ASTM D5084 − 16a · 2021. 1. 18. · ASTM D5084 − 16a Standard Test Methods for Measurement of...

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ASTM D5084 − 16a Standard Test Methods for Measurement of Hydraulic Conductivity of Saturated Porous Materials Using a Flexible Wall Permeameter

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ASTM D5084 − 16a Measurement of Hydraulic Conductivity of Saturated Porous Materials Using a Flexible Wall Permeameter


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1. 범위

1.1 15 ~ 30°C에서 Flexible wall Permeameter를 사용하여 물로 포화된 Porous 재료의 Hydraulic

conductivity(Permeability coefficient)의 실험실 측정을 설명. 이 범위를 벗어난 온도도 사용.

사용자는 Handbook of Chemistry and Physics 데이터를 사용하여 해당 온도에서 수은 및 RT의 비중(10.3

참조)을 결정. Hydraulic conductivity 측정에 사용할 수 있는 대체 방법 또는 유압 시스템은 6가지로 아래 참조

1.1.1 Method A—Constant Head 1.1.2 Method B—Falling Head, constant tailwater elevation 1.1.3 Method C—Falling Head, rising tailwater elevation 1.1.4Method D—Constant Rate of Flow 1.1.5 Method E—Constant Volume–Constant Head (by mercury) 1.1.6 Method F—Constant Volume–Falling Head (by mercury), rising tailwater elevation

1.2 물을 투과 액으로 사용하며 물과 시약에 관한 사항은 4.3 및 6장 참고.

1.3 Hydraulic conductivity가 약 1 × 10−6

m/s(1 × 10−4

cm/s) 미만인 시편 유형(손상, 재구성, 재 성형, 압축 등)에

사용. 5.2.3의 Water Head 손실 요건이 충족되면 일정 부피 방법의 경우 Hydraulic conductivity는 약 1 × 10-7

m/s 미만.

1.3.1 Hydraulic conductivity가 약 1x 10-6

m/s~ 1x10-5

m/s 경우 Porous 끝 부분과 함께 유압 Tube의 크기를 증가.

더 높은 점도의 유체를 사용하거나 시편의 단면적을 적절하게 줄이는 것과 같은 다른 전략도 가능.

핵심 기준은 5장에서 다루는 요구 사항 충족.

1.3.2 Hydraulic conductivity가 약 1 × 10-11

m/s 미만인 경우 표준 유압 시스템 및 온도 환경은 불충분.

이러한 불 투과 물질을 다룰 때 가능한 방법 (a) 온도 정밀 조정 변수

(b) 유압 변수 결정을 위한 엄격한 분석과 함께 고정밀도 장비를 사용하여 비정상 상태 측정을 채택(이 접근

방식은 Zhang 등(1)에 따라 시험 기간 단축) (c) 시험 시편의 길이를 단축하거나 단면적을 확대 또는 둘

다(시편 Grain 크기를 고려(2)).

더 높은 수압 Gradient, 더 낮은 점도의 유체 사용, 가능한 화학적 Gradient 및 박테리아 성장 제거, 누출에

대한 엄격한 검증과 같은 다른 접근법도 고려.

1.4 Hydraulic conductivity가1 × 10 -5

m/s보다 큰 재료는 D2434에 의해 결정.

1.5 측정 및 계산된 값은 D6026에 설정된 유효 숫자 및 반올림 지침을 준수.

1.5.1 데이터 수집, 기록 및 계산하는 방법 지정에 사용되는 절차는 산업 표준으로 평가하며 유효 숫자를 표시.

사용된 절차는 고려 대상에서 재료 편차, 데이터 획득 목적, 특수 목적 연구 또는 사용자의 목표는 배제. 고려

사항에 맞게 데이터의 유효 자릿수를 늘리거나 줄이는 것이 일반적.

엔지니어링 설계를 위한 분석 방법에 사용되는 유효 숫자를 고려하는 것은 이 표준의 범위 밖.

1.6 이 표준에는 위험 영역(7장) 포함.

1.7 이 시험을 수행하는 시간은 사용된 방법(A, B, C, D, E 또는 F), 시편의 초기 포화도 및 시편의 Hydraulic

conductivity와 같은 항목에 따라 상이. 일정 부피 방법(E 및 F) 및 방법 D에는 가장 짧은 기간이 필요.

2 ~ 3 일 이내에 방법 D, E 또는 F를 사용하여 시험을 수행. 방법 A, B 및 C는 Hydraulic conductivity에 따라

며칠에서 몇 주까지 더 긴 시간이 소요. 1 × 10–9

m/s 정도의 Hydraulic conductivity에는 약 1 주 필요.

시험 시간은 각 방법에 대한 평형 기준을 충족함으로써 제어(9.5 참조).

1.8 단위 —SI 단위를 표준으로 사용.

1.9 안전 문제를 다루지 않으며 사용자의 책임.

2. Referenced Documents 2.1 ASTM Standards D653 Terminology Relating to Soil, Rock, and Contained Fluids D698 Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort 600kN-m/m3 D854 Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer D1140 Test Methods for Determining the Amount of Material Finer than 75-µm (No. 200) Sieve in Soils by Washing D1557 Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort 2,700kN-m/m

3

D1587 Practice for Thin-Walled Tube Sampling of Fine- Grained Soils for Geotechnical Purposes D2113 Practice for Rock Core Drilling and Sampling of Rock for Site Exploration D2216 Test Methods for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil and Rock by Mass D2434 Test Method for Permeability of Granular Soils (Constant Head) (Withdrawn 2015) D2435 Test Methods for One-Dimensional Consolidation Properties of Soils Using Incremental Loading D3550 Practice for Thick Wall, Ring-Lined, Split Barrel, Drive Sampling of Soils (Withdrawn 2016)4

D3740 Practice for Minimum Requirements for Agencies Engaged in Testing and/or Inspection of Soil and Rock




as Used in Engineering Design and Construction D4220 Practices for Preserving and Transporting Soil Samples D4318 Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils D4753 Guide for Evaluating, Selecting, and Specifying Balances and Standard Masses for Use in Soil, Rock, and Construction Materials Testing D4767 Test Method for Consolidated Undrained Triaxial Compression Test for Cohesive Soils D5079 Practices for Preserving and Transporting Rock Core Samples D6026 Practice for Using Significant Digits in Geotechnical Data D6151 Practice for Using Hollow-Stem Augers for Geotechnical Exploration and Soil Sampling D6169 Guide for Selection of Soil and Rock Sampling Devices Used With Drill Rigs for Environmental Investigations E177 Practice for Use of the Terms Precision and Bias in ASTM Test Methods E691 Practice for Conducting an Interlaboratory Study to Determine the Precision of a Test Method

3. 용어

3.1 정의

3.1.1 D653 참조.

3.1.2 Head loss, ∆h— 주어진 거리에서 총 Water Head의 변화.

3.1.2.1 논의 – 수압 전도도 시험에서 총 Head의 변화는 Permeameter에 연결된 유입 및 유출 Line을 가로

지르며 주어진 거리는 시편의 길이.

3.1.3 Permeameter-Hydraulic conductivity 시험에서 시편을 포함하는 장치(Cell).

3.1.3.1 논의 – 이 경우 장치는 모든 구성 요소(상단 및 하단 시편 Cap, 돌 및 여과지, Membrane, Chamber,

상단 및 하단 Plate, Valve 등)가 있는 Triaxial cell.

3.1.4 Hydraulic conductivity, k – 단위 수력 Gradient 및 표준 온도 조건(20°C) 하에서 Porous 매체의 단위

단면적을 통한 Laminar flow 조건 하에서 물의 배출 속도.

3.1.4.1 논의 — Hydraulic conductivity 시험에서, Coeffıcient of permeability라는 용어가 Hydraulic conductivity

대신 사용되지만, 이 표준에서는 Hydraulic conductivity가 독점적으로 사용.

Darcy 법칙과 관련된 용어에 대한 보다 완전한 논의는 문헌(3, 4) 참조

3.1.5 Pore volume of flow— Hydraulic conductivity 시험에서 시편에 유입되는 누적 유량을 Pore 부피로 나눈 값.

4. 의의 및 사용

4.1 토양 및 암석과 같은 Porous 물질 내의 1 차원 Laminar flow 물에 적용.

4.2 Porous 재료의 Hydraulic conductivity는 재료의 기공에 있는 공기의 양이 증가함에 따라 감소.

이 시험 방법은 공기가 없는 수분 포화 Porous 물질에 적용.

4.3이 시험 방법은 Porous 물질의 물 투과에 적용. 화학 폐기물과 같은 다른 액체로의 투과는 이 시험 방법에

설명된 것과 유사한 절차를 사용하여 수행. 이 시험 방법은 물이 투과성 액체인 경우에만 사용. 6장 참조.

4.4 Darcy 법칙이 유효하다고 가정하고 Hydraulic conductivity는 Hydraulic Gradient의 영향을 받지 않는다.

4.5 제어된 수준의 유효 응력에서 Hydraulic conductivity 결정 방법을 제공. Hydraulic conductivity는 유효 응력이

변할 때 변하는 다양한 Void 비율에 따라 상이. Void ratio가 변경되면 시편의 Hydraulic conductivity가 변경(부록

X2 참조). Hydraulic conductivity와 Void ratio 사이 관계를 결정을 위해서는 Hydraulic conductivity 시험을 서로

다른 유효 응력에서 반복.

4.6 시험 결과와 현장 현장 재료의 Hydraulic conductivity 간의 상관 관계는 완전히 조사되지 않은 상황. 작은

시편에서 측정된 수압 전도도가 더 큰 규모의 값과 같을 필요는 없으며 결과는 신중하고 자격을 갖춘 직원이

현장 상황에 적용.

4.7 높은 팽창 가능성이 있는 재료를 시험하고 Constant volume의 유압 시스템을 사용할 때 유효 구속 응력은

시편 팽창 압력의 약 1.5 배 또는 팽창을 방지하는 응력. 제한 응력이 팽창 압력보다

작으면 비수직적인 흐름 조건이 발생. 예로 수은 기둥이 잘못된 방향으로 이동.

NOTE 1 –시험결과는 작업자의 능력과 사용된 장비 및 시설의 적합성에 따라 상이.

D3740의 기준을 충족하는 기관은 유능하고 객관적인 시험, Sampling, 검사 등을 할 수 있는 것으로 평가.

D3740을 준수하는 것 자체가 신뢰할 수 있는 결과를 보장하지 않는다는 점에 주의.

신뢰할 수 있는 결과는 여러 요인에 따라 상이.

D3740은 이러한 요인 중 일부를 평가하는 방법을 제공.

5. 장치

5.1 유압 시스템 — Constant Head(방법 A), Falling Head(방법 B 및 C), Constant Flow rate(방법 D), Constant

volume Constant Head(방법 E), Constant volume Falling Head(방법 F)는 다음 기준을 충족하는 경우 사용.

