지반 공학에서 여전히 일반적으로 사용되는 여과지 방법은 토양 흡입력(또는 수분 잠재력)을 측정하는 데 사용되는 비교적 오래된 간접적인 방법입니다. 이 동영상에서는 더그 코보스 박사가 여과지 방법이 흡입력 측정에 큰 오차를 발생시키는 이유와 대신 사용할 수 있는 방법에 대해 설명합니다.

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여과지 방법으로 토양 흡입량을 측정하는 방법

여과지 방법은 토양 흡입력 또는 수분 전위를 측정하는 오래된 방법으로 오늘날에도 지질 공학에서 일반적으로 사용되고 있습니다. 이 방법을 사용하면 여과지 조각을 밀폐 용기에 토양 샘플과 함께 밀봉한 후 평형을 이루도록 합니다.

작동 원리는 다음과 같습니다. 여과지가 토양과 접촉하면(그림 2) 토양의 매트릭스 흡입과 평형을 이룹니다. 그리고 토양 위에 매달려 있으면 전체 토양 흡입력이 이 둘 사이에서 평형을 이룹니다. 여과지가 토양과 평형을 이루면 여과지를 꺼내 젖은 상태에서 무게를 측정하고 건조시킨 다음 마른 상태에서 무게를 측정하여 수분 함량을 측정합니다.

필터지의 수분 함량을 알고 나면 보정 곡선을 사용하여 해당 필터지의 흡입력을 유추할 수 있습니다. 이 보정 곡선은 기본적으로 여과지의 수분 특성 곡선입니다. 따라서 토양 흡입력을 측정하는 간접적인 방법입니다.

토양 흡입량 측정: 여과지 방법의 장단점

여과지 방식에는 장점과 단점이 모두 있습니다. 다음은 필터 페이퍼 방식을 사용할 때의 몇 가지 매력적인 측면입니다:

여과지 방식의 장점

1. 저렴한 기술입니다: 이러한 측정을 위해 필요한 것은 와트맨 42번 여과지, 오븐, 밀폐 용기 몇 개뿐입니다.
2. ASTM 표준 ASTM D 5298은 여과지 방법을 설명합니다: 이는 많은 엔지니어링 애플리케이션에서 중요한 요구 사항입니다.
3. 포화 상태부터 공기 건조 상태까지 토양 흡입력을 측정합니다: 필터 페이퍼 방식은 흡입이 전혀 없는 상태부터 자연 건조 상태까지 측정할 수 있으므로 자연에서 발생할 수 있는 모든 토양 흡입 범위를 포괄할 수 있습니다.

여과지 방법의 단점

여과지 방법의 장점에도 불구하고 이 방법을 사용하면 위험할 수 있는 큰 단점이 있습니다. 다음과 같은 문제를 간과하는 경우가 많습니다:

1. 토양 흡입 측정에 큰 오차가 발생할 수 있습니다: 토양 샘플과 여과지 사이에 온도 차이가 있으면 흡입 측정에 큰 오차가 발생합니다. 샘플과 여과지 사이의 온도 차이가 1도만 있어도 토양 흡입 측정에서 8MPa의 오차가 발생합니다. 실제로는 1도의 온도 차이를 기대할 수 없지만, 여과지와 시료 사이에 10분의 1도 또는 100분의 1도의 온도 차이가 발생할 수 있으며 실제로 그럴 가능성이 매우 높습니다. 진정한 등온 조건을 만드는 것은 사람들이 이해하는 것보다 훨씬 더 어렵기 때문입니다.
2. 토양 흡입 오류는 습한 토양에서 증가합니다: 이 오차가 얼마나 클 수 있는지 알려드리기 위해 영구 시들음점(흡입력 1.5MPa 또는 4.2 PF)에 있는 경우 토양 샘플과 여과지 사이의 온도 차이가 1/10도만 있어도 흡입력 측정에 55%의 오차가 발생합니다. 이러한 오차는 습도가 높아지거나 흡입력이 낮아질수록 증가합니다. 1.5MPa는 비교적 건조한 토양입니다. 습한 토양에서 측정하는 경우, 이 방법으로 토양 흡입력을 정확하게 측정하려면 약 1/1,000도 이내의 온도 일치 또는 온도 안정성이 필요합니다.
3. ASTM 표준은 다양한 여과지 로트에 대한 범용 보정 방법을 권장합니다: 여과지 방법의 또 다른 큰 문제는 ASTM 표준에서 여러 종류의 여과지와 여러 로트의 여과지에 대해 범용 보정을 권장한다는 것입니다. 이는 여과지 방법에서 좋은 측정값을 얻는 데 효과적인 방법이 아닌 것으로 입증되었습니다. 문헌에 따르면 동일한 유형의 여과지의 다른 배치와 다른 로트에서도 동일한 교정 곡선을 갖지 않습니다. 빌 라이코스 박사와 닝 루 박사는 와트맨 42번 여과지 7가지 로트 간의 보정 차이를 비교한 논문(Likos, 2002)을 발표했습니다. 그들이 발견한 것은 합리적인 정확도를 얻으려면 각 로트마다 개별 보정이 필요하다는 것이었습니다. 모든 다른 여과지 로트에 범용 보정을 적용하면 95% 신뢰 구간에서 25~50%의 오차가 발생했습니다.

최신 방법은 더 정확한 토양 흡입 측정을 제공합니다.

결론은 실제로는 거의 불가능한 완벽한 등온 조건을 갖추더라도 여과지 기법을 사용하면 흡입량 측정에서 25~50%의 오차가 발생할 수 있다는 것입니다. 실제로는 훨씬 더 정확하고 간단한 최신 방법이 있습니다. 바로 WP4C 은 정확한 토양 흡입 측정을 빠르고 쉽게 할 수 있는 방법입니다. 기초 물리학에 기반한 검증된 제1원칙 방법입니다. 매우 정확하기 때문에 다른 방법을 보정하는 데도 사용됩니다. 자세히 알아보려면 제품 페이지를 방문하세요.

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참조

Likos, William J., 및 Ning Lu. "총 토양 흡입량 측정을위한 여과지 기술." 교통 연구 기록 1786, 1 호 (2002): 120-128. 기사 링크

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