모공수압

모공수압(pore water pressure, 때로는 pwp로 약칭)은 입자(pore) 사이의 틈새에서 토양이나 바위 안에 있는 지하수의 압력을 가리킨다. 지하수 호흡수위 이하의 공극수압은 피에조계로 측정한다. 대수층에서의 수직 공극 수압 분포는 일반적으로 정수압에 가까운 것으로 가정할 수 있다.

불포화("vadose") 구역에서 모공 압력은 모세균성에 의해 결정되며 장력, 흡인 또는 모체 압력이라고도 한다. 불포화 상태의 공극수압은 10도계로 측정하는데, 흙과 접촉한 투과성 세라믹 컵을 통해 기공수가 기준 압력 지시기와 평형을 이루도록 하여 작동한다.

토양의 효과적인 스트레스에 대한 테르자기의 표현으로부터, 모공 수압은 지상 토양 역학에서 스트레스 상태를 계산하는데 필수적이다.

통칙, 일반원칙

압력 발생 원인은:^[1]

수위차: 베르누이의 에너지 방정식에서 예시된 바와 같이 높은 고도에서 낮은 고도로 물이 흘러 속도 헤드를 일으키거나 물의 흐름을 동반한다.
정수압: 측정된 지점 위의 물질 중량으로 인한 결과.
삼투압: 이온 농도의 불균형한 집합체로서 물 입자가 끌어당기면서 그 힘을 물 입자에 발생시킨다.
흡수 압력: 흡착된 물 필름에 의해 주변 토양 입자를 서로 끌어당긴다.
Matric suction: 불포화 토양의 정의 특성, 이 용어는 전체 토양 블록에서 수분 함량을 균등화하기 위해 주변 물질에 작용하는 압력 건성 토양이 작용하는 압력에 해당하며 $(u_{a})$ ( $u$ $(u_{a})$ $(u_{w})$ $)$ {\ $displaystyle (u_{a})$ 와 모공 수압의 차이로 정의된다 $.$ $isplaystyle(u_{w}})}$ ^[2].

물 테이블 아래

진동 와이어 피에조미터. 진동하는 와이어는 유체 압력을 동등한 주파수 신호로 변환하여 기록한다.

물의 부력 효과는 토양 매질의 어느 지점에 존재하는 효과적인 스트레스와 같은 특정한 토양 특성에 큰 영향을 미친다. 지표면 5미터 아래 임의의 지점을 고려한다. 건조한 토양에서 이 지점의 입자들은 지하 깊이(5m)에 토양의 특정 중량을 곱한 총 오버헤드 응력을 경험한다. 단, 국소수탁상 높이가 5m 이내일 경우, 5m 면적의 수탁상 높이 산물에 의해 표면 아래 5m에서 느끼는 총 응력은 감소하고, 물의 특정 중량인 9.81kN/m^3은 감소한다. 이 매개변수를 토양의 유효 응력이라고 하는데, 기본적으로 토양의 총 응력과 모공 수압의 차이와 같다. 모공 수압은 토양의 총 응력과 토양의 유효 응력을 구별하는데 필수적이다. 다양한 엔지니어링 거래에서 정확한 현장 계산을 위해 토양에서 정확한 응력의 표현이 필요하다.^[3]

계산식

유량이 없을 때 수면 아래 깊이 h의_w 모공압은 다음과 같다.^[4]

p_{s}=g_{w}h_{w}

p_{s}=g_{w}h_{w}

=

p_{s}=g_{w}h_{w}

p_{s}=g_{w}h_{w}

p_{s}=g_{w}h_{w}

{\

여기서:

p는_s 포화공수압(kPa),
g는_w 물의 단위 중량(kN/m³)이다.

g_{w}=9.81kN/m^{3}

=

g_{w}=9.81kN/m^{3}

N

g_{w}=9.81kN/m^{3}

/ m

g_{w}=9.81kN/m^{3}

{\

영어 단위 62.43lb/^[5]ft^3)

h는_w 물 테이블 아래의 깊이(m)이다.