5.1.1 Constant Head- ±5 % 이상의 Constant 수압을 유지하며 규정 공차 내에서 수압을 측정하는 방법을 포함.

Permeameter Head 손실은 ±5 % 이상으로 일정하게 유지하며 동일한 정확도 이상으로 측정. 압력 Gage, 전자

압력 변환기 또는 기타 적절한 정확도 장치는 최소 3자리 유효 숫자까지 압력을 측정. 마지막 숫자는 추정치.




5.1.1.1을 참조.

5.1.1.1 D6026은 추정 숫자의 사용 또는 적용에 대해 설명. 마지막 숫자가 추정되고 그 측정 값이 눈 높이의

고도/위치 함수인 경우 시차로 인한 측정 오차를 줄이기 위해 거울이나 다른 장치가 필요.

5.1.2 Falling Head system은 적용된 Head 손실을 측정하여 수압 Gradient를 ±5 % 이상으로 측정.

시간 간격에 따른 초기 Head 손실을 최종 Head 손실로 나눈 비율은 계산된 비율이 ±5 % 이상 정확도로 측정.

Head 손실은 압력 Gage, 전자 압력 변환기, 엔지니어 스케일, 눈금이 있는 Pipet 또는 기타 적절한 정확도의

장치를 사용하여 최소 유효 숫자 3자리까지 측정. 마지막 숫자는 추정치로 5.1.1.1 참조.

Falling Head 시험은 Constant Tail water elevation(방법 B) 또는 Rising Tail water elevation (방법 C)을 사용(그림

1 참조). 이 유압 시스템의 개략도는 방법 C의 목표 충족에 필요한 기본 구성 요소를 제공.

목표를 충족하는 기타 유압 시스템도 허용.

5.1.3 Constant Flow rate – 시스템은 시편을 통과하는 Constant Flow rate를 ±5 % 이상으로 유지.

유량 측정은 교정된 주사기, 눈금이 있는 Pipet 또는 기타 적절한 정확도의 장치를 사용하여 수행.

Permeameter를 가로 지르는 Head 손실은 전자 압력 변환기 또는 적절한 정확도의 기타 장치를 사용하여

최소 3자리 유효 숫자와 ±5 % 이상의 정확도로 측정. 마지막 숫자는 추정치로 5.1.1.1 참조.

Constant Flow rate로 시험하는 방법에 대한 자세한 정보는 문헌(5) 참조.

5.1.4 CVCH(Constant Volume-Constant Head)-수은을 사용하여 Head 손실을 생성하는 시스템은 Permeameter

를 가로 지르는 Constant Head 손실을 ±5 % 이상으로 유지하며 Head 손실을 ±5 %로 측정.

측정 Head 손실은 전자 압력 변환기 또는 이와 동등한 장치(6)를 사용하거나 수은 Column에 의해 유발된

압력 Head를 기반으로 최소 3 자리 유효 숫자까지 측정(10.1.2 참조). 마지막 숫자는 추정치로 5.1.1.1 참조.

5.1.4.1 두 CVCH 시스템의 개략도는 그림 2와 그림 3. 각 시스템에서 Tube의 수은으로 채워진 부분은

지속적인 Head 손실을 유지하기 위해 연속적. 그림 2에 표시된 시스템의 경우 수은 기둥이 수직이고 Bullet

시스템의 절반에만 유지되는 경우 Head 손실이 일정하게 유지(그림 2의 왼쪽 Bullet). 수은이 두 열에 걸쳐

있으면 Falling Head가 존재. 그림 3에 표시된 시스템에서 유출용수 끝의 수은 경계 면이 상부 수평 Tube에

남아 있고 유입 수 끝의 용수-수은 경계 면이 하부 수평 Tube에 남아 있으면 Head 손실은 일정하게 유지.

이 회로도는 방법 E의 목표를 충족하는데 필요한 기본 구성 요소를 표시.

목표를 충족하는 다른 유압 시스템 또는 회로도도 허용.

5.1.4.2 이 유형의 유압 시스템은 Hydraulic conductivity에 대한 시간적 또는 Pore-fluid 효과 연구에는 미 사용.

시편의 총 부피는 이 절차를 사용하여 일정하게 유지되므로 누출 응력, 기공 유체 상호 작용 등으로 인한 영향

감소. 이 시스템은 재료의 Hydraulic conductivity를 가능한 빨리 결정하기 위한 목적으로 사용.

FIG.1: Falling Head – Rising Tail System, Method C

5.1.4.3 위험 –이 유압 시스템에는 수은이 포함되어 있으므로 특별한 건강 및 안전 예방 조치를 고려.

7장 참조.

5.1.4.4주의 – 이러한 유형의 유압 시스템이 제대로 작동하려면 수은 Column의 분리를 방지.




분리 방지를 위해 수은과 "일정 Head" Tube는 비교적 깨끗한 상태로 유지하며 Tube 내경은 너무 클 수

없으며 모세관을 사용.

더 큰 직경의 Flushing Tube(그림 2)가 추가되어 과도한 수은 변위 없이 시스템을 통해 깨끗한 물을 Flushing.

―Constant Head‖ Tube 또는 Flushing Tube에서 나오는 수은의 우발적 흐름을 방지하는 Trap은 그림 2와 그림

3는 생략.

5.1.5 CVFH(Constant Volume-Falling Head)-Head 손실을 생성하기 위해 수은을 사용하는 시스템은 5.1.2에

주어진 기준을 충족. Head 손실은 전자 압력 변환기 또는 동등한 장치(6)를 사용하여 최소 3자리 유효 숫자로

측정하거나, Upstream 수은 수준의 상단 표면과 배수 위 사이의 차등 높이를 기준으로 측정.

마지막 숫자는 추정치로 5.1.1.1 참조.

5.1.5.1 일반적인 CVFH 유압 시스템의 개략도는 그림 4(6). Tail water Tube는 Head Water Tube보다 작은

면적을 가지고 있어 유량 측정의 감도를 높이고 Head Water Tube에서 과도한 수은 변위 없이 시스템을 통해

깨끗한 물을 Flushing. 그림 4의 유압 시스템 개략도는 방법 F의 목표 충족에 필요한 기본 구성 요소.

이 목표를 충족하는 다른 수력 시스템 또는 개략도도 허용.

이 유형의 시스템에 대한 Hydraulic conductivity 식 개발은 부록 X1.

5.1.5.2 5.1.4.2 참조.

5.1.5.3 위험 –이 유압 시스템에는 수은이 포함되어 있으므로 특별한 건강 및 안전 예방 조치를 고려. 7장 참조.

5.1.5.4 주의 – 이 유형의 유압 시스템이 제대로 작동하려면 수은 Column이 분리되고 수은 Column 내에 물이

갇히는 것을 방지. 이러한 문제를 방지하기 위해 수은과 Tube는 비교적 깨끗한 상태를 유지.

다른 크기의 Upstream 관과 Tail water 관을 사용하는 경우 모세관 Head를 고려(부록 X1, X1.2.3.2 및 X1.4

참조). Tube에서 실수로 수은이 유출되는 것을 방지하는 Trap은 그림 4에는 생략.

5.1.6 시스템 공기 제거 – 유압 시스템은 유동 Line에서 자유 기포를 빠르고 완벽하게 제거하도록 설계.

예로, 파이프 나사가 없는 적절한 크기의 Tube와 Ball Valve 및 Fitting을 사용. 적절한 크기의 Tubing 등은

기포가 갇히지 않도록 충분히 작지만 5.2.3의 요구 사항을 충족할 수 없을 정도로 작지 않음을 의미.

FIG.2: Constant Volume – Constant or Falling Head System, Method E or F (6)

5.1.7 Back pressure 시스템-유압 시스템은 포화를 용이하게 하기 위해 시편에 Back pressure을 적용. 시스템은

Hydraulic conductivity 측정 중 적용된 Back pressure을 유지. Back pressure 시스템은 적용된 압력의 ±5 %

이상까지 Back pressure을 적용,

제어 및 측정. Back pressure은 압축 가스 공급 장치, Piston에 작용하는 Dead weight, 또는 이 단락에 규정된

허용 오차까지 Back pressure을 적용하고 제어할 수 있는 다른 방법에 의해 제공.

NOTE 2 – 가스 압력을 유체에 직접 적용하면 유체에서 가스가 용해. Back pressure 유체에서 기체의 용해를

최소화하기 위해 Bladder로 기체와 액체 상을 분리하고 액체를 탈기된 물로 자주 교체하는 등 다양한 기술을

사용.

5.2 흐름 측정 시스템 — 누출 부족, 흐름의 연속성, Consolidation 또는 팽창 중단을 다른 방법으로 확인할 수




없는 경우 유입 및 유출 부피 모두를 측정. 유량은 눈금이 있는 Accumulator, 눈금이 있는 Pipet, 전자 압력

변환기와 함께 수직 스탠드 파이프 또는 적절한 정확도의 기타 부피 측정 장치로 측정.

5.2.1 유량 정확도 — 시간 간격 동안 측정된 유량 양에 필요한 정확도는 ±5 % 이상.

5.2.2 탈기 및 시스템의 Compliance - 유량 측정 시스템은 최소한의 Dead space를 포함하며 완전하고 신속한

탈기가 가능. 강성 유량 측정 시스템을 사용하여 압력 변화에 대한 시스템의 적합성을 최소화.

금속 또는 단단한 열가소성 Tubing 또는 유리와 같은 단단한 Tubing 사용.

5.2.3 Head 손실-Tube, Valve, Porous 끝 부분 및 여과지의 Head 손실로 인해 오차가 발생. 이러한 오차를

방지하기 위해 Permeameter는 내부에 시편이 없는 상태로 조립한 다음 유압 시스템을 충진.

5.2.3.1 Constant 또는 Falling Head-Constant Head 또는 Falling Head 시험을 사용하는 경우 시험에 사용할

수압 또는 Head를 적용하고 ±5 %의 정확도로 유량 측정. 이 Flow rate는 시편을 Permeameter 내부에 놓고

동일한 수압 또는 Head를 가할 때 측정되는 Flow rate보다 최소 10 배.

FIG.3: Constant Volume—Constant Head System, Method E

5.2.3.2 Constant Flow rate- 사용되는 Flow rate는 Permeameter에 공급되고 Head 손실 측정.

시편이 없는 Head 손실은 시편이 있을 때 Head 손실의 0.1 배 미만.

5.3 Permeameter Cell 압력 시스템 — Permeameter Cell을 가압하는 시스템은 적용 압력 ±5 % 정밀도로 압력

적용 및 제어. 시편에 대한 유효 응력(Cell pressure와 Pore water pressure의 차이는 ±10 % 이상 정확도 유지.

Cell을 가압하기 위한 장치는 Permeameter Cell에 연결되고 부분적으로 공기가 제거된 물로 채워진 저장소로

구성되며, 저장소의 윗부분은 압축 가스 공급 또는 기타 압력 원에 연결(참고 3 참조). 가스 압력은 압력

조절기에 의해 제어되고 압력 Gage, 전자 압력 변환기 또는 규정 공차까지 측정할 수 있는 기타 장치로 측정.

