• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.31-35
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• 2017

Chae et al.(2015)에 따르면 동결 사질토의 역학적 거동은 동결온도와 세립분 함유량에 따라 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 이러한 원인으로 동결온도에 따른 부동수분의 차이일 것이라는 의견과 세립분 함유량 및 간극 내 얼음에 의해 사질토 입자들 이격거리 차이에 의한 것이라는 의견이 제시되었다. 제시된 두 가지 의견 중 사질토 입자들 이격거리의 확인을 위해 micro X-ray CT 촬영을 수행하였다. X-ray CT 촬영에 의한 비파괴 검사는 최근 지반공학 분야에서 진행되고 있는 다양한 융복합 연구 중 하나로 CT 촬영을 통하여 지반재료의 내부 구조를 마이크로미터 단위의 높은 해상도를 통해 평가할 수 있는 방법이다. 본 연구에서는 -5, -10, $-15^{\circ}C$의 동결온도에서 성형된 5, 10, 15%의 세립분을 포함하고 있는 동결 사질토 공시체에 대하여 micro X-ray CT 촬영을 수행하고 기존의 개발된 이미지 해석 기법을 적용하여 동결 사질토 내의 조립질 입자들의 최단거리 및 평균거리를 통하여 세립분 함유량 및 동결온도가 조립질 입자간의 거리에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. X-ray CT 촬영 결과, 동결온도 및 세립분 함유량은 동결 사질토 내 입자간 거리에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권1D호
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• pp.55-61
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• 2009

이 연구는 지역별 환경변수 및 도로포장재료의 물리적 특성을 토대로 하여 국내에서 최근에 개발된 동결해석모델인 FrostAM을 사용하여 최근에 사업시행중인 전국 9개 사업지구에 대해 동결깊이 분석을 실시하였다. 동결깊이 분석에 필요한 자료중 환경변수는 기상청 사이트의 측정자료를 사용하였으며, 물리적 특성중 수리특성 분석을 위해 전국 각 지역으로부터 시료를 채취하여 불포화토 물성측정 장치를 사용하여 실내실험 및 분석을 실시하였다. FrostAM을 사용하여 분석된 동결깊이는 동결지수를 사용하여 결정된 각 사업지구의 동결깊이와 비교한 결과 14cm~44cm 작게 나타났다. 이러한 결과로 볼 때 동결지수에 의한 동결깊이는 전반적으로 크게 계상되었으며, 사업지구별로 설계자가 다르다는 점을 고려할 때 동결깊이 산정이 설계자에 따라 상당한 편차가 있는 것으로 보인다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.37-47
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• 2017

극한지에 구조물을 안정적으로 건설하기 위해서는 동결토의 지반공학적 특성을 평가하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 남극 제2과학기지(장보고 기지)가 건설된 남극 테라노바만 인근지역의 현장시료를 이용하여 동결토와 비동결토의 동적특성(전단탄성계수, 감쇠비)을 Stokoe 식 공진주 실험기를 이용하여 평가하였다. 시편을 동결시키기 위해 시편의 온도제어가 가능하도록 공진주 실험시스템을 개선하였으며, 다양한 밀도로 조성된 시편에 대해 동결상태와 비동결상태에서 공진주 실험을 수행하였다. 동결토 실험에서는 $-7^{\circ}C$에서 얼린 시료를 이용해 전단변형률에 따른 전단탄성계수와 감쇠비를 획득하였고, 이를 비동결토의 특성과 비교하였다. 또한, 동결토의 온도변화에 따른 최대전단탄성계수와 감쇠비 변화를 실험적으로 평가하여 동결-융해 작용에 의한 지반의 역학적 특성 변화를 확인하였다. 본 연구를 통해 동결토와 비동결토의 동적특성 차이를 확인하였으며, 온도상승이 동결토에 미치는 영향을 확인했다는 점에서 공학적 의의가 있다.

• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.79-90
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• 1990

국립 건설 시험소에서 1980년 부터 1989년에 이르기가지 10년 동안 전국에 걸쳐 동결(凍結)된 지반의 깊이를 조사하였다. 그 위치는 무작위(無作爲)로 선정하였으나 동결이 심한 지반에 대해 조사하도록 노력하였다. 조사지점의 동결토(凍結土)를 채취하여 미 공병단의 동결토(凍結土) 분류방법(分類方法)에 따라 분류하였다. 동결 깊이 조사자료를 근거로 하여 전국(全國) 최대(最大) 동결(凍結)깊이 선도(線圖)가 작성되었다. 한편, 기상자료를 이용하여 포장설계에 이용할 수 있도록 설계 동결지수선도를 작성하고, 1980년에 도로조사단에서 작성한 자료(資料)와 비교 분석하였다. 동결깊이는 공기동결지수의 3승근(乘根)에 비례하는 새로운 경험식을 제안(提案)하고 다른 경험식과 비교하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.31-38
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• 2015

최근 우리나라는 러시아 극동 지역의 천연파이프 건설과 제2남극기지인 장보고 기지건설이 이루어지면서 영구동토지반에서의 구조물 건설에 대한 관심이 증대되고 있다. 세립분 함유량이 동결된 사질토의 역학적 거동에 미치는 영향을 파악하기 위하여 온도 -5, -10, $-15^{\circ}C$의 조건에서 세립분 함유량 0, 5, 10, 15%의 시료에 대해 일축압축시험을 수행하였다. 동결 사질토를 성형하기 위해 입도가 균일한(SP) 주문진 표준사와 소성성이 낮은 실트(ML)인 카올리나이트를 사용하였다. 성형된 동결 사질토를 사용하여 온도를 제어할 수 있는 냉동 체임버에서 일축압축실험을 수행하였고 강도 및 강성특성을 파악하기 위해 최대 일축압축강도와 변형계수를 분석하였다. 그 결과 동결 사질토의 강도 및 강성은 세립분 함유량이 증가할수록 감소하는 경향을 보이고 온도가 낮아짐에 따라 증가하는 경향을 보였다.

