• 한국지반공학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.17-26
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• 2016

지반의 동결-융해 과정에 의한 지반구조물의 거동 특성을 이해하기 위해서는 동결에 의한 지반의 상변화와 구조물과의 상호작용에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 기존의 동상 팽창 실험결과에 대한 역해석을 수행하여 얼음포화도에 따란 탄성계수 모델식을 제시하였다. 실트지반은 화강풍화토와 모래지반에 비하여 탄성계수가 얼음포화도에 대하여 매우 민감하고, 화강풍화토는 실트에 비하여 초기 포화도가 탄성계수에 미치는 영향이 큰 것으로 나타났다. 매설 냉각가스관에 대한 수치해석은 가스관 주변의 연중 동결 영역이 외부 동결하중에 대하여 shield 역할을 하여 추가적인 외력의 영향은 상대적으로 작은 것으로 나타났다. 그리고 모래로 치환된 지반에 설치된 가스관은 주변 원지반(화강풍화토)과 치환 모래의 상대적인 탄성계수의 차이로 히빙량이 크게 나타나지만, 외부하중을 효과적으로 재분배하여 안정적인 응력상태에 도달함을 알 수 있다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권4호
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• pp.27-36
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• 2012

대기의 온도가 $0^{\circ}C$ 이하로 내려가면 지표면의 물이 얼기 시작한다. 체적팽창을 수반하는 지반의 동결현상은 흙의 거동에 영향을 미치며 지반구조물의 심각한 피해를 야기한다. 본 연구의 목적은 지표면에서 지반 내부로 진행되는 자연적인 동결현상을 반영할 수 있도록 제작된 동결용 셀을 이용하여 모래-실트 혼합토의 온도변화에 따른 탄성파의 특성을 파악하는 것이다. 나일론으로 제작된 동결용 셀에 모래와 실트로 구성된 시료를 조성한 후 시료의 깊이별로 상부, 중앙부 및 하부에 설치된 세 쌍의 벤더 엘리먼트와 피에조 디스크 엘리먼트를 이용하여 전단파와 압축파를 측정하였다. 시료의 온도가 $20^{\circ}C$에서 $-10^{\circ}C$로 변하는 동안 시료의 깊이에 따른 탄성파 속도, 공진주파수, 진폭을 연속적으로 측정하였다. 시료가 동결됨에 따라 전단파와 압축파의 속도 및 공진주파수는 $0^{\circ}C$에서 큰 변화를 보였으며, 전단파와 압축파의 진폭은 각기 다른 경향을 나타내었다. 상온에서 전단파 속도는 유효응력의 영향을 받지만 흙이 동결된 후에는 흙입자와 얼음의 결합력에 큰 영향을 받는다. 본 연구는 흙의 동결에 따른 탄성파 특성의 기초적인 정보를 제공한다는 점에서 의의가 있다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제11권7호
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• pp.51-56
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• 2010

최근 우리나라는 산업화 및 현대화로 국토의 유효면적이 인구에 비해 부족한 실정이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 국가적인 대단위 국토개발을 수행하여 용지 확보에 노력을 기울이고 있다. 하지만 이러한 대규모공사를 진행함에 있어 모래와 같은 성토재 및 매립재 등이 부족한 실정이다. 이에 대한 대체재로 모래와 비슷한 특성을 가진 매립회의 활용에 관한 많은 연구가 진행되어왔고, 계절동토지역인 우리나라는 동결융해로 인해 철도 노반, 도로포장체 등 토목구조물이 파손되거나 기능이 저하되는 문제가 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 매립회를 사용한 저강도 고유동화재의 동결융해의 특징을 동결융해 cycle 반복 후 공시체와 습윤양생 공시체의 일축압축시험과 손실율시험을 통해 비교분석 하였다. 비교분석결과 매립회를 활용한 저강도 고유동화재에 8.2%의 시멘트를 첨가했을 때, 소정의 강도가 발현되었으며, 내구성 또한 PCA기준에 만족하는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.49-62
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• 2017

