Unsaturated weathered granite soils are frequently encountered in most areas of Korea during construction works. Nevertheless, studies on unsaturated soils have been seldomly conducted. Especially, in Korea, rainfall infiltration mainly affects the behavior of unsaturated soils. Thus unsaturated soil permeability is a crucial parameter in modeling flow process in soils. However direct measurements of permeability in the laboratory can be time-consuming and ineffective. Indirect measurement of permeability is commonly performed by establishing permeability functions through the use of soil water characteristic curve. There are numerous permeability functions available for unsaturated soils.
For unsaturated soils sampled in Seochang, Asan, Kimpo, Yesan and Okchun areas, permeability of unsaturated soils can be obtained by a triaxial permeameter in laboratory.
In this study, each permeability function was used to estimate unsaturated soil permeability and the results were compared with the experimental data. Then a best fit function was found and a correction factor $\Theta^q$ which was proposed by Mualem(1976) was used to obtain more reasonable estimation results. ANN method was also used to estimate the parameters of soil-water characteristic curve and these parameters were used to predict unsaturated soil permeability. The results were also compared with the experimental data.
1.1 연구 배경 및 목적
최근 토질역학 분야에서 불포화토에 대한 관심이 급증하고 있다. 이는 실제 공학적인 문제에서 접하게 되는 많은 지반이 불포화 상태로 존재하며 이러한 지반은 고전적인 포화토의 개념과 일치하지 않는 거동특성을 나타내기 때문이다. 또한 경제적인 측면에서도 보수적 설계방법 때문에 포화토이론으로 설계를 진행하여 많은 경제적 손실을 가져왔다. 그러나 현재는 불포화토를 이론적으로 이해함으로써 더 합리적이고 경제적인 설계를 할 수 있다는 인식이 높아지고 있다.
자연지반은 지하수위를 기준으로 포화영역과 불포화 영역으로 나눌 수 있다. 불포화토는 공기, 물, 흙 입자의 삼상구조로 이루어져 있으며 간극을 채우는 공기와 물의 압력차에 의한 표면장력으로 인해 모세관 현상과 흡착현상이 일어나게 되고 이로 인해 부 간극수압을 유발된다. 이런 부 간극수압은 불포화토의 역학적 거동을 지배하고 또 부 간극수압의 영향 때문에 불포화토에 대한 공학적 거동은 포화토에 비해 훨씬 더 이해하기 어렵고 복잡해 진다. 이러한 어려움에도 불구하고 불포화토를 연구해야 하는 이유는 지반을 굴착하거나 재 성형하고 다짐하는 등의 지반관련 토목공사나 댐이나 교량기초 등 지반구조물 시공은 대부분 불포화지반 위에서 행해지기 때문이다. 특히 한국의 경우 기초지반 또는 건설재료로 이용되는 흙은 거의 불포화 상태인 풍화토이다. 이러한 국내 지반의 지형적 특성 및 토목공학적 재료특성을 고려할 때 불포화토에 대한 이해의 중요성은 더욱 커진다.
지반공학적 문제는 1) 투수매체를 통과하는 물의 흐름 2) 전단강도 3) 체적변형으로 크게 세가지 범주가 있다. 이 중 물의 흐름을 나타내는 투수계수는 강우 시 지표면 침투로 인한 사면의 안정성 해석을 하는데 중요한 지반성질 요소이다. 이처럼 불포화토의 침투거동에는 흙이 갖는 함수특성곡선과 투수계수가 불포화 흐름특성에 중요한 영향을 미치며 이들의 정확한 규명은 침투거동 해석의 필수요건이다. 또한 불포화토 관련분야가 여태껏 높은 수준으로 발전되지 못한 가장 주요한 원인 중 하나는 함수특성곡선이나 투수계수곡선과 같은 불포화토의 성질을 파악할 수 있는 자료를 구하는데 여러 어려움이 있기 때문이다. 실험을 통해 함수특성곡선이나 투수계수곡선을 구하기 위해서는 많은 시간과 비용이 든다. 따라서 본 연구에서는 한국 내 여러 지역의 화강풍화토를 대상으로 하여 포화상태와 불포화상태를 각각 고려한 투수실험, 함수특성곡선 실험을 실시하고 기존의 데이터를 분석 함으로써 함수특성곡선과 불포화투수곡선을 연관시켜 보다 간편하고 정확하고 합리적으로 함수특성곡선으로부터 불포화투수계수를 유추 하고 자 한다.
