An Experimental Study on Frost Heaving Pressure Characteristics of Frozen Soils

Most of land reclamation projects are being implemented along the south and west coastal lines of the Korean Peninsula. The earth structures and in-ground LNG tank, and buildings can be constructed using artificial freezing method on the reclaimed land to control the uplift pressure caused by capillary forces. In this study, upon freezing a saturated soil in a closed-system from the top, a considerable frost heaving pressure was developed. Decomposed granite soils, silty soil, and sandy soil were used in the laboratory freeze test which is sometimes subjected to thermal gradients under closed-systems. A major concern has been the ability to predict the frost heaving pressure over the results of relatively short-term laboratory tests. The frost heaving pressure arising within the soil samples and the temperature of the samples inside were monitored with time elapse. The degree of saturation versus heaving pressure curve is presented for each soil sample and the maximum pressure is closely related to this curve. TDR apparatus was used to measure the volumetric water content by the measurement of unfrozen water contents of frozen soils. Unfrozen water increased in soils containing a high percentage of fine-grained particles. In fine-grained soils with strong attractive farces between soil grains and water molecules, additional water is attracted into the pores leading to further volume changes and ice segregation.

동결토의 동상팽창압 특성에 관한 실험적 연구

최근 우리나라는 산업화 및 기술의 현대화로 국토의 유효면적이 인구에 비해 부족하기 때문에 대규모 공유수면을 매립하여 지하구조물 설치를 위한 연약지반의 동결, LNG와 같은 저온 액체를 저장하기 위한 지하저장탱크 건설 및 주변지반의 동결 등 인공동결 공법에 관심이 집중되고 있다. 본 연구에서는 화강풍화루 실트질 흙, 모래질 흙에 대해서 동결시 흙의 거동을 지배하는 동상팽창압과 부동수분의 변화에 대해서 연구하였다. 즉, 단일방향으로 흙이 동결될 때 함수비에 지배되는 결과 뿐만아니라 시간과 온도변화에 대한 동상팽창압을 연관시켜 연구를 수행하였다. 그 결과, 동상팽창압을 보다 더 용이하게 측정할 수 있었고, 온도변화에 따른 동상팽창압과 수분특성을 알 수 있었다. 또한,TDR 장비를 이용하여 온도와 함수비와의 관계를 도출함으로서 동상팽창압이 발현되는데 지배적인 역할을 하는 수분 특성을 제시하였다. 실험조건은 매립지반의 특성상 지하수위가 지표면에 위치하며, 수분공급 방식 또한 수분이동이 없는 폐쇄형에 적합하므로 완전포화 및 각각의 포화도에 따라 동상팽창압 실험과 수분 특성 실험을 수행하였다. 연구 결과, 동상팽창압은 세립분을 많이 함유한 흙일수록 발휘되는 동상팽창압은 크게 나타났고, 동상이 발현되기까지의 시간과 동상 지속시간 또한 크게 나타났다. TDR을 이용한 부동수분 측정 결과, 온도가 감소할수록 부동수분이 급격히 감소하였고, 비표면적이 큰 세립분을 많이 함유할수록 부동수분이 많이 존재하였다. 이는 동결된 간극수의 체적증가로 인한 Ice segregation이 발생되어, 부동수분이 많은 흙일수록 동상팽창압도 증가하는 것으로 판단되었다.