Piston 또는 이 장에 규정된 허용 오차 내에서 Permeameter Cell 압력을 적용하고 제어할 수 있는 다른 압력

장치에 작용하는 Dead weight에 의해 가압되는 유압 시스템이 사용.

NOTE 3 – 탈기 용수는 Cell 용액에 사용되어 공기가 Membrane을 통해 시편으로 확산될 가능성을 최소화.

오일과 같이 가스 용해도가 낮은 다른 유체도 허용. 단, 투과 기의 성분과 반응하지 않는 경우에만 가능.

가압된 Cell 용액을 Cell에 연결하는 긴(약 5 ~ 7m) Tube를 사용하면 Cell 용액의 공기 출현을 지연시키고

Cell로의 용존 공기 흐름을 줄이는데 도움.

5.4 Permeameter Cell— Cap과 Base에 밀봉된 막으로 둘러싸인 시편과 Porous 끝 부분이 제어된 유체 압력을

받는 장치 제공. 전형적인 Permeameter Cell과 Falling Head(Tail water 상승) 유압 시스템의 개략도는 그림 1.

5.4.1 Permeameter Cell은 Cathetometer 또는 기타 기기를 사용하여 Cell 벽을 통해 측정하거나 Loading Piston

또는 Extensometer를 관찰하여 시편 높이 변화를 측정. 상단 Cap에 Cell 베어링이 있고 Dial indicator 또는

기타 측정 장치에 부착. Piston 또는 Extensometer는 상부 Plate에 Consolidation된 Bushing 및 Seal을

통과하며 Seal을 통과하는 Piston의 단면적에 작용하는 Cell 압력을 보상할 수 있는 충분한 힘을 부가.

Deformation이 측정되는 경우 0.5mm 이상으로 눈금이 매겨지고 적절한 이동 범위를 가진 Dial indicator 또는

Cathetometer 사용.

이 요구 사항을 충족하는 다른 측정 장치도 허용.

5.4.2 가스 제거 및 유압 시스템의 포화를 용이하게 하기 위해, 시편으로 이어지는 4개 배수 Line(각각 2 개는




Base 및 상단 Cap에 연결됨)이 권장.

배수관은 Ball Valve와 같은 부피 변화가 없는 Valve로 제어하며, 배관의 Dead space를 최소화하도록 설계.

FIG. 4 Constant Volume – Falling Head System, Method F (6)

5.4.3 상부 Cap 및 Base – 시편을 지지하고 시편에 투과성 액체를 전달하기 위해 불 투과성의 단단한 상부

Cap 및 Base를 사용. 상단 Cap과 Base의 직경 또는 너비는 시편의 직경 또는 너비와 동일하여 ±5 % 이상.

Base는 누출, 측면 운동 또는 기울어짐을 방지하며, 사용되는 경우 Piston 또는 Extensometer를 수용하도록

상단 Cap을 설계하여 Piston 대 상단 Cap 접촉 영역이 Cap과 동심.

밀봉을 형성하기 위해 Membrane과 접촉하는Base 및 상단 Cap 표면은 매끄럽고 긁힘 배제.

5.4.4 Flexible Membranes – 시편을 감싸는데 사용되는 Flexible membrane은 누출에 대한 보호.

Membrane은 사용 전 주의 깊게 검사. 결함이나 핀 홀이 분명한 경우 Membrane을 폐기. 시편에 대한 구속을

최소화하기 위해 Non-stretched Membrane의 직경 또는 너비는 시편의 90 ~ 95 %.

Membrane은 응력이 가해지지 않은 내부 직경 또는 너비가 Base 및 Cap의 직경 또는 너비의 90 % 미만인

고무 O- ring으로 시편 Base 및 Cap 밀봉..

NOTE 4 – Membrane은 고무 O- RING으로 양쪽 끝이 밀봉된 형태 주위에 배치하고 내부에 작은 공기압을

가한 다음 물에 담그는 방식으로 결함을 시험.

Membrane의 어느 지점에서 기포가 발생하거나 눈에 띄는 결함이 측정되면 폐기.

5.4.5 Porous End Pieces– Silicon carbide, Aluminum oxide 또는 시편이나 투과 액에 반응하지 않는 물질 사용.

끝 부분은 평평하고 매끄러운 표면을 가지며 균열, 칩 및 불연속성 배제.

막히지 않도록 정기적으로 점검.

5.4.5.1 Porous 끝은 시편과 동일한 직경 또는 너비(±5 % 이상) 두께는 파손을 방지하기에 충분.

5.4.5.2 Porous End piece의 Hydraulic conductivity는 훨씬 큰 시편의 전도도가 필요.

5.2.3에 요약된 요구 사항은 이 기준이 충족되도록.

5.4.6 여과지 – 재료가 Porous end piece의 기공에 침입하는 것을 방지하기 위해 필요한 경우, 하나 이상의

여과지 시트를 상단 및 하단 Porous end piece와 시편 사이에 배치.

종이는 무시할 정도로 작은 수압 Impedance. 5.2.3에 요약된 요구 사항은 Impedance가 작은지 확인.

5.5 시편 압축 장비- 지정한 압축 방법에 적합한 장비(압착기 및 Mold 포함) 사용.

5.6 시편 Extruder — 시험되는 재료가 토양 Core인 경우, Extruder를 사용하여 Sampler에서 토양 Core를 제거.

시편 Extruder는 시편이 Tube에 들어가는 것과 동일한 이동 방향으로 시편의 방해를 최소화하면서 Sampling

Tube에서 토양 Core를 압출. 토양 Core가 수직으로 돌출되지 않은 경우 중력으로 인해 Core에 굽힘 응력이

발생하지 않도록 주의. 시편 압출 시 조건은 제거 방향을 지시할 수 있지만 방해 정도를 최소화.

5.7 Trimming 장비 — 시편을 원하는 치수로 Trimming하기 위한 특정 장비는 시편 품질과 특성에 따라 상이.

다음 도구 사용. 선반, 직경 약 0.3mm 와이어 톱, 주걱, 나이프, 매우 단단한 점토 시편 용 강철 줄, 시편 끝을

다듬기 위한 Cradle 또는 분할 Mold, 시편 끝의 최종 Trimming을 위한 강철 straight edge 등.

5.8 시편 치수 측정 장치- 0.5mm 까지 시편 간섭 없이 측정이 가능하도록 구성..




5.9 저울 –질량 결정에 적합하며 D4753에서 논의된 대로 선택. 100g 미만의 시편 질량은 0.01g까지 측정.

100g에서 999g 사이의 시편 질량은 0.1g, 1000g 이상의 시편 질량은 g까지 측정.

5.10 시편 장착 용 장비 – Permeameter Cell에 시편 장착을 위한 장비는 Membrane Stretcher 또는 실린더와

Membrane을 밀봉하기 위해 Base 및 상단 Cap에 O- RING을 확장 및 설치하기 위한 Ring을 포함.

5.11 진공 펌프 — 투과성 액체(물)의 탈기 및 시편의 포화를 지원.

NOTE 5— 시편 포화를 위해 진공 사용 시 과도한 consolidation 방지와 지침은 D4767의 8.2 참조.

5.12 온도 유지 장치 – Permeameter, 시편 및 투과 액 저장소의 온도는 ±3°C 이내.

이는 비교적 일정온도의 실내에서 시험을 수행. 사용할 수 없는 경우 장치를 수조, 절연 Chamber 또는 위에

지정된 허용 오차 내에서 온도를 유지하는 기타 장치에 배치.

온도는 주기적으로 측정하고 기록.

5.13 수분 함량 용기-용기는 D2216 준수

5.14 건조 오븐 –D2216 준수.

5.15 시간 측정 장치 — 초침이 있는 시계나 스톱워치(또는 이와 동등한 시계) 또는 둘 다와 같은 각 투과

시도의 기간을 측정하는 장치.

6. 시약

6.1 투과 용수

6.1.1 투과 용수는 시편 투과에 사용되는 액체이며 시편 Back pressuring에 사용되는 액체.

6.1.2 투과 용수의 유형은 요청자가 지정. 사양이 지정되지 않은 경우 다음 중 하나를 사용

(i) 음용 수돗물, (ii) 0.001 3Mol NaCl과 0.0010Mol CaCl2 혼합물, (iii) 0.01 Mol CaCl2. NaCl-CaCl2 용액은

전형적인 수돗물과 토양 Pore water를 대표(7).

CaCl2 용액은 극도로 경수 또는 연수 지역에서 사용. 사용된 물의 종류는 보고서에 표시.

6.1.2.1 NaCl-CaCl2 용액은 0.76g의 시약 등급 NaCl과 1.11g의 시약 등급 CaCl2를 10L의 탈기된 Type II 탈

이온수에 용해시켜 제조.

6.1.2.2 0.01 CaCl2 용액은 11.1 g의 시약 등급 CaCl2를 10 L의 탈기된 Type II 탈 이온수에 용해하여 제조.

6.1.2.3 투과 액과 Porous 물질 사이의 화학적 상호 작용은 Hydraulic conductivity 변화를 초래.

증류수는 점토 토양의 Hydraulic conductivity를 상당히 하강(3). 이

러한 이유로 증류수는 투과 액으로 권장되지 않는다.

6.1.3 탈기 물 – 시편에서 가능한 많은 공기를 제거하기 위해 탈기된 물 사용. 물은 끓이거나, 진공 소스에

부착된 진공 용기에 미세한 물 분무를 분사하거나, 진공 소스에 부착된 용기에서 물을 강하게 교반하여 탈기.

비등을 사용하는 경우 과도한 양의 물을 증발시키지 않도록 주의.

이로 인해 투과 용수에서 원하는 것보다 더 많은 염 농도가 발생.

공기가 물로 다시 용해되는 것을 방지하기 위해 탈기된 물은 장기간 공기에 미 노출 방지

7. 위험

7.1 경고 — 수은은 많은 규제 기관에서 심각한 의학적 문제를 일으킬 수 있는 위험 물질로 지정. 수은 또는

그 증기는 건강에 해롭고 물질을 부식. 수은 함유 제품을 취급할 때는 주의. 추가 정보는 해당 제품의

안전데이터 시트(SDS) 참조. 사용자는 수은 또는 수은 함유 제품 판매에 관한 법령 숙지

7.1.1 유리 또는 기타 취성 물질로 구성된 Tube는 특히 공기와 같은 압력을 받을 때 폭발이나 파손

이러한 Tube를 동봉. 허용 가능한 작동 압력을 설정하고 초과하지 않는지 확인.

7.2 예방 조치 — 기타 예방 조치 외에도 수은을 밀봉된 비산 방지 용기에 보관하여 증발을 억제.