지반의 동결-융해 과정에 의한 지반구조물의 거동 특성을 이해하기 위해서는 지반내 간극수의 상변화와 지반과 구조물의 상호작용에 대한 이해가 필요하다. 본 연구에서는 모듈러 도로시스템의 동결융해의 영향에 대한 수치해석적 연구를 수행하였다. Neumann의 동결-융해 이론식을 이용하여 기본 지반 물성치와 지중과 지표면의 온도조건에 대한 동결심도와 히빙량을 예측할 수 있으나, 지반의 완전포화 및 완전동결의 제한된 경우에만 적용할 수 있다. 동결지수에 따른 모듈러 도로시스템의 수치해석은 다양한 지반조건과 지하수위에 대하여 수행되었다. 동결 히빙량은 화강풍화토이나 모래지반에 비하여 실트질 지반에서 매우 크게 발생하였으며, 지하수위의 저하는 동결 히빙량을 감소시켰다. 실트질 지반에 설치된 도로시스템의 온도이력에 대한 수치해석은 지표면의 동결-융해 과정을 거치면서 지표면에 잔류히빙을 예측하였다. 이는 지반의 강성과 지지력을 급격하게 감소시켜 모듈화 도로시스템의 안정성과 사용성을 저해할 수 있다. 다만, 화강풍화토와 모래지반의 경우는 잔류 히빙량은 미비한 것으로 나타났다. 모듈러 도로시스템은 기존 도로포장 시스템과 달리 지지구조 상부에 설치된 포장 구조물이므로, 포장 구조물의 균등 연직변위와 부등 변형에 대한 엄격한 기준이 적용되어야 할 것으로 사료된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.47-56
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• 2014

겨울철의 낮은 기온으로 인하여 지반 내부의 간극수는 동결과 융해를 반복한다. 지반에 이러한 동결-융해작용이 반복되면 흙의 입자구조 변형이 발생하며 이는 지중 기반시설에 손상을 가져올 수 있다. 본 연구는 흙의 동결-융해 과정에서의 탄성파 속도변화를 통하여 흙의 강성 변화 양상을 알아보기 위하여 수행되었다. 40 %, 60 %, 80 %의 3가지 모래-실트의 무게비를 가진 모래-실트 혼합토를 포화도 40 %, 상대밀도 70 %로 동일하게 조성하였다. 각 시료를 동결-융해를 위해 제작된 사각형 형태의 셀에 다짐법으로 조성하였다. 탄성파를 측정하기 위하여 한 쌍의 벤더 엘리먼트와 피에조 디스크 엘리먼트를 시료 양편에 설치하였으며, 시료의 온도 변화 양상을 관찰하기 위하여 탄성파 트랜스듀서와 같은 깊이의 중앙부에 열전대를 설치였다. 조성한 시료에 대하여 시료를 $20^{\circ}C$에서 $-10^{\circ}C$까지 동결시킨 후 $-20^{\circ}C$를 18시간 동안 유지하였으며, 다시 실험실 상온($20^{\circ}C$)까지 온도를 서서히 올려 융해시켰다. 이 과정에서 온도, 전단파, 그리고 압축파를 측정하였다. 연구결과, 융해 이후의 탄성파 속도는 같은 온도의 동결 이전보다 감소하였다. 이때 전단파의 속도가 압축파의 속도보다 더 큰 비율로 감소하는 모습을 보였다. 실트의 함량이 40 %에서 80 %까지 증가함에 따라 탄성파의 속도는 증가하는 양상을 보였다. 본 연구를 통해 동결-융해가 불포화토의 입자구조를 느슨하게 만들며, 그 영향은 압축파에 비해 전단파 속도의 변화에서 잘 나타남을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권1C호
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• pp.19-24
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• 2006

본 연구에서는 저치환율의 모래다짐말뚝으로 개량된 복합지반에서 SCP와 주변지반 사이의 응력 분담 효과를 평가하기 위하여 원심모형시험을 수행하였다. 모래다짐말뚝은 동결법에 의해 형성하였으며, 응력분담거동을 관찰하기 위하여 말뚝과 주변점토지반에 압력계를 설치하였다. 원심모형실험결과, 응력집중비는 주로 하중조건과 면적치환비 그리고 경과시간에 따라 영향을 받는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권11호
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• pp.51-60
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• 2012

동토지반의 기초구조물을 설계하는데 있어 기초의 안정성을 지배하는 설계정수인 동결토의 전단강도 및 동착강도를 측정하기 위하여 지난 50여 년 동안 많은 연구가 수행되어 오고 있다. 하지만, 아직까지 동결토의 전단강도 특성에 관한 많은 연구들은 토사 종류, 수직구속응력, 동결온도조건 등 여러 가지 영향인자 중 제한된 영향인자의 변화를 통해 수행되어 왔다. 동결토는 일반 토질과는 달리 토립자, 물, 공기뿐만 아니라 얼음을 포함한 4상으로 구성되어 있으며, 동토의 역학적인 성질의 변화는 일반적으로 온도, 수직구속응력, 동토의 구성물질에 따라 영향을 받는다. 이와 같은 동결토의 전단강도 특성을 측정하기 위하여 영하 30도의 저온환경에서도 동작이 가능하도록 설계된 동결토 직접전단시험기를 활용하였으며, 동토지역의 저온환경을 모사하기 위하여 대형 냉동챔버 내에 직접전단시험기를 설치하였다. 동결토의 전단강도 특성을 측정하기 위하여 비교적 균질한 입경분포를 지닌 주문진표준사 및 실리카모래와 입도분포가 좋은 화강풍화토를 활용하였다. 각각 세가지 시료에 대하여 전단시험은 세가지 동결온도 조건 및 수직구속응력 조건에서 수행되었으며, 그 결과를 바탕으로 동결온도조건 및 수직구속응력이 동결토의 전단강도에 미치는 영향을 분석하였다. 전반적으로 동결토의 전단강도는 동결온도가 낮아질수록 증가하는 경향을 보였으나, 수직구속응력에 의한 영향은 미미한 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권10호
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• pp.25-32
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• 2012