측정방법 및 표준

물 테이블 아래의 모공 수압을 측정하는 표준 방법은 중력에 대해 액체 기둥이 상승하는 높이, 즉 특정 깊이에서 지하수의 정압(또는 입압계 헤드)을 측정하는 피에조계를 사용한다.^[6] 피에조미터는 종종 데이터를 제공하기 위해 전자 압력 변환기를 사용한다. 미국 간척국은 피에조미터로 바위 덩어리의 수압을 감시하는 기준을 가지고 있다. ASTM D4750, "보어홀 또는 모니터링 웰(관찰 웰)에서 지표하 액면 수준 결정을 위한 표준 시험 방법"^[7]을 설치한다.

물 테이블 위

전자식 텐시미터 프로브: (1) 다공성 컵, (2) 수분 충전 튜브, (3) 센서 헤드, (4) 압력 센서

물 테이블 위의 어느 지점에서든, 바도세 구역에서 유효 스트레스는 테르자기의 원리에 의해 증명된 바와 같이, 총 스트레스와 대략 같다. 현실적으로 이 부분 포화 토양의 모공 수압이 실제로 음수이기 때문에 전체 스트레스보다 효과적 스트레스가 더 크다. 이는 주로 바도세 구역 전체에 걸쳐 공극수의 표면 장력으로 인해 주변 입자(예: 모체 흡입)에 흡입 효과가 발생하기 때문이다. 이 모세관 작용은 "바도세 구역을 통한 물의 상향 이동"이다(코듀토, 266).^[8] 폭우로 인한 것과 같은 수분 침투가 증가하면 토양수 특성 곡선(SWCC)에서 기술한 관계에 따라 모성흡입이 감소하여 토양의 전단강도가 저하되고, 기울기 안정성이 저하된다.^[9] 토양에서의 모세관 효과는 임의로 연결된 보이드 공간과 입자 간섭으로 인해 자유수역보다 더 복잡하다. 그럼에도 불구하고, 일반적으로 음극수압이 최고조에 이르는 모세관 상승의 이 구역의 높이는 단순한 방정식으로 가깝게 추정할 수 있다. 모세관 상승 높이는 물과 접촉하는 보이드 공간의 직경과 반비례한다. 따라서 빈 공간이 작을수록 장력 작용으로 인해 높은 물이 솟아오르게 된다. 모래 토양은 공극 공간을 더 많이 가진 거친 물질로 구성되며, 따라서 흙덩어리나 실트와 같은 응집력이 더 높은 토양보다 훨씬 낮은 모세관 영역을 갖는 경향이 있다.^[8]

계산식

물 테이블이 미세한 결의 토양에서 깊이 d에_w 있는 경우, 지면 표면의 모공 압력은 다음과 같다.^[4]

p_{g}=-g_{w}d_{w}

p_{g}=-g_{w}d_{w}

=

p_{g}=-g_{w}d_{w}

-

p_{g}=-g_{w}d_{w}

p_{g}=-g_{w}d_{w}

p_{g}=-g_{w}d_{w}

p_{g}=-g_{w}d_{w}

w

{\

여기서:

p는_g 지면 수준에서 불포화 모공 수압(Pa)이다.
g는_w 물의 단위 중량(kN/m³)이다.

g_{w}=9.81kN/m^{3}}

d는_w 물 테이블의 깊이(m)이다.

깊이, z, 표면 아래의 모공 압력은 다음과 같다.

p_{u}=g_{w}(z-d_{w})

p_{u}=g_{w}(z-d_{w})

=

p_{u}=g_{w}(z-d_{w})

p_{u}=g_{w}(z-d_{w})

(

p_{u}=g_{w}(z-d_{w})

-

p_{u}=g_{w}(z-d_{w})

w

p_{u}=g_{w}(z-d_{w})

)

{\displaystyle p_{u}=g_{w}(z-d_{w

여기서:

p는_u 지점의 불포화공수압(Pa)이고, z는 지면보다 낮다.
z는_u 지면 아래의 깊이다.

측정방법 및 표준

텐시계는 바도세 구역의 모수전위( (水戰力, \ $\Psi _{m}$ , $\Psi _{m}$ \ $displaystyle \Psi _{$ m $\Psi _{m}$ 를 결정하는 데 사용되는 기구다.^[10] ISO 표준 "토양 품질 - 공극수압 측정 - 텐시미터 방법", ISO 11276:1995 "텐시미터를 사용하여 불포화 및 포화 토양에서 공극수압(점 측정)을 측정하기 위한 방법을 설명한다. 현장 상황 측정 및 예를 들어 토양 코어 등에 적용되며, 실험 검사에 사용된다." 그것은 모공 수압을 "모방 압력과 공압 압력의 합"^[11]으로 정의한다.

