108. 투수계수와 투기계수(coefficient of permeability and coefficient of air permeability)

 지반 중의 투수는 예부터 v=ki 로 알려져 있는 Darcy의 법칙이 있는데 이식중의 K값을 투수계수라 부르고 있으며, 이에 반하여 지반중의 공기침투에 있어서의 계수를 투기계수라 부른다.

압기식 쉴드공법의 경우는 용수를 가능한 억제시키고 또한 작업원에 필요한 산소를 보급하기 위한 공기량의 산정이 필요하며, 최근까지 이 양의 산정에 투기계수를 고려하는 방법이 도입되어 식(1)에 의해 개략적인 산정을 하고 있다.

          (1)

식 (1)에서 α는 토질에 다른 계수로서 입도조정, 밀도, 포화도 등의 토질적인 변화 요소가 고려되어 있지 않은 값이기 때문에 투기계수에서는 없으며, 따라서 식(1)에 의하여 산정된 공기소비량이 정확한 값이라고 말하기는 어렵다.

투수계수 kw 와 투기계수 ka의 상관성에 대해서는 일반적으로동점성계수비, 즉 ka/kw = nw/na, na=1.81X10-4g/cms , nw=1.002X10-2g/cms(1기압 20°C)에 의해 Ka/kw = 56 정도로 된다.

그러나 三木의 시험결과에 의하면 투기계수는 지반의 포화도에 따라 변화하고, 포화도가 20∼25%까지 거의 건조상태의 투기계수는 투수계수의 약60배로 측정되지만, 그 이상 수분이 증가하면 공기 통과에 관게하는 간극에 수분이 부착되어 있기 때문에 점차로 공기의 유통저해도가 크게 되어 투수계수는 작아진다.

결국 투기면적은 동일하여도 츄효투기면적이 감소하기 때문에 투기계수가 작게된다. 실내투기시험에서 공시체의 포화도를 90%이상으로 하여 실험하면 유효투기면적이 거의 없기 때문에 공기가 통하기 위해서는 간극수를 넣지 않으면 않되는 상태로 되므로, 그 시점에서 투기계수를 산정하면 ka=kw, 즉 투수계수와 거의같다.

S초두차 & Wagner 는 이점에서 물로 포화된 공시체에 송기를 개시할 경우 당초의 통기 상황으로부터 산정된 투기계수는 투수계수와 거의 같고 송기의 계속에 의하여 공시체 간극수의 배수가 진행됨과 동시에 투기계수는 대단히 크게 된다.

송기시간이 식(2)로 나타낸 t에 상당하는 길이로 된 시점을 배수과정의 종점이라 부르고, 이때 ka (1/2)X56Xkw로 된다.

                                                   (2)

송기를 계속하면(건조과정) 간극수는 감소되어 ka 와 kw의 비가 동점성계수의 비에 가깝게 되며, 그림 108-2은 이것을 모형적으로 나타낸 것이다.

그러나 실제 지반의 경우는 송기시간 연장에 의해 압기영역이 확대되고 안정된 공기의 침투상태를 나타내는 것은 아니나 커버록(cover rock)층의 유무나 지하수의 피압상태 등의 지반상태에 크게 좌우되고 이론과 맞지 않는 경우가 많다.