전기비저항은 이온의 이동성에 의존하며 전기비저항의 활용도는 지하공동, 단층조사, 지하오염도 측정 등 다양한 지반조사 분야에서 증가하고 있다. 본 연구의 목적은 흙의 온도변화에 의한 전기비저항의 변화를 파악하는 것이다. 모래와 실트가 혼합된 시료를 동결시키기 위해 나일론 셀을 제작하였으며 시료의 온도를 변화시키기 위해 시료를 냉동고에 고정하였다. 온도변화에 따른 시료의 전기저항을 측정하기 위해 네 개의 전극을 정사각형 배열로 셀의 옆면에 설치하였다. 시료의 온도가 $20^{\circ}C$에서 $-10^{\circ}C$까지 변화하는 동안 옴의 범칙을 이용하여 포화도가 다른 각 시료(0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 40%, 60%, 100%)의 전기저항을 측정하였으며 측정된 전기저항은 보정과정을 거쳐 전기비저항으로 환산되었다. 실험결과, 실험 초기 $20^{\circ}C$에서는 시료의 포화도가 증가할수록 전기비저항은 감소하였다. 상온에서 온도가 감소함에 따라 전기비저항은 서서히 증가하였으며, 본 연구에서 사용된 시료의 경우 포화도가 15% 이상인 시료들의 전기비저항은 $0^{\circ}C$ 근처에서 급격히 증가하였다. 또한, 동결된 시료의 전기비저항은 포화도와 관계없이 매우 크게 나타났다. 본 연구는 흙의 온도변화와 동결에 따른 전기비저항의 기초적인 정보를 제공하며 동결 깊이 추정과 같은 지반조사 시 전기비저항은 효과적인 방법이 될 수 있음을 보여준다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2010년도 춘계 학술대회 제22권1호
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• pp.201-202
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• 2010

본 연구는 육상모래를 사용한 70, 100MPa급 고강도 콘크리트를 현장 배처플랜트를 이용하여 제조하고 강도발현 상태를 파악하고 이들의 내구특성을 검토하기 위하여 제조된 콘크리트에 대해 동결 융해, 탄산화, 염해저항성 실험을 실시하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권3호
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• pp.5-14
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• 2017

극한지 동결 지반에서 구조물의 설계 및 시공이 진행됨에 따라, 안정성 평가를 위해 동결토의 강도 특성에 대한 실험적 연구가 필수적이다. 본 연구의 목적은 전단 상자 시스템에 따른 동결토의 강도를 평가하는 것으로, 이를 위하여 보편적으로 사용되는 기존 직접전단 시스템(Type-1), 상부 전단 상자 위쪽에 롤러를 설치한 시스템(Type-2), 그리고 상부 전단 상자를 하부 전단 상자와 분리되도록 기둥으로 고정한 시스템(Type-3)을 제작하였다. 모든 시스템에는 모래, 실트, 그리고 증류수를 동일한 비율로 혼합한 시료를 이용하여 조성하였으며, 냉동 챔버 내에서 $-5^{\circ}C$까지 동결된 후 연직 응력 5, 10, 25 그리고 50kPa을 가하며 직접전단실험을 수행하였다. 실험 결과, Type-1은 전단 이동에 따라 상부 전단 상자가 회전(rotation)하여 하부 전단 상자와 접촉하는 문제가 발생했다. 상부 전단 상자의 회전을 롤러로 방지한 Type-2의 경우, 회전을 막는 힘이 전단강도에 추가되어 강도가 과대 평가되었다. Type-3의 경우, 동결 시료만의 전단강도가 평가되었으며, 최대전단강도 발현 시점과 수직변위가 증가하기 시작하는 시점이 유사하게 나타났다. 또한, Type-3의 최대전단강도와 잔류전단강도의 내부마찰각과 점착력은 롤러의 영향이 제거되어 Type-2보다 작게 나타났다. 본 연구는 동결토와 같이 강도가 큰 시료의 경우 Type-3과 같이 개선된 전단 상자 시스템을 이용하여 동결토만의 강도를 평가할 수 있음을 보여준다.