방법 E 또는 F에 사용된 유압 시스템에 수은을 추가/제거할 때는 환기가 잘되는 곳(가급적이면 Hume 후드

아래)에서 작업하고 피부와의 접촉은 배제. 수은과 접촉하는 경우 항상 고무 장갑 착용.

7.2.1 수은 Trap 또는 In Line 체크 Valve 메커니즘을 설치하여 특수 유압 시스템에서 제어되지 않는 수은 흐름

최소화. 비산 방지 재료나 보호 Shield 또는 둘 다를 사용하여 통제되지 않은 유출을 최소화.

7.2.2 수은이 황동/구리 Fitting, Valve 등과 접촉하면 빠르게 누출. 따라서 Stainless steel 등을 사용

7.2.3 명시적으로 수은에 대해 권장되는 절차를 사용하여 유출 물을 즉시 청소.

7.2.4 수은이 포함된 오염된 폐기물을 안전하고 환경적으로 허용 가능한 방식으로 폐기.

8. 시편

8.1 크기 — 시편은 최소 직경 25mm, 최소 높이 25mm. 시편 높이와 직경은 유효 숫자 3자리 이상으로

측정(8.1.1 참조). 길이는 ± 5 % 미만. 직경은 ± 5 % 이하.

시편 표면은 고르지 않을 수 있지만 직경이 ±5 % 이상 변하는 Indentation은 배제.

시편의 직경과 높이는 각각 시편 내에서 가장 큰 Grain 크기보다 6 배 이상.

시험 완료 후 육안 측정을 통해 대형 Grain 존재가 확인되면 해당 정보는 데이터 시트/양식에 표시.

8.1.1 밀도 또는 단위 중량이 4개 유효 숫자로 결정/기록하는 경우 또는 유효 숫자 3 개에 대한 무효 비율;

시편의 치수는 4 자리 유효 숫자. 즉, 0.01mm까지 측정.

8.1.2 토양- 시멘트 시편과 시멘트, Bentonite 및 토양의 혼합물은 종종 토양 시편보다 더 불규칙한 표면.




이러한 시편의 경우 길이와 직경은 ±10 % 이하로 변경도 가능.

NOTE 6— 대부분의 Hydraulic conductivity 시험은 원통형 시편에서 수행. 프리즘 시험 시편을 시험하기 위해

특수 장비를 사용. 이 경우 8.1의 "직경"에 대한 참조는 프리즘 시험 시편의 최소 너비에 적용.

8.2 Intact 시편 –D1587, D3550, D6151, D2113에 따라 확보된 시편의 대표적인 부분에서 준비.

또한 "Block Sampling"(8)을 통해 손상되지 않은 시편을 취득.

다른 Drilling 및 Sampling 방법에 대한 추가 지침은 D6169. 시편은 요구 사항에 따라 보존 및 운송.

토양의 경우 D4220의 그룹 C, 암석의 경우 D5079에서 적절하게 "특별 관리" 또는 "토양 관리" 준수.

Tube Sampling 또는 Coring으로 얻은 시편은 끝 평면을 절단하고 시편의 세로 축에 수직인 경우를 제외하고는

Trimming없이 시험. 단, 토양 특성이 Sampling으로 인해 큰 방해가 발생하지 않는 경우에만 가능.

Sampling 작업으로 인해 토양이 손상된 경우 손상된 재료를 마무리.

Trimming으로 인한 자갈이나 부스러기 제거로 인해 시편 표면에 Void가 발생하여 길이 또는 직경이 ±5 %

이상 변하는 경우 Void는 Trimming에서 얻은 재 성형된 재료로 충진. 시편의 끝은 잘려야 하며 마무리 작업

불허(균열, slickensides 또는 물의 흐름을 유도할 수 있는 기타 보조 기능에 방해).

수분 함량의 변화가 최소화되는 환경에서 시편을 마감작업. 이 목적으로 제어된 High-humidity room 사용.

시편 질량과 치수는 5.8과 5.9에 주어진 공차에 따라 결정. 시편은 Permeameter에 즉시 장착.

Trimming의 수분 함량은 D2216에 따라 0.1 %까지 결정.

8.3 실험실 압축 시편 — 시험할 재료는 요청자가 지정한 방식으로 주형 내부에서 준비 및 압축.

시편을 여러 겹으로 배치하고 압축하는 경우, 요청자가 긁힘이 수행되지 않는다고 구 부피로 명시하지 않는 한,

이전에 압축된 각 층의 표면을 포크, 얼음 픽 또는 기타 적절한 물체로 가볍게 긁어(거칠게) 처리.

D698 및 D1557은 압축의 두 가지 방법을 설명하지만 해당 방법이 보고서에 설명되면 다른 방법도 사용.

큰 덩어리의 재료는 현장 시공에서 깨질 것이라는 것이 알려지지 않았거나 요청자가 덩어리 크기를 줄이도록

특별히 요청하지 않는 한 압축 전 분해 불허. 단단한 덩어리나 재료의 개별 Grain이 시편 높이 또는 직경의

1⁄6 미만. 다짐 후, 시편은 Mold에서 제거하고 끝 부분은 흠집이 나고 치수와 무게는 5.8과 5.9에 주어진 공차

내에서 결정. 치수와 질량이 결정된 후, 시편은 즉시 Permeameter에 장착.

Trimming의 수분 함량은 D2216에 따라 0.1 %까지 측정.

8.4 기타 준비 방법 – 특별히 요청된 경우 시편의 다른 준비 방법이 허용.

시편 준비 방법은 데이터 시트/양식에 설명.

8.5 시편의 높이, 직경, 질량 및 수분 함량 결정 후 건조 단위 중량을 계산. 초기 포화도를 추정(이 정보는

나중에 Back-pressure 에서 사용).

8.6 어떤 경우에는 시편의 수평 Hydraulic conductivity를 측정. 이 경우 종축이 시편의 종축에 수직이 되도록

시편을 가공. 직경이 36mm인 시편을 얻으려면 직경이 약 70mm 이상인 원통형 시편 또는 최소 치수가 약

40mm인 직사각형 시편이 필요.

9. 절차

9.1 시편 설정

9.1.1 여과지 두 장을 시편의 단면과 거의 같은 모양으로 절단.

투과 용수 용기에 두 개의 Porous 끝 부분과 여과지(사용하는 경우)를 담근다.

9.1.2 Membrane expander에 Membrane을 배치. End Cap의 측면에 실리콘 고 진공 그리스를 얇게 도포. 바닥에

Porous 끝 부분 하나를 놓고 사용되는 경우 여과지 시트 하나를 Porous 끝 부분에 놓고 시편을 배치. 두 번째

여과지 시트(사용되는 경우)를 시편 위에 놓고 두 번째 Porous 끝 부분과 상단 Cap을 배치. 시편 주위에

Membrane을 놓고 Membrane Expander 또는 기타 적합한 O- RING Expander를 사용하여 하나 이상의 O-

RING을 배치하여 Membrane을 Base에 밀봉하고 하나 이상의 추가 O- RING을 배치하여 Membrane을 상단

Cap에 밀봉. .

9.1.3 아직 부착되지 않은 경우 흐름 Tube를 상단 Cap에 부착하고 Permeameter Cell을 조립하고 탈기된 물

또는 기타 Cell 유체로 충진. Cell 압력 저장소를 Permeameter Cell Line에 연결하고 유압 시스템을 유입 및

유출 Line에 연결. 탈기된 물 또는 적절한 액체로 Cell 압력 저장소를 채우고 탈기된 투과 용수로 유압

시스템을 충진. Cell에 7 ~ 35kPa의 작은 제한 압력을 적용하고 유입 및 유출 시스템 모두에 제한 압력보다

낮은 압력을 적용하고 흐름 시스템을 통해 투과 용수를 Flushing. 모든 가시적 공기가 흐름 Line에서 제거된

후 제어 Valve를 폐쇄. 시스템 및 시편의 포화 또는 Hydraulic conductivity 측정 중에는 최대 적용 유효 응력이

시편이 Consolidation되는 응력 이내로 유지.

9.2 시편 Soaking(선택 사항) — 포화를 돕기 위해 시편 상단에 부분 진공을 적용하여 시편을 침지. 대기압

하의 물은 유입용수 Line을 통해 시편 Base에 적용하며, 수압 전도도 측정 중에 사용되는 것보다 적은 수압

Gradient를 시편에 걸쳐 생성하도록 설정된 진공의 크기가 필요.

NOTE 7 – 진공 상태에서의 담금은 예로 약 85 % 미만의 Degree of saturation을 갖는 시편과 같이 시편에

연속적인 기포가 있을 때 적용. 물에 노출되면 시편이 부푼다. 효과적인 스트레스는 부기를 억제하는 경향.

팽창하는 경향이 있는 재료의 경우 적용된 유효 응력이 팽창 압력보다 크거나 같지 않으면 시편이 팽창.




참고 5 참조.

9.3 Back-Pressure Saturation— 시편 포화를 위해 Back Pressuring 필요. 그림 5(9)는 포화에 도달하는데

필요한 Back pressure에 대한 지침 제공. Back pressure 과정에 대한 추가 지침은 Black and Lee(10)와

Head(11)가 제공.

NOTE 8— 그림 5에 제시된 관계는 Back pressuring에 사용되는 물이 탈기되고 공기가 물에 용해되는 유일한

공급원은 시편의 공기라는 가정에 기초. Back pressure 제어를 위해 공기압을 사용하면 가압된 공기가 물에

용해되어 시편의 기공에 있는 공기를 용해하기 위해 Back pressure에 사용되는 물의 용량이 감소. 공기-물

경계 면과 시편 사이에 공기가 투과할 수 없는 긴(> 5m) Tube를 사용하여 Back pressure 물을 공기에서

상대적으로 투과할 수 없는 재료 또는 유체로 분리하여 문제를 최소화.

주기적으로 Back pressure용수를 탈기된 물로 교체하거나 다른 방법으로 교체.

9.3.1 포화 과정 동안 시편의 부피 변화(void ratio, 밀도 등의 팽창 또는 압축)는 최소화.

부피 변화가 적다는 것을 확인하는 가장 쉬운 방법은 Back pressure 공정 중 시편의 높이 측정.

밀도나 Hydraulic conductivity에 대한 엄격한 제어가 필요하지 않는 한, Hydraulic conductivity 결과 변화가

9.5.4에 주어진 허용 오차 25 %의 약 절반 미만이면 부피 변화는 경미한 것으로 평가. 이는 축 방향 변형이

일반 Consolidation 토양의 경우 약 0.4 % 미만, Over consolidation 토양의 경우 약 0.1 % 미만에 해당.

부록 X2를 참조.

9.3.2 시편 높이의 초기 측정 값을 기록. 9.1.3. 설명 절차에 따라 유량 Line Valve를 열고 시스템에서 자유

기포 제거. Pore압력 측정, 유압 Gradient 측정을 의해 압력 측정기 또는 기타 측정 장치를 사용하는 경우 갇힌

공기를 모두 제거.

