strainer with enlarged pore radius toward flow direction, is more effective than the strainer with constant pore radius.
In this study, a real-time grouting management system based on the clogging theory was established to manage injection procedure in real time. This system is capable of estimating hydraulic permeability with the passage of time as the grout permeates through the ground, and therefore, capable of estimating real time injection distance and flow rate. By adopting the Controlled Injection Pressure (CoIP) model, it was feasible to predict the grout permeation status with the elapse of time by consecutively updating the hydraulic gradient and flow rate estimated from a clogging-induced alteration of pore volume. Moreover, a method to estimate the volume of the fractured gap according to the reduction in injection pressure was proposed. The validity of the proposed system was successfully established by comparing the estimated values with the measured field data.
사질토에서의 시멘트 침투 그라우팅 거동 특성을 실내 챔버 모형실험 결과를 토대로 흙의 입도분포에 따라 시멘트 침투 그라우팅 불가 영역, 시멘트 침투 그라우팅 가능 영역, 그리고 급결제 혼합 필요 영역으로 구분하였다. 시멘트 침투 그라우팅 가능 영역에서는 대표 간극 반지름의 개념을 제안하였고 사질토에서의 평균 간극 반지름에 대한 대표 간극 반지름의 비를 실내실험 결과와 폐색 이론식을 비교함으로 구할 수 있었으며, 입도분포에 따라 1.07에서 1.35 정도가 됨을 알 수 있었다. 또한 실험 조건 별로 실험결과와 이론식을 비교하여, lumped parameter (${\theta}$)를 흙의 대표 간극 반지름과 시멘트 그라우트재의 물시멘트비로부터 구할 수 있는 관계식을 제안하였다. 급결제 혼합 필요 영역에서는 겔화 시간의 조절을 통한 주입 깊이의 제한과정을 실험적으로 검증하였고 그 실험값이 시간에 따른 점도 변화 함수를 적용한 이론값과 일치하는 것을 확인하였다.
운전시간이 경과함에 따라 공극폐색 문제로 인하여 수직 흐름형 습지의 기능은 저하되는데 이와 같은 문제는 폰딩(ponding)이나 월류 현상에 의하여 쉽게 관측할 수 있다. 공극폐색 잠재성을 조사하기 위하여 도로주변에 설치된 파일럿 규모의 습지 운전자료를 분석하였다. 습지에는 각각 우드칩과 마사(부석), 그리고 화산석을 충진하였다. 약 7개월 동안 도로 강우유출수 처리시험을 수행한 후 충진된 여재를 비운 후 여재 층별로 분류하여 여재에 의해 포획된 고형물 입자의 양과 특성을 분석하였다. 분석결과 대부분의 포획물질은 외부기인 부유물질 이었으며 다음으로 여재표면에 증식한 생물막인 것으로 나타났다. 특히 다른 여재와 비교하여 유기성 여재인 우드칩에서 생물막의 증식이 왕성하였다. 또한 전체 포획량 중 30% 이상이 상부 20cm 이내에 집중되어 있어 폐색으로 인한 폰딩 발생시 이 부분의 여재를 우선적으로 교체하여야 할 것으로 판단된다. 또한 모델계산 결과 우드칩 충진 습지에서 폐색에 도달하는데 약 2달 정도가 소요될 것으로 산출되었으나 실제로는 전혀 폐색 기미는 발생하지 않았는데 이는 강우시에만 운영되는 특성상 강우활동이 없는 무강우 기간 동안 포획된 유기물질이나 생물막이 자연적으로 분해되어 일정기간이 경과되면 공극이 회복되었다.
Sand drain as a vertical drainage is widely used in soft ground improvement. Recently, sand, the principal source of sand drain, is running out. A laboratory model test was carried out to utilize gravel as a substitute for sand. Though which the characteristics of gravel are compared to those of sand for engineering purpose. Two cylindrical containers for the model test were filled with marine clayey soil from the west coast of Korea with a column in the center, one with sand, the other with gravel. Vibrating wire type piezometers were installed at the distance of 1.0D, 1.5D and 2.0D from the center of the column. D is the diameter of the column. The transient process of pore water pressure with loading and the characteristics of consolidation were studied with the data gained from the measuring instrument place on the surface of the container. The parameter study was performed for the marine clayey soil before and after the test in order to check the effectiveness of the improvement. The clogging effect was checked at various depth in gravel column after the test. According to the test, the settlement was found to be smaller in gravel drain than in sand drain. The increase in bearing capacity by gravel pile explains the result. The clogging effect was not found in gravel column. As a result, it is assumed that gravel is relatively acceptable as a drainage material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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