Soil thermal conductivity is one of the important properties of soil, which is required for geotechnical design problems. More specifically it plays important roles in design of ground heat exchanger, energy pile, road including underground pipe lines or cables, nuclear waste disposal facility, and decision of frozen depth. Therefore an accurate measurement or prediction of soil thermal conductivity is required for effective and economical design more. But it is hard to apply existing models for predicting soil thermal conductivity to Korean weathered granite soils since the models are established from clearly classified soils by particle size, plasticity and organic matter and Korean weathered granite soils have various sizes of particles and contain lots of clay minerals. In addition water content, porosity and mineralogy are the most dominant among many factors that influence on soil thermal conductivity, thus most existing models are made up with those factors.
The objective of this study is to suggest a model that gives a good prediction of thermal conductivity of Korean weathered granite soils considering water content, porosity and mineralogy. Therefore in this study, laboratory experiments to estimate thermal conductivities of Korean weathered granite soils and quartz soils using the non steady state probe method were conducted with variations of water contents and porosities. For some soils soil water characteristic curve tests were carried out with thermal conductivity measurements to investigate matric suction effects and control water contents more accurately. And comparisons were carried out with the results of existing empirical, semi-empirical and theoretical models. Then the modified model with fitting coefficients were suggested.
지반의 열전도도는 지반의 중요한 기본 물성 중 하나로서 다양한 지반 설계 문제에서 요구된다. 지반의 열전도도는 기존의 도로의 설계나 핵 폐기물 처리 시설, 동결 깊이 산정 등에 요구되어 왔고, 최근 신재생에너지의 관심과 개발이 활발해짐에 따라 지열을 에너지원으로 사용하는 지중열교환기 및 이를 파일 기초에 매입한 에너지 파일의 이용율이 높아지면서 그 정확한 측정 및 예측이 경제적이고 효율적인 설계를 위해 더욱 중요해졌다. 함수비, 간극율, 구성광물 등이 지반의 열전도도에 가장 큰 영향을 미치는 인자들로 평가되고 있고 기존의 지반의 열전도도 예측 모델에서도 이러한 인자들을 반영하고 있다. 하지만 기존의 예측 모델들은 입도, 소성도, 유기질 유무 등으로 확연히 분류된 흙들을 대상으로 서로 다른 계산법을 제공하고 있는 반면 국내 화강풍화토의 경우에는 다양한 입도의 입자들로 구성되어 있고 풍화정도에 따라 점토광물 함량 또한 다양하여 이들 모델을 적용하기에 어려움이 있다.
본 연구의 목적은 함수비, 간극율, 구성광물 등을 고려한 정확한 국내 화강풍화토의 열전도도를 예측할 수 있는 모델을 제안하는 것이다. 따라서 본 연구에서는 다양한 함수비와 간극율의 국내 화강풍화토를 대상으로 비정상탐침법을 이용하여 열전도도를 측정하는 실내실험을 수행하였다. 일부 시료는 비정상탐침과 함수특성곡선 측정장비를 동시에 적용하여 정밀하게 함수비를 조절하였고 모관흡수력이 열전도도에 미치는 영향 또한 알아보았다. 또한 기존의 열전도도를 예측하는 경험 및 반 경험, 이론적 모델과 실험데이터를 비교하였다. 이를 바탕으로 맞춤변수를 이용한 수정모델을 제안하였다.