FIG. 5 Back Pressure to Attain Various Degrees of Saturation (9)

9.3.3 적용된 제한 압력을 시편 포화 동안 사용되는 값으로 조정. Cell 압력과 유입 및 유출 압력을 동시에

증가시켜 Back pressure 적용. Back pressure 증가분의 최대 값은 시편의 어떤 지점도 이후에 시편이

Consolidation되는 것보다 큰 유효 응력에 노출되지 않도록 충분히 낮게 유지. 시편에서 Membrane이 분리될

위험이 있으므로 유효 제한 응력이 7kPa 이상 Head 적용 불허. 시편의 특성에 따라 몇 분에서 몇 시간 동안

각 압력 증가분을 유지. 갇힌 공기의 제거를 돕기 위해 작은 수압 Gradient를 시편에 적용하여 흐름을 유도.

9.3.4 Saturation은 다음 세 가지 방법 중 하나로 확인.

9.3.4.1 Saturation는 D4767에 설명된 대로 B 계수를 측정하여 확인(NOTE 9 참조). 시편은 B 값이 0.95 이상인

경우, 또는 상대적으로 비압축성 재료(예: 암석)의 경우 B 값이 더 큰 Back pressure 값을 적용해도 변하지

않는 경우 포화된 것으로 평가. B 값은 Consolidation 단계 완료 전후에 측정(9.4 참조). 정확한 B 값 측정은

시편에 Gradient가 작용하지 않고 Consolidation에 의해 유도된 모든 기공-수압이 소멸된 경우에만 가능.

즉, 이 결정 전에 1 차 Consolidation 완료를 준수. 1차 Consolidation 완료를 확인하는 방법은 D2435 또는

D4767을 참조.

NOTE 9 – B 계수는 이 유형의 시험에 대해 Porous 물질의 기공- 수압의 변화를 제한 압력의 변화로 나눈

값으로 정의. 물로 완전히 포화된 압축성 재료는 B 값이 1.0.

상대적으로 비압축성이고 포화된 재료는 B 값이 1.0 미만(12).

9.3.4.2 시편의 포화도는 최종 포화도를 계산하여 시험 완료 시 확인. 최종 포화도는 100 ± 5 %.

9.3.4.1에 설명된 B 계수의 측정 또는 다른 기술(9.3.4.3)의 사용은 시편의 Over consolidation 가능성을

최소화하기 위해 Back pressure가 충분히 느리게 적용되는 경우 동시에 강력하게 완료.

9.3.4.3 Back pressure 증가 시 시편으로 흐르는 물의 흐름을 방해하는 것과 같은 포화를 확인하는 다른 방법은

사용된 절차가 다음과 같은 포화도를 확인하는 유사한 재료에 대한 데이터를 사용할 수 있는 경우 포화




확인에 사용. 9.3.4.1 또는 9.3.4.2에 필요.

9.4 Consolidation — 지정한 유효 응력으로 Consolidation. Consolidation은 이전 단계의 유효 응력, 즉

Consolidation 증가 비율이 1 이하인 각 새 단계에서 Cell 압력에서 Back pressure(유효 응력)을 뺀 증가로

단계적으로 수행.

NOTE 10 – 시편은 Back pressure을 적용하기 전에 Consolidation.

Back pressure가 충분히 느리게 적용되어 Over consolidation 가능성을 최소화 할 경우 Back pressure 및

Consolidation 단계는 동시에 완료

9.4.1 Consolidation 압력 적용 전과 Consolidation 중 주기적으로 시편 높이를 기록.

9.4.2 원하는 효과적인 스트레스를 가하고 Consolidation 시작에 필요한 수준으로 Cell 압력을 증가.

배수는 시편의 바닥 또는 상단에서 허용되거나 양쪽 끝에서 동시에 허용.

9.4.3(선택 사항) 유출량을 기록하여 Hydraulic conductivity 시험 시작 전 1 차 Consolidation이 완료되었는지

확인. 또는 시편 높이 변화 측정을 사용하여 Consolidation 완료를 확인.

NOTE 11 – 9.4.3의 절차는 선택 사항. 9.5의 요구 사항은 시편이 투과 중에 적절하게 Consolidation되도록

보장하기 때문. 그렇지 않은 경우 유입 및 유출 부피가 크게 달라지기 때문.

정확한 B- 값 결정을 위해 Consolidation 완료 시 포화 상태를 확인(9.3.4.1 참조).

투과 초기화 전에 Consolidation 완료를 확인하기 위한 방법으로 유출량 또는 높이 변화 기록을 권장

초기 높이에 대한 정보와 결합된 시편의 높이 변화 측정은 시편의 최종 높이를 확인하는 방법을 제공.

9.5 투과

9.5.1 Hydraulic Gradient— 가능하면 Hydraulic conductivity 측정에 사용되는 수력 기울기(i = ∆h ⁄L, 표기법

정의는 10.1 참조)는 현장에서 발생할 것으로 예상되는 것과 유사.

1 ~ 5 미만의 수력 기울기는 대부분의 현장 조건을 설명.

작은 수력 Gradient 사용은 낮은 Hydraulic conductivity(약 1 × 10 -8

m/s 미만)재료에 대한 시험 시간이 증가.

실험실에서는 가속 시험을 위해 큰 수압 Gradient를 사용하나 높은 누출 압력으로 재료 Consolidation, 세척,

미세 Grain이 downstream으로 세척되어 폐수 끝을 막을 수 있으므로 과도한 Gradient는 배제.

이러한 효과는 Hydraulic conductivity에 영향. 기울기를 지정하지 않으면 다음 지침을 참고.

시험 유효 확인을 위해 시험 후까지 기다리는 것보다 투과 전 포화를 확인하는 것이 유리하기 때문에 권장.

9.5.1.1 Hydraulic conductivity를 변경하지 않기 위해 더 높은 기울기가 나타날 수 있는 경우 위에 주어진

것보다 더 높은 기울기를 사용. 예로, 대표적인 시편에서 i = 50 또는 100 이상에서보다 i = 30에서 Hydraulic

conductivity 측정을 수행. 이러한 기울기에서 결정된 Hydraulic conductivity(k) 중 어떤 것이 유사한지(즉, 방법

(A, B, C, D, E 또는 F)에 대해 주어진 허용 가능한 수직 상태 범위 내에서) 결정.

유사한 Hydraulic conductivity를 생성하는 가장 높은 기울기와 같거나 작은 기울기가 시험에 사용.

NOTE 12— 큰 수력 Gradient와 관련된 누수 압력은 부드럽고 압축 가능한 시편을 Consolidation하고 Hydraulic

conductivity를 감소. 이러한 시편에는 더 작은 수력 기울기(<10)가 필요.

9.5.2 초기화 – 유입(Headwater) 압력을 증가시켜 시편의 투과를 시작(9.3.3 참조). 압력을 낮추면 역 가압 시

시편 용수에 의해 용해된 기포가 용액에서 나올 수 있으므로 유출용수(Tail water) 압력은 감소하지 않아야

한다. Back pressure은 투과 단계 내내 유지.

9.5.2.1 Head 압력의 최대 증가는 유효 Consolidation stress의 95 % 미만.

Cell 압력과 총 Headwater pressure 간의 차이는 효과적인 Consolidation 스트레스의 5 % 이상.

9.5.2.2 각 투과 시험의 시작과 끝, t1 및 t2에서 시험 온도를 0.1°C까지 읽고 기록. 영역 10을 참조.

20°C에서 Hydraulic conductivity 계산에서 유효 자릿수가 1 일 경우 시험 온도는 섭씨 온도로 측정.

9.5.3 시간 측정 — 각 투과 시도(또는 그 간격)의 시작과 끝에서 두 개 이상의 유효 숫자까지 시간을

측정하고 기록. 즉, 시간이 0.1초까지 기록되지 않는 한 시간 간격은 9초 이상.

9.5.4 Constant Head 시험

9.5.4.1(방법 A) — 각 투과 시험의 시작과 끝(최소)에서 5.1.1 및 5.2.3에 명시된 허용 오차와 유효 숫자에 걸쳐

필요한 Head 손실을 측정하고 기록. Permeameter의 Head 손실은 ±5 % 이상으로 일정하게 유지.

유입량과 유출량을 최소 3자리까지 주기적으로 측정하고 기록. 시편의 높이 변화를 측정하고 기록(NOTE 12

참조)(1) 유입 속도에 대한 유출 비율이 0.75~ 1.25(2) Hydraulic conductivity가 Constant 시간 간격 동안 최소

4개의 Hydraulic conductivity 값이 얻어 질 때까지 계속 투과. 4 회 이상의 연속적인 Hydraulic conductivity




측정이 k ≥ 1 × 10-10

m/s에 대한 평균 값의 ±25 % 이상 또는 k <1 × 10-10

m/s 에 대해 ±50 % 이상이면

Hydraulic conductivity는 안정된 것으로 평가.

시간에 대한 Hydraulic conductivity의 도표 또는 표는 유의한 상승 또는 하락 추세를 보여주지 않는다.

9.5.4.2 Method E(Constant Volume) – 5.1.4에 명시된 공차 및 유효 자릿수까지 Permeameter 전체에 필요한

Head 손실을 측정하고 기록. Permeameter의 Head 손실은 ±5 % 이상으로 일정하게 유지.

유입(유입) 또는 유출(유출)의 양을 최소 3 자리까지 측정하고 기록. 이 측정에서 마지막 숫자는 추정 (5.1.1.1

참조). 또한 Monitoring되는 경우 시편의 높이 변화를 측정하고 기록(NOTE 12 참조). 적어도 두 개 이상의

Hydraulic conductivity 값(k)이 안정될 때까지 계속 투과. 2 회 이상의 연속 k 측정이 k ≥ 1 × 10-10

m/s에 대해

평균값의 ±15 % 이상(2 회 이상 측정) 이내이거나 k <1 ×10-10

m/s 에 대해 ±50 % 이상이면 Hydraulic

conductivity는 안정된 것으로 평가.

9.5.5 Falling-Head Tests(Methods B, C, F) – 5.1.2에 명시된 허용 오차와 유효 자릿수까지 Permeameter에서

필요한 Head 손실을 측정하고 기록. 각 투과 시험의 시작과 끝에서 Head 손실을 측정하고 기록(최소).

시편에 적용되는 Head 손실이 Hydraulic conductivity 측정 중 초기(최대) Head 손실의 75 % 미만 불허(NOTE

13 참조). 각 시험의 시작과 끝에서 최소한 시편 높이의 변화를 측정하고 기록.

방법 F의 경우 이 요구 사항을 충족하려면 각 시도의 초기 Head 손실을 첫 번째 시도에서 사용한 것과

동일한 값(±5 %)으로 재설정. "75 % 기준"을 엄격하게 준수.