모트리크 압력

고려 대상 지점의 표고 및 외부 가스 압력에서 토양수와 동일한 구성의 극소량의 물을 고려 대상 지점의 토양수로 역방향 및 역방향으로 수송하기 위해 수행해야 하는 작업량.뿔이 ^[12]난

공압력

고려 중인 지점의 외부 가스 압력에서 고려 중인 지점의 외부 가스 압력에서 유사한 풀로 토양의 물과 구성으로 동일한 극미량의 물을 역방향 및 역방향으로 수송하기 위해 수행해야 하는 작업량그는 많은 양의 물을 운반했다.^[12]

참고 항목

참조

^ Mitchell, J.K. (1960). "Components of Pore Water Pressure and their Engineering Significance" (PDF). Clays and Clay Minerals. 9 (1): 162–184. Bibcode:1960CCM.....9..162M. doi:10.1346/CCMN.1960.0090109. S2CID 32375250. Archived from the original (PDF) on 2019-02-18. Retrieved 2013-02-17.
^ Zhang Chao; Lu Ning (2019-02-01). "Unitary Definition of Matric Suction". Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 145 (2): 02818004. doi:10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0002004.
^ Das, Braja (2011). Principles of Foundation Engineering. Stamford, CT: Cengage Learning. ISBN 9780495668107.
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^ Dunnicliff, John (1993) [1988]. Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance. Wiley-Interscience. p. 117. ISBN 0-471-00546-0.
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^ ^a ^b Coduto, Donald; et al. (2011). Geotechnical Engineering Principles and Practices. NJ: Pearson Higher Education, Inc. ISBN 9780132368681.
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^ Rawls, W.J., Ahuja, L.R., Brakensiek, D.L., Shirkohamadi, A. 1993. 침투 및 토양수 이동, D.R. Ed, New York, NY, USA, McGraw-Hill, 페이지 5.1–5.51.
^ ISO (1995). "Soil quality -- Determination of pore water pressure -- Tensiometer method". ISO 11276:1995. International Standards Organization. Retrieved 2014-03-13.
^ ^a ^b BS 7755 1996; Part 5.1

[1] Mitchell, J.K. (1960). "Components of Pore Water Pressure and their Engineering Significance" (PDF). Clays and Clay Minerals. 9 (1): 162–184. Bibcode:1960CCM.....9..162M. doi:10.1346/CCMN.1960.0090109. S2CID 32375250. Archived from the original (PDF) on 2019-02-18. Retrieved 2013-02-17.

[2] Zhang Chao; Lu Ning (2019-02-01). "Unitary Definition of Matric Suction". Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 145 (2): 02818004. doi:10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0002004.

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[Bristol-4] Wood, David Muir. "Pore water pressure". GeotechniCAL reference package. Bristol University. Retrieved 2014-03-12.

[FE-5] 국가 공학 및 측량 검사자 협의회(2005년). 엔지니어링 제공 참조 핸드북(7차 개정)의 기초 사항. Clemson: National Council of Examiners for Engineering and Surveying. 국가 공학 및 측량 심사 위원회. ISBN 1-932613-00-5

[Ch_9_Measurement_of_Groundwater_Pressure-6] Dunnicliff, John (1993) [1988]. Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance. Wiley-Interscience. p. 117. ISBN 0-471-00546-0.

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[9] Zhang, Y; et al. (2015). "Rate effects in inter-granular capillary bridges.". Unsaturated Soil Mechanics-from Theory to Practice: Proceedings of the 6th Asia Pacific Conference on Unsaturated Soils. CRC Press. pp. 463–466.

[10] Rawls, W.J., Ahuja, L.R., Brakensiek, D.L., Shirkohamadi, A. 1993. 침투 및 토양수 이동, D.R. Ed, New York, NY, USA, McGraw-Hill, 페이지 5.1–5.51.

[11] ISO (1995). "Soil quality -- Determination of pore water pressure -- Tensiometer method". ISO 11276:1995. International Standards Organization. Retrieved 2014-03-13.

[BS_7755_1996;_Part_5.1-12] BS 7755 1996; Part 5.1

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