• 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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권3호
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• pp.57-65
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• 2018

본 연구에서는 사질토와 점성토 시료에 대하여 동결 시 내부 구조 변화를 고해상도 3차원 X-ray CT 이미징을 통해 정량적으로 평가하였으며, 동결 과정 중 온도 변화에 따른 탄성파 속도 측정을 통해 재료의 강성도 변화를 관찰하였다. 사질토의 경우 간극수 동결에 따른 내부 구조 변화는 관찰되지 않았으나, 점성토의 경우 시료의 동결 방향과 관계없이, 냉각원으로부터의 거리에 따라 두꺼운 얼음이 형성되는 것을 확인하였다. Two-point correlation 방법을 통해 시료의 동결 패턴을 정량적으로 분석한 결과, 냉각원으로부터의 거리에 따른 사질토의 대표단위길이(Lr)은 일정한 값을 가졌다. 반면 점성토의 경우 그 값이 선형으로 증가하는 경향을 보였으며, 시료 양 끝단의 대표단위길이는 약 2.5배의 차이를 보였다. 또한 동결 과정 중 사질토 시료 내 국부적 온도 차이는 관찰되지 않았으나, 상대적으로 낮은 열전도도를 갖는 점성토의 경우 국부적 온도 차이가 관찰되었으며, 온도 변화에 따른 재료의 강성 변화를 평가하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제14권12호
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• pp.23-30
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• 2013

비동결된 지반에서의 말뚝기초 지지력은 주면마찰력과 선단지지력에 의해 지배되는 것과 달리 동토지역에서의 말뚝기초지지력은 일반적으로 주면마찰력에 의해 지배된다. 동토지역에서 말뚝기초와 동결토 사이 접촉면에서 발현하는 주면마찰력은 동착강도로 정의하며, 동착강도는 동토지역 말뚝기초의 설계 지배정수로 알려져 있다. 동토지역에서 말뚝기초의 지지력을 지배하는 설계정수인 동착강도 특성을 분석하기 위하여 지난 50여 년 동안 많은 연구가 수행되었으며, 현재에도 활발히 연구가 수행 중에 있다. 하지만 동착강도의 경우 토사의 물성특성, 말뚝표면의 거칠기 및 외부적인 시험조건에 의하여 민감하게 반응하는 것으로 알려져 있어 현재까지 진행된 많은 연구들은 제한된 영향인자를 고려하여 수행되었다. 본 연구에서는 동결온도 및 수직응력 조건에 따른 동착강도 특성을 분석하기 위하여 대형 냉동챔버 내에서 직접전단시험을 수행하였으며, 시험결과를 바탕으로 기존에 동일한 조건으로 측정된 동결토 전단강도와 상관관계를 분석하였다. 또한, 향후 동결토 전단강도를 활용하여 동착강도를 추정할 수 있는 동착강도 비례계수를 산정하였으며, 기존 연구와의 비교분석을 통하여 기존 계수에 대한 문제점을 고찰하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.1063-1075
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• 2013

극한지 지반의 설계정수 산정을 위해 동결토의 강도 특성은 매우 중요한 요인이며 이를 파악하기 위해서는 동결토의 기본적인 특성을 파악하는 것이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 동결토의 구성 성분 및 물리적 구조를 반영하는 탄성파에 대한 기초적인 정보를 제공하기 위해 포화도에 따른 동결토의 탄성파 특성을 파악하고자 하였다. 시료를 동결시키기 위해 동결 용 셀을 제작하였으며 포화도가 각각 10%, 40%, 100%인 시료를 조성하였다. 시료가 동결되는 동안 탄성파를 측정하기 위해 전단파 트랜스듀서로서 벤더엘리먼트를 사용하였으며, 압축파 트랜스듀서로서 피에조 디스크 엘리먼트를 사용하였다. 포화도가 다른 세 가지 시료의 온도가 $20^{\circ}C$에서 $-10^{\circ}C$까지 변하는 동안 압축파 및 전단파 신호를 측정하였으며, 이를 토대로 탄성파 속도, 공진주파수 및 진폭의 변화를 파악하였다. 또한 탄성파 속도를 이용해 포화도가 다른 동결토의 포아송 비를 분석하였다. 시료가 동결된 이후에 포화도가 큰 시료의 탄성파 속도가 가장 크게 나타났다. 또한 탄성파 속도와 공진주파수의 변화는 매우 유사하게 나타났고 그 변화는 동시에 발생하였다. 압축파와 전단파의 진폭은 시료가 동결되는 $0^{\circ}C$에서 각기 다른 양상을 나타내었다. 본 연구는 동결토의 구조적 매커니즘에 대한 정보를 제공하는 탄성파 특성을 시료의 포화도에 따라 파악하고자 하였다는 점에서 의의가 있다.