9.5.5.1 방법 B 및 C— 유출 및 유입량을 측정하고 유효 숫자 3자리까지 기록(마지막 숫자는 추정. 5.1.1.1

참조). 각 투과 시험의 시작과 끝에서 이 부피를 측정하고 기록(최소).

유입 속도에 대한 유출 비율이 0.75~ 1.25이고 Hydraulic conductivity가 일정하게 유지되는 시간 간격 동안

최소 4개 Hydraulic conductivity 값이 얻어질 때까지 계속 투과(9.5.4.1 참조).

NOTE 13— 시편 수압이 변하고 적용된 총 응력이 일정할 때, 시편의 유효 응력이 변하여 시험 결과를

무효화할 수 있는 부피 변화를 일으킬 수 있다. Head 손실이 크게 감소하지 않아야 한다는 요건은 효과적인

스트레스가 너무 많이 변하지 않도록 하기 위한 것.

부드럽고 압축 가능한 시편의 경우 훨씬 더 제한적인 기준이 필요. 시편 전체의 초기 및 최종 Head 손실이

크게 다르지 않을 경우, 초기 Head 손실 대 최종 Head 손실 비율이 ±5 %이내.

시간 간격에 따른 초기 Head 손실과 최종 Head 손실이 크게 다르지 않으면 Head 손실이 ±5 % 이상 차이가

없어야 하는 Constant Head 시험(9.5.4)의 요구 사항을 준수하면 Constant Head 시험으로 취급.

9.5.5.2 Method F(Constant Volume)- 적어도 두 개 이상의 Hydraulic conductivity 값(k)이 9.5.4.2에 명시된 요구

사항을 충족할 때까지 투과를 계속

9.5.6 Constant Flow rate 시험(방법 D)-Constant Flow rate를 가하여 시편 투과를 시작.

유압 Gradient가 지정된 값을 초과하지 않도록 유량을 선택하거나 미지정의 경우 9.5.1 권장 값을 선택.

5.1.3에 주어진 허용 오차 및 유효 숫자에 대해 유입 속도, 유출 속도 및 Head 손실을 주기적으로 측정. 시편

높이의 변화를 측정하고 기록. 유입과 유출 비율의 비율이 0.75~ 1.25이고 Hydraulic conductivity가 일정하게

유지되는 시간 간격 동안 최소 4개의 Hydraulic conductivity 값이 얻어질 때까지 계속 투과(9.5.4.1 참조).

9.6 시편의 최종 치수 — 투과 완료 후 시험 시편의 부피 변화가 크지 않은 방식으로 적용된 제한 압력, 유입

압력 및 유출 압력을 감소. Permeameter Cell을 분해하고 시편을 제거. 시편의 최종 높이, 직경 및 총 질량을

측정하고 기록 후 D2216 절차에 따라 시편의 최종 수분 함량을 결정.

시편의 치수와 질량은 5.8과 5.9에 규정된 공차로 측정.

NOTE 14 – 용액에서 나오는 공기의 결과로 Back pressure가 제거된 후 시편이 팽창.

시험 중 시편 길이 변화를 Monitoring하는 경우 이 효과에 대한 수정 가능.

Cell 해체로 인한 변형은 Cell 해체 전후의 시편 길이에서 계산. 동일한 변형이 직경에 발생한 것으로 가정.

Back pressure 제거 전 보정된 직경과 실제 길이는 Cell 분해 전 시편 부피를 계산하는데 사용.

Cell 해체 전 부피는 최종 건조 밀도와 포화도 결정에 사용.

10. 계산

10.1 Constant Head 및 Constant 유량 시험:

10.1.1 방법 A 및 D- 다음과 같이 Hydraulic conductivity k를 계산.

k = hydraulic conductivity, m/s, ΔQ = quantity of flow for given time interval Δt, taken as the average of inflow and outflow, m

3,

L = length of specimen, m, A = cross-sectional area of specimen, m

2,

Δt = interval of time, s, over which the flow ΔQ occurs (t2 – t1), t1 = time at start of permeation trial, date: hr:min:sec




t2 = time at end of permeation trial, date:hr:min:sec, Δh = average head loss across the permeameter/specimen ((Δh1 + Δh2)/2), m of water, Δh1 = head loss across the permeameter/specimen at t1, m of water, and Δh2 = head loss across the permeameter/specimen at t2, m of water.

NOTE 15— 시간 간격 Δt는 스톱워치 또는 유사 장치를 사용하여 직접 측정(11.5.1 참조).

초, 미터(m) 등이 아닌 다른 단위는 적절한 단위 변환 계수(UCF)를 사용하는 경우 k는 m/s 또는 기타

단위(영역 11 참조) 사용

10.1.2 방법 E— 식1 사용. "Constant Head" Tube의 수은 기둥 높이가 Head 손실 Δh 결정에 사용되는 경우

다음 식을 사용.

ΔHHg = the peak to peak height of mercury column (see Fig.2), m, and ρHg = the density of mercury, g/cm

3,

ρwg = the density of water, g/cm3,

GHg = the ratio of the density of mercury to the density of water (specific gravity of mercury) at the test/trial temperature. See Table 1.

TABLE 1 Specific Gravity of Mercury (GHg)

NOTE 16— constant-volume 유압 시스템의 경우, 상승 Head로 인해 Permeameter/시편 전체에 Head 손실이

없다. 초(s), 미터(m) 등이 아닌 단위는 적절한 UCF 사용 시 k는 m/s 또는 기타 단위(11장 참조)사용.

10.2 Falling-Head 시험:

10.2.1 Constant Tail water 압력(방법 B)- 다음과 같이 Hydraulic conductivity, k 계산.

a = cross-sectional area of the reservoir containing the influent liquid, m

2

ln = natural logarithm (base e = 2.71828). See Note 15.

10.2.2 Tail water 압력 증가(방법 C)-다음과 같이 Hydraulic conductivity k 계산.

ain = cross-sectional area of the reservoir containing the influent/inflow liquid, m

2

aout = cross-sectional area of the reservoir containing the effluent/outflow liquid, m2. See Note 15.

NOTE 17 – aout = ain = a인 경우, 상승하는 Tail water level을 가진 Falling Head 시험에 대한 k 계산 식




a = area of the reservoirs containing either the influent/inflow or effluent/outflow liquid, m

2

10.2.3 Constant volume 시스템(방법 F)-다음과 같이 Hydraulic conductivity k를 계산.

10.2.3.1 Head 손실 Δh 결정을 위해 Upstream 수관과 Tail water 관에서 수은 레벨의 상단 표면 사이의 차등

높이를 사용한다면 다음 식 사용.

a) 투과 시험 시작 시 Head 손실, h1:

ΔHHg,1 = difference in elevation between the top surfaces of the mercury level in the tail water and headwater tubes at the start of the permeation trial, t1 (see Fig. 3), m, ΔHHg,c = difference in elevation of mercury in the headwater and tail water tubes of the manometer with equal pressures applied to both tubes, m. This value is positive if the inside diameter (ID) of the headwater tube is larger than the ID of the tail water tube, and negative if the opposite is true. A discussion on capillary head is given in Appendix X1, X1.2.3.2 and X1.4. See Note 16.

b) 투과 시험 종료 시 Head 손실 Δh2,

– ΔHgtail = the negative change in elevation of the mercury levels in the tailwater tube during the permeation trial, m.

ΔHg Hg, 2 대신 ΔHg tail이 사용되는 이유(시험 종료 시 수은 수준의 차이)는 부록 X1, X1.3.2.1에 설명.

10.3 표준 온도에서의 Hydraulic conductivity — k를 시험 온도에서의 물 점도 대 20°C에서의 물 점도의 비율로

곱하여 20°C, RT: k20에 대한 Hydraulic conductivity를 수정.

k20 = hydraulic conductivity corrected to 20°C, m/s RT = ratio of the viscosity of water at test temperature to the viscosity of water at 20°C T = average test temperature during the permeation trial ((T1 + T2)/2), to the nearest 0.1°C. T1 = test temperature at start of permeation trial, to nearest 0.1°C, and T2 = test temperature at end of permeation trial, to nearest 0.1°C

10.3.1 RT에 대한 식은 5 ~ 50°C 사이의 유효 자릿수 3자리 까지만 정확(1.1 참조).

10.3.2 20°C에서 Hydraulic conductivity 계산에서 유효 자릿수가 1일 수 있다면 시험 온도는 °C까지 측정.

11. 보고서: 시험데이터 Sheet 및 Form

11.1 시험데이터를 기록하는 방법은 1.5에서 설명.

11.2 최소한 다음 일반 정보(데이터)를 기록.

11.2.1 프로젝트 번호, 보링 번호, 시편 번호, 깊이 등과 같은 Sample/시편 식별 정보

11.2.2 자갈이나 기타 재료의 제거, 또는 시편이 "온전한" 경우 존재 확인과 같은 특별한 선택 및 준비 과정.

11.2.3 시편이 특수한 방식으로 재구성, 재 성형 또는 다듬어진 경우(수평 Hydraulic conductivity 결정, 8.6 참조)

재구성, 재 성형 방법 등에 대한 정보를 제공.

11.2.4 시험을 수행하는 사람의 이름 또는 이니셜.

11.3 최소한 다음 시험 시편데이터를 기록.

11.3.1 측정된 비중 시험(D854) 또는 가정된 값.

11.3.2 시편의 초기 질량, 치수(길이 및 직경), 면적 및 부피, 3 ~ 4 자리 유효 숫자(8.1 및 8.1.1 참조).

11.3.3 시편의 초기 수분 함량(최근 0.1 %), 건조 단위 중량(유효 숫자 3 ~ 4 개, 8.1.1 참조) 및 포화도(최근

퍼센트).

11.3.4 시편의 최종 질량, 치수(길이 및 직경), 면적 및 부피로 3 ~ 4 자리 유효 숫자(8.1 및 8.1.1 참조).




11.3.5 시편의 최종 수분 함량(최근 0.1 %), 건조 단위 중량(유효 숫자 3 ~ 4 개, 8.1.1 참조) 및 포화도(최근

퍼센트).

11.4 최소한 다음 시험 경계 조건을 기록.

11.4.1 사용된 투과성 액체의 유형.

11.4.2 총 Back pressure의 크기(두 개 유효 숫자 또는 Head 손실 결정에 사용되는 경우 세 자리).

11.4.3 유효 Consolidation 스트레스(두 개 이상의 유효 숫자).

11.4.4 해당되는 경우 Head water 및 Tail water Tube(Bullet, 저수지, U- Tube 압력계 등)의 면적(3 개 이상의

유효 숫자).

11.4.5 투과 중 시편의 길이(L)와 면적(A)(최소 유효 자릿수 3 자리).

11.4.5.1이 값은 a) 시편의 초기 치수와 포화 및 강화 중에 발생하는 길이/높이 및 부피 변화를 기반으로 결정.

또는 b) 시편의 최종 치수, 11.3.4 참조.

11.5 최소한 다음 투과데이터를 기록.

