토사 비탈면 안정성 검토 가이드(우기시 조건, Soilworks) - 풍화토, 풍화암 투수계수 산정 방법 - GeoENGhub

이번 글은 지난 글에 이어지는 내용입니다. 토사 비탈면 안정성 검토를 수행하면서 우기시에 필요한 설계 조건들을 결정하고 조회하는 방법을 소개드리겠습니다. 먼저 토사지반의 투수계수를 산정하는 방법에 대해서 설명하겠습니다. **이전 글을 다시 보고 싶다면 아래 버튼으로 들어가실 수 있습니다. 

토사 비탈면 안정성 검토 가이드(우기시 조건, Soilworks) - 개요

토사 및 풍화암의 투수계수 산정

침투해석을 하기 위해서는 각 지반의 투수계수를 알아야 합니다. 물성치 산정과 마찬가지로 문헌자료를 근거로 하여서 각 지반의 투수계수를 산정해보겠습니다. 우리는 풍화토, 풍화암 두 지반에 대해서 예시로 물성시험 결과 등을 제시하여 살펴 볼 것입니다. 

 투수계수 산정 개요

투수계수는 현장투수시험 결과를 최우선으로 적용하고, 유효입경을 이용한 각종 경험식이나 문헌자료에 제시된 값을 종합적으로 비교 검토하여 산정합니다.

경험식(치)에 의한 투수계수 산정

 아래 소개드릴 경험식은 Hazen이 제시한 것이며, 유효입경(D10)을 이용하여 산출하는 방법입니다.

            

 그 다음 Creager는 입경(D20)에 따른 투수계수 경험치를 제시 하였습니다.

현장투수시험이 있다면 그 값을 비교해야하지만 일반적인 토사 물성시험 결과밖에 없다면 위의 두 자료를 이용해 투수계수의 범위를 추산할 수 있습니다. 예시로 풍화토 지반의 물성시험결과를 제시드리고 같이 투수계수의 범위를 산정해봅시다. 

위 자료는 BH-25번 시추공에서 풍화토 지반을 시료로 채취하여 시험한 예시 자료입니다. 입경을 살펴보고 경험식과 경험치에 대입하여 풍화토지반의 투수계수를 추정해 보겠습니다.

• Hazen 경험식 : D10(0.014mm)을 식에 대입, C값은 평균인 50~150으로 범위 값 적용

• 최소값 C=50 : 50 × (0.0014)^2 = 9.80 × 10^(-5) [cm/sec]

• 최대값 C=150 : 150 × (0.0014)^2 = 2.94 × 10^(-4) [cm/sec]

• Creager 경험치 : D20(0.033mm)을 포함하는 영역의 투수계수 범위 조회

• 최소값 0.03mm : 8.50 × 10^(-5) [cm/sec]

• 최대값 0.04mm : 1.75× 10^(-4) [cm/sec]

이렇게 경험식(치)을 이용하여 풍화토의 투수계수를 추정해 보았습니다. 값이 영 다르진 않고 얼추 비슷한 범위를 갖는 것으로 나타납니다. 다음은 문헌자료를 소개드리겠습니다.

문헌자료에 의한 투수계수 산정

 1. 구조물 기초 설계기준(국토교통부, 2008)

 2. 지반공학 이론과 실제

 3. 하천공학

 4. 지반공학 핸드북

문헌자료에서는 토질의 종류에 따라서 투수계수의 범위값을 제시합니다. 이는 입도분석의 결과를 가지고 해당하는 토질에 맞는 값을 선택하면 됩니다. 문헌은 점성토와 사질토로 구분되어 있습니다. 그렇다면 풍화암 투수계수는 어떻게 산정할 수 있을까요?  

풍화암은 풍화가 진행되어 아주 약한 상태의 암이라고 볼 수 있습니다. 절리의 방향이나 풍화된 토사의 입자크기 등에 따라서 투수계수의 차이가 있을 수 있습니다. 실무에서는 인근 설계자료 값이나 현장투수시험의 결과를 신뢰하는 편입니다. 그런 자료가 없다면 문헌자료를 이용하고, 보통 풍화토 투수계수보다 투수계수가 5~10배 작도록 적용하는 것 같습니다.(경험상 의견입니다.)

이어서, 우리가 검토할 풍화토, 풍화암의 투수계수를 결정해 보겠습니다. 

투수계수 산정 결과

풍화토의 경우 경험식과 문헌자료의 평균값으로 결정했습니다. 문헌자료의 범위값을 결정할 때는 균등, 균일한 모래라던지, 깨끗하고, 가는모래와 같은 다소 주관적인 언어들로 제시가 되어 있어서 난해할 수 있습니다. 설계자가 충분히 고민하시고 적절한 범위를 정해주시면 됩니다. 

풍화암의 경우는 풍화토의 제일 작은 투수계수에서 불투수층 투수계수 사이로 범위를 적용해 평균을 구했습니다. 위에서도 설명드렸지만 시험 값과 인근 설계자료 값이 있으면 무조건 참고 하시길 권장드립니다.

이렇게 투수계수를 산정했습니다. 다음 글에서는 최근 50년 강우자료를 검색하여 차트로 만들어 보는 것 까지 진행해 보도록 하겠습니다. 따라오시기 쉽도록 큰 과정을 나눠서 글을 올립니다. 열심히 하겠습니다. 여러분도 힘내세요!

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