11.5.1 날짜, 시간(또는 시작 및 경과 시간), 온도(0.1°C 참조 10.3.2), Head 손실 측정 값, 유량 측정

값(해당되는 경우) 및 변형 Gage(해당되는 경우)

각 시행/결정의 시작과 끝. 적용 가능한 측정 값/측정 값 및 얻은 측정 값/측정 값을 사용하여 계산된

평균/차이는 9장에서 다르게 지정되지 않는 한 두 개 이상의 유효 숫자.

11.5.2 Falling Head 방법 B, C 또는 F를 사용하는 경우 계산된 초기 수력 Gradient 및 종료 값과 두 개 이상의

유효 자릿수에 대한 Hydraulic conductivity.

11.5.3 9.5.4 ~ 9.5.6의 해당 요구 사항을 충족하는 값에 대한 평균 보정 Hydraulic conductivity(k20, 10.3 참조).

이 값을 m/s 단위 또는 기타 단위(예: 7.1 × 10-10 또는 7.13 × 10

-10m/s)로 기록.

11.5.4 Constant 부피의 유압 시스템을 사용하지 않는 한, 시간 또는 기공 부피에 대한 Hydraulic conductivity

그래프 또는 표 권장.

12. 정밀도 및 Bias

정밀도- 시험 방법의 정밀도는 2008년에 실시된 D5084(Flexible Wall Permeameter를 사용한 포화 Porous

재료의 Hydraulic conductivity 측정을 위한 표준 시험 방법)에 대한 실험실 간 연구를 기반.

12 개 실험실에서 각각 세 가지 토양 유형을 시험.

ML-1: Vicksburg silt (ASTM 기준 토양 ML-1) CH-1: Vicksburg clay (ASTM 기준 토양 CH-1) CL-1: Annapolis clay

(ASTM 기준 토양 CL-1)

세 토양은 모두 D18 ISR 기준 토양 및 시험 Program에서 가져온 것. 토양의 지수 특성은 표 2 참조.

이 특성은 ASTM 참조 토양 및 시험 Program에서 가져온 것.

모든 "시험 결과"는 개별 결정을 표시. 각 실험실은 분석에 대해 세 가지 반복 시험 결과를 보고.

데이터의 설계 및 분석은 E691을 적용. 자세한 내용은 ASTM 연구 보고서 RR: D18-D1018.5 참조.

Repeatability한계(r)-한 실험실 내에서 얻은 두 개의 시험 결과가 해당 재료에 대한 "r" 값 이상 차이가 나는

경우 동등하지 않은 것으로 판단. "r"은 동일 실험실에서 같은 날 같은 장비를 사용하여 같은 작업자가 얻은

같은 재료에 대한 두 시험 결과 간의 임계 차이를 나타내는 간격.

Repeatability한계는 표 3.

Reproducibility한계(R)-두 개의 시험 결과가 해당 재료에 대한 "R"값 이상 차이가 나는 경우 동등하지 않은

것으로 판단. "R"은 서로 다른 실험실에서 서로 다른 장비를 사용하는 서로 다른 작업자가 얻은 동일 재료에

대한 두 시험 결과 간의 임계 차이를 나타내는 간격.

Reproducibility한계는 표 3.

위의 용어(Repeatability한계 및 Reproducibility한계)는 E177에 따라 사용.

토의 12.1.1 및 12.1.2에 따른 모든 판단은 대략 95 %의 정확성.

Bias-연구 당시 이 시험 방법에 대한 Bias 결정에 적합한 허용된 참조 자료가 없으므로 Bias 결정 불가

정밀도는 12.1에 설명된 3개 토양에 대한 12개 실험실의 104개 결과에 대한 통계적 조사를 통해 결정.

Keywords coefficient of permeability; constant head; constant rate of flow; constant volume; falling head; hydraulic barriers; hydraulic conductivity; liner; permeability; permeameter




TABLE 2 Index Properties for ASTM Reference Soils Used in Interlaboratory Study on Saturated Hydraulic Conductivity

TABLE 3 Hydraulic Conductivity Statistics from ILS Report RR:D18-D1018 (All Units in cm/s)

부록(부가 정보)

X1. 수은 Constant volume Falling Head 유압 시스템을 위한 유압 전도 식 개발

X1.1 소개 – 수은 Constant volume Falling Head 유압 시스템의 개략도는 그림 4.

이 그림에서 Falling Head는 수은 수위와 수은의 Head 관 간의 고도 차이에 의해 적용.

수은 U- Tube 압력계. 이 유형의 유압 시스템을 설계할 때 Tail water Tube(aout) 면적은 Head water Tube(ain)의

면적보다 훨씬 작게 제작. 이것은 세 가지 이유로 수행.

첫째, 유량/부피 측정의 감도를 높이기 위해

둘째, Hydraulic conductivity 측정에 필요한 시간을 단축.

셋째, 수은 손실 없이 수은 U- Tube 압력계의 수은 관에서 수은 관을 통해 물을 씻어내어 유압 시스템 세척.

X1.1.1 시편에서 수은 U- Tube 압력계로 이어지는 Tube Line은 압력계의 수은 위 공간뿐만 아니라 물로 충진.

포화된 시편의 부피는 투과하는 동안 일정하게 유지. 이는 유압 시스템의 구성 요소(물, Tube 및 압력계)가

토양에 비해 상대적으로 압축되지 않기 때문에 발생. 투과 시 투과 용수 유입과 유출이 연속.

X1.1.2 수은 Constant Volume Falling Head 유압 시스템에서 Head 및 Head 손실을 결정하는 표현은 수력 전도

식을 개발하기 전에 제시. 이를 통해 상대적으로 복잡한 식 개발 과정을 다루기 전 표기법과 필수 변수에 익숙.

관련 Head는 총 Head(H), 압력 Head(Hp), 상승 Head(He), 모세관 Head(Hc), 속도 Head(Hv) 및 총 Head

손실(∆h).

X1.2 총 Head 및 총 Head 손실 결정

X1.2.1 총 Head- 총 Head는 압력 Head(Hp), 상승 Head(He), 속도 Head(Hv) 및 모세관 Head(Hc)의 합.

물의 m 또는 cm와 같이 물의 높이로 표시. 4.4 ~ 5.2.3.2에 명시된 조건이 충족되는 경우 속도 Head는

Zero/무의미한 것으로 평가. 압력 Head는 주어진 지점에서 static pressure(p)에 의해 지지될 수 있는 정적 물의

수직 기둥의 높이. 다음과 같이 표현.

Hp = the pressure head at given point (units of vertical height of water column, m), UCF = a unit conversion factor, p = the static pressure at a given point (units of force per unit area, kPa), ρw = the density of the water (units of mass per unit volume, Mg/m

3), and

g = the acceleration of gravity, convert mass to force (9.80665 m/s2 or 980.665 cm/s

2).




X1.2.2 제한 유체 내의 모든 지점에서 일정압력은 그림 X1.1에 따라 계산.

Velocity head loss로 인한 압력 저하가 없다.

이 그림은 고도 El에서 점 O의 유체 압력. "out" 또는 tail water 쪽의 O는 다음과 같이 표현.

ΔHHg = the differential height of the mercury column, m, ρHg = the density of the mercury, Mg/m

3,

ΔHw = the differential height of the water column, m, Δpc = the change in pressure due to capillarity at the tube-water-mercury interface, kPa

Ub = the applied back pressure, kPa.

X1.2.3 위의 경우 압력 Head(수위)는




GHg = the specific gravity of mercury at a given temperature, and ΔHc = the change in head due to capillarity, m of water, see X1.2.3.2

X1.2.3.1 Velocity Head—속도 Head 또는 속도 Head 손실은 5.2.3에 지정된 요구 사항이 충족되는 경우 0 또는

중요하지 않은 것으로 평가.

X1.2.3.2 모세관 Head — 대부분의 경우 모세관 Head 또는 모세관 Head 손실은 0으로 가정.

일부 수은 U- Tube 압력계에서는 Upstream 관과 Tail water 관 사이의 모세관 Head 차이; 즉, 모세관 손실,

ΔHc가 중요. 그림 X1.2와 같이 설명. 이 그림에서 ΔH c 도출 이해에 도움이 되도록 공기 대신 물을 포함하는

수은 U- Tube 압력계의 "Water bridge"를 고려. "Water bridge" 압력을 빼면. 압력계로 측정한 압력 차는 ρw •

g로 나누어 압력 Head로 변환. 그림 X1.2에서 볼 수 있듯이 모세관 손실은

ΔHc = capillary head loss in hydraulic system, m of water, ΔHHg,c = differential height of mercury in the tailwater/outflow and headwater/inflow tubes of the manometer

with equal pressure applied to each tube, m of mercury GHg = specific gravity of mercury at test/trialtemperature, see Table 1.

NOTE 1.For this case capillary head loss is a positive value since the total head on the head water side would have to be increased to make the mercury levels equal. FIG.X1.2: Difference in Capillary Head in Mercury U-tube Manometer

X1.2.3.2.1 그림 X1.2에 따라 ΔHc 또는 ΔHHg, c의 적용은 ΔH Hg, c가 0.0005m 또는 0.5mm이상일 때만 필요. ΔHc

측정 방법에 대한 설명은 X1.4.

X1.2.4 총 Head- 총 Head는 압력, 고도, 속도 및 모세관 Head의 합과 동일.

속도 Head의 변화는 0으로 가정하고 모세관 Head의 변화는 위에 주어진 압력 Head 계산에 포함되므로(식

X1.3), 총 Head 관계

그림 X1.3과 같이 다양한 지점/고도에서 다음과 같이 표현.

X1.2.4.1 Tubing에 Head 손실이 없다고 가정하면 지점 Z(Hp, Z)의 압력 Head는 모세관 Head의 영향 이전에

지점 B(Hp, B) 바로 위의 압력 Head와 동일. 따라서 Hp, Z = Hp, B 및 Hp, X = Hp, B'




X1.2.4.2 정의에 따라 지점 B 바로 위의 총 Head는 해당 지점에서 압력과 상승 Head를 더한 값과 동일.

유압의 연속성을 가정하면 지점 B '의 압력 Head는 다음 식.

ΔHp,c,B = the change in capillary pressure head going from just above Point B to just below it, ΔHp,c,A' = the change in capillary pressure head going from just below Point A' to just above it.

X1.3 총 Head 손실-그림 X1.1, 그림 X1.2 및 그림 X1.3에 표시된 유압 시스템에 대한 자세한 검토를 바탕으로

유체의 흐름(투과성)이라는 결론에 도달)

U- Tube 압력계의 수은 높이 차이가 그림 X1.2에 표시된 것과 같이 평형 값보다 클 때만 발생.

X1.3.1 초기 Head 손실 — 위에 주어진 전체 Head 논의와 그림 X1.3에 주어진 표기법 사용; 시편 전체의

초기 총 Head 손실(Δh1)은 다음 식.

그림 X1.1 ~ 그림 X1.4에 주어진 특정 표기법 대신 일반 표기법을 사용하므로

정리

ΔhHg = the initial total-head loss at the start (t1) of a given permeation trial, in m of water, ΔHHg = the initial differential height of mercury in the tailwater and headwater tubes of the manometer at the start

(t1) of a given permeation trial, in m, ΔHHg,c = the positive differential height of mercury in the tailwater and headwater tubes of the manometer with

equal pressures applied to both tubes, in m. This height differential is caused by the difference in capillary pressure heads within the two tubes making up the mercury U-tube manometer, see X1.2.3.2 and X1.4ΔH




FIG.X1.3: Schematic of Mercury Constant Volume – Falling Head Hydraulic System for Head and Head Loss Equations

FIG.X1.4: Relationship between Change in Flow and Total Head Loss

X1.3.2 최종 Head 손실-시편 전체의 최종 총 Head 손실(Δh2)은 다음 식

Δh2 = the final total-head loss at the end (t2) Of a given permeation trial, in m of water, ΔHHg,2 = the final differential height of mercury in the tailwater and headwater tubes of the manometer at the end (t2) of a given permeation trial, in m.

X1.3.2.1 ΔHHg, 2의 결정에는 두 개의 측정 값이 필요. Tail water 및 Head water Tube에서 수은(반월판)의 상단

표면의 고도. 각 측정 값에는 약간의 오차, 특히 headwater 측정 값.

t1과 t2 사이의 headwater 측정 값의 변화는 매우 작으며 측정 값을 생성/추정할 수 있는 민감도 정도.

이러한 요인들 때문에 Δh2의 정확도는 Tail water Tube의 상단 표면 수은 레벨의 고도 변화를 측정하고




ΔHHg, 2가 Tail water와 headwater Tube 사이의 면적 관계를 기반으로 하는 것을 계산함으로써 증가할 수

있다고 가정. 그림 X1.4와 같이 다음과 같은 흐름 관계를 설정.

NOTE X1.1—표기법을 간단하게 하기 위하여 height (H)를 생략

ΔQin = inflow of permeant water for given time interval (positive units of volume), –ΔQout = outflow of permeant water for given time interval (negative units of volume), ΔHghead = positive change in elevation of the mercury level (top of meniscus) in the headwater tube (units of distance) –ΔHgtail = negative change in elevation of the mercury level (top of meniscus) in the tailwater tube (units of distance), ain = area of the headwater/inflow tube containing mercury (units of area), and aout = area of the tailwater/outflow tube containing mercury (units of area) Based on continuity of flow in a saturated specimen at constant volume,

Substituting for ΔHHg,2 and rearranging

X1.4 모세관 Head 측정 — 수은 U- Tube 압력계의 Head water와 Tail water Tube 사이의 모세관 Head(ΔHc)

차이를 측정하는 핵심은 두 Tube에 동일 수압 적용. 동일한 수압에서 물의 흐름이 발생.

Tail water와 Head water Tubing Line을 개별적으로 연결하여 동일 높이의 물이 포함된 Bullet을 세척으로 수행.

이 Line에는 기포가 없으며 두 Bullet에 동일한 공기압을 적용. 이 공기압은 시험 중에 적용되는 Back

pressure와 유사. 마지막으로, 각 Bullet 내의 수위가 같도록 Bullet 하나(Head water Line에 연결된 높이)의

높이를 조정. 이 높이 조정을 할 때, Head water Bullet 수위가 Tail water Bullet의 수위 아래에서 시작하는지

확인. 이는 시험 중 유체 흐름의 방향을 모사.

X1.4.1 두 Bullet의 수위가 수평이 되면 반월판 상단에 있는 두 수은 기둥의 높이 차이를 결정. Tail water

Tube(ID가 더 작은 것)의 수은 수준은 Head water Tube의 수은 수준 이하. 그렇지 않은 경우 U- Tube

압력계의 두 Tube에 동일 압력 적용에 오차가 있으며 Line의 공기, 외부 압력 소스 등을 확인.

X1.4.2 사용중인 수은 U- Tube 압력계가 Tail water Tube가 Head water Tube 내에 포함된 버전인 경우 다른

접근 방식을 사용. Tail water Tube의 수은 수준이 평형 상태에서 보이지 않기 때문에 다른 접근 방식이 필요.

한 가지 접근 방식은 U- Tube 압력계(Head water 및 Tail water 기둥)의 수은 수준(반월판 상단)이 같을 때까지

Head water Bullet을 올리는 것. 다음, Upstream와 미미 Bullet의 수위 차이를 m 물로 결정하고 다음으로 ΔHc를

ΔHHg, c로 변환.




ΔHHg, c = ΔHc/(GHg – 1) = ΔHc/12.74, 수은 m 단위. 값 12.57은 15°C에서 25°C 사이의 온도 범위에 적합.

X1.5 Falling-Head Hydraulic Conductivity 식— 포화 매체에서 Hydraulic conductivity에 대한 Darcy의 법칙은

다음을 요구

q = rate of flow of the fluid (units of volume over time, m

3/s),

k = hydraulic conductivity or coefficient of permeability(units of length over time, m/s), i = hydraulic gradient (no unit), Δh = total head loss across a given length/test specimen(unit of height of water, m), L = given length (test specimen) over which the total headloss occurs (unit of distance, m), ΔQ = volume of flow for a given time interval (unit ofvolume, m

3), and

Δt = time interval (unit of time, s).

X1.5.1 유량과 시간의 미분 부피에 대해 이 식은

dΔQ = differential volume of flow in a differential time period dΔt = differential time period.

X1.5.2 유량의 차등 부피가 아래와 같이 차등 Head 손실의 함수임을 입증.

그림 X1.4 또는 X1.3.2.1에서;

그림 X1.4에서,

식 X1.15의 위 식에서 –dΔQ 및 –dΔHg tail을 대입하면.

시간 t1과 t2, h1과 h2를 적분하면,

이는 일반적인 Constant volume-falling head 식을 산출.




Noting that,

equation becomes,

k = hydraulic conductivity of the test specimen at the test temperature, m/s, Δh1 = total head loss across length L at the start of a permeation trial; that is, initial total head loss, m of water, Δh2 = final total head loss across length L at the end of a permeation trial; that is, final total head loss, m of water, Δt = elapsed time during a permeation trial; that is, Δt = t2– t1, s, aout = area of the tailwater tube (tube with smaller ID),m

2,

ain = area of the headwater tube, in m2,

GHg = specific gravity of mercury (ρHg/ρw) at the test temperature, ρHg = density of mercury at the test temperature, in Mg/m

3,

ρW = density of water at the test temperature, Mg/m3,

(GHg–1) = constant equal to 12.57 between 15 and 25°C, L = length/height of the test specimen, in m, A = area of the test specimen, in m

2,

ln = natural logarithm (base e),

X1.3.1 및 X1.3.2의 Head loss 식.

for Δh1 and Δh2: ΔHHg,1 = the initial difference in height of mercury in the tailwater and headwater tubes of the manometer at the start (t1) of a given permeation trial, m; ΔHHg,c = the positive difference in height of mercury in the tailwater and headwater tubes of the manometer with equal pressure applied to both tubes, m, (This height differential is caused by the difference in capillary pressure of the two tubes making up the mercury U-tube manometer); –ΔHgtail = the negative change in height of the mercury level in the tailwater tube of the manometer during a given permeation trial, m.

X2. Axial strain과 시편의 Hydraulic conductivity 간의 관계

X2.1 소개-주어진 시편의 Void 비율, 건조 단위 중량 또는 부피 변화에 따라 Hydraulic conductivity(k)가 어떻게

변하는지 이해하는 것이 중요.

이러한 이해를 통해 시험하는 동안 부피 변화를 제어하는 정확도를 파악.

예로 k가 부피 변화에 민감한 경우 효과적인 consolidation stress을 정확하게 제어.

Back-pressuring 과정 중 부피 변화를 최소화.

X2.1.1이 부록에 제시된 관계는 플라스틱 점토(CL 또는 CH)에 대한 관계로 가소성 지수가 약 10~ 50

X2.2 Void ratio 대 Hydraulic conductivity의 변화-그림 X2.1에는 Void ratio(e)에 따라 Hydraulic conductivity(k)가

어떻게 변하는지 그래프로 표현. 이 그림은 e가 감소함에 따라 k가 감소함을 그래픽으로 표시.

Void 비율(Δe)의 변화에 대해 k 변화율은 Normally consolidated range보다 Over consolidated range에서 크다.




이 그림에 제시된 용어/표기법에 대한 정의.

k= given hydraulic conductivity, m/s, kL= lower bound k for given percent change in k, m/s, kU= upper bound k for given percent change in k, m/s, ΔkL= lower bound change in k for given percent change (decimal form) in k, m/s/% Change = the percent change (decimal form) in k, ΔeL= the compressive change in void ration (decreasing change) e U= the swelling change in void ratio (increasing change) m = the ratio of Δe to Δlog k = Δe/log (k/kL), 1/(m/s).

X2.3 e와 k 사이의 수학적 관계-다음과 같이 표시.

X2.4 탄성 이론을 기반으로 하여 축 변형(εa)과 부피 변형(εv), 부피 변형과 void ratio (Δε) 간의 관계.

Δεa = the change in compressive axial strain (ΔL/Lo), m/m. Ec = a constant to correct for the non-elastic response of hydraulic-conductivity test specimens. For test specimens having a height to diameter ratio of about one, this value is about 0.8 for normally consolidated (NC) specimens and 0.6 for over consolidated (OC) specimens, Δεv = the change in compressive volumetric strain (ΔV/Vo), m

3/m

3.

–Δe = the compressive change in void ratio; that is, decreasing change, eo = the initial void ratio.




FIG.X2.1: Typical Relationship between Void Ratio and Logarithm of Hydraulic Conductivity

X2.5 위의 식을 결합하고 재정렬:

mNC = m value in normally consolidated region, 1/[m/s], mOC = m value in the over consolidated region, 1/[m/s].

X2.5.1 Tavenas, 등(12)은 m이 강화된 점토의 경우 약(1⁄3 ~ 1⁄2) × eo 보고. Over consolidated 점토의 경우, m은

일반 Consolidation 영역(CNC)에서 Over consolidation 영역(COC)으로 이동할 때 압축 지수(C)와 동일한

비율로 감소한다고 가정.

PI = 가소성 지수. 이 가정은 제한된 데이터를 기반으로 하며 Consolidated 및 Over consolidated regions

지역간에 m에 큰 차이가 없다. 위의 내용을 기반으로 초기 Void 비율 0.8과 가소성 지수(PI) 30, mNC는 약 0.33.

mOC는 약 0.082.

X2.5.2 잘못된 시험 프로토콜로 인한 과도한 축 변형이 다음 값보다 작다고 가정하면 위의 m 값과 식

사용하면, 12.5 % 변화

보통 Consolidated soils 경우

과다 Consolidated 토양의 경우

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