• 한국가스학회지
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• 제18권5호
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• pp.72-77
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• 2014

우리나라는 영구 동토지역이 존재하지 않는 기후적 특성으로 인해 건설수요가 없었지만, 최근 지구 온난화 현상으로 인하여 화석연료의 사용 보다 극한지 지역의 에너지 확보가 대두되고 있다. 이에 극한지 지역에서 사용하고 있지 못한 에너지 자원의 관심이 증가함에 따라 알레스카 및 시베리아의 천연가스의 개발이 필요성이 증대하고 있다. 이에 따라 극한지 지역에서 필요한 배관 설계 기술은 현재 국내에서 사용되고 있는 천연가스와 전혀 다른 환경에서 운용될 것이 예상되며, 이에 따른 설계 기초 자료가 필요하다. 그러므로 극한지 환경에서의 토양 물성에 따라 배관에 미치는 영향 분석이 필요하다. 현재 배관의 설계는 응력 기반으로 설계되어있지만 추후 변위를 기초하는 설계법이 필요하며, 우선적으로 이를 위한 영구동토층 및 활동층에 대한 영향 분석이 필요하다. 본 연구에서는 유한요소해석을 이용한 Thermal elasto-plastic analysis를 통해 활동층의 영향에 따른 배관의 응력 및 변위 측정을 알아보고자 한다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제25권7호
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• pp.21-27
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• 2024

동상은 동토지반의 중요한 공학적 특성 중 하나로, 겨울철에 국내에서는 동상으로 인한 다양한 피해가 발생한다. 미국과 일본은 동토지역을 포함하고 있어 동상에 대한 연구가 활발히 이루어졌으며, 표준화된 실험법을 보유하고 있다. 특히, 일본 동상 실험법은 시료 준비와 실험 과정이 비교적 간단하다는 장점이 있다. 그러나 동상 실험 결과의 공학적 해석이 모호하며, 동상 민감성 판정 기준이 제시되지 않아 실제 활용에 문제가 있다. 본 논문에서는 모래-실트 혼합토를 대상으로 일본 동상 실험법에 따라 온도제어형 셀을 활용한 실내실험을 수행하고, 동상속도 산정 과정을 면밀히 분석하였다. 더불어, 일본 동상 실험법으로 산정된 동상속도가 미국에서 제시한 동상 민감성 판정 기준에 적용 가능한지 검토하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2008년도 춘계 학술발표회 초청강연 및 논문집
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• pp.97-104
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• 2008

The objective of this study was to investigate the strength characteristics of frozen clay. Compressive strength tests were performed on frozen clay with different water contents at various temperatures. The dry density of specimens and strain rate was kept constant. Test results showed that compressive strength increased with increasing water content and decreasing temperature. The increase in peak strength became more significant the lower the temperature for a given water content. The failure mode changed from brittle to ductile deformation with increasing water content and decreasing temperature. Tests also showed an increase in deformation modulus with increasing peak strength, increasing water content and decreasing temperature.

• 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.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.45-56
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• 2014

한대지역은 계절 변화에 따라 동결융해가 반복되는 상부의 활동층과 하부의 영하상태로 항시 유지되는 영구동토층으로 구성되어 있다. 한대지역에서 여름철에는 동결되어 있는 지반을 융해시키기 때문에 지반 강도저하 및 침하가 발생한다. 이러한 강도저하 및 침하는 상부 구조물의 구조적 안정성에 문제를 야기시켜 활동층을 포함하고 있는 한대지역에서는 지반의 온도를 항시 영하상태로 유지할 수 있는 동결지반 안정화 공법이 필요하다. 열사이펀이란 구조체 내부에 충전된 냉매의 자가적인 열순환에 의해 지반의 온도를 항시 영하상태로 유지할 수 있는 지반 안정화 공법 이다. 본 연구에서는 열사이펀의 지반 동결성능을 분석하기 위해 R-134a 냉매를 이용하여 충전율에 따른 열사이펀의 지반 온도제어를 실내실험과 수치해석을 통해 분석하고 열사이펀의 열전도율을 산정하였다.

• 자원환경지질
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• 제53권4호
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• pp.413-423
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• 2020

남극 세종과학기지 주변은 넓은 지역에 눈과 얼음이 덮여있지 않은 육지가 드러나 다른 남극 지역에 비해 활동층이 비교적 두꺼우며 그 아래 동토층이 존재한다. 전기비저항탐사의 배열법 중 웨너 배열법과 쌍극자 배열법을 이용하여 세종과학기지 주변 동토 지역에 결빙기 기간 동안 시간 변화에 따른 활동층의 변화를 조사하였다. 시간 변화에 따른 전기비저항 결과는 식생 분포, 지상 온도 및 적설량의 상태에 따라 잘 일치하였다. 극 천부인 수평적인 고비저항대(>1826 Ωm)에서는 시간에 따른 두께 변화를 보여주었는데, 이는 지중 온도의 감소로 공극내 존재하던 공극수가 얼어 상대적으로 전기비저항 값이 높아지는 것으로 보인다. 적설이 발생하지 않는 식생활동이 활발한 구간은 깊이 0.5 m까지 토양 속에 혼재된 많은 자갈로 인해 비저항이 높았고 깊이 0.5~3 m 에서는 그 아래 동토층이 존재한다. 반대로, 적설량이 많은 식생이 존재하지 않는 구간에서는 전기비저항값이 약 2000 Ωm 이상의 고비저항대가 나타나는데 이곳은 연중 얼어있는 것으로 해석된다. 결빙기에 두꺼워지는 활동층은 차후 해빙기에 추가 탐사를 할 경우 이와 반대로 점차 얇아지는 두께로 보다 명확히 검증될 수 있을 것으로 보인다.

• 한국가스학회지
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• 제19권5호
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• pp.104-111
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• 2015

극한지 천연가스 수송배관망의 기술개발은 동토지역의 특수성을 고려해야 하는 매우 흥미롭고 도전적인 분야로서 본 연구는 수송배관의 핵심기술을 파악하기 위하여 극한지 애로기술에 대한 문헌조사와 주요 영향인자를 파악하였다. 특히, 열유동 고려사항에 대한 문헌조사를 통하여 극한지 천연가스 수송배관망 유동확보기술을 개발하기 위한 이론적 접근 주제를 정할 수 있었고, 또한 이론 해석을 통한 기본적인 결과를 도출할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.403-406
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• 2006

최근 막대한 매장량으로 인해 미래의 비재래형 에너지원으로 주목받고 있는 천여가스 하이드레이트는 고압 저온 환경에서 수소결합을 하는 고체상 격자 내에 객체분자인 가스분자가 포획되어 형성된 가스하이드레이트의 일종으로 영구 동토지역과 심해저의 퇴적층에 광범위하게 분포되어 있다. 본 연구에서는 이러한 가스하이드레이트의 개발기술과 천연가스의 저장과 운송기술에 관한 미국 일본 유럽 등 특허 3극 및 한국 특허 총 357건을 추출하고 특허정보 분석을 실시하여 국내외 기술개발 동망 및 기술변화 추이를 살펴보았다. 특허 검색에 사용된 DB와 분석도구는 특허청 선행기술 전문조사기관 등으로 지정된 (주)윕스사의 WIPS와 ThinKlear이며, 미국/일본/유럽 등 특허 3극과 한국에서 공개 또는 등록된 특허를 검색대상으로 하였다 자원으로서 천연가스 하이드레이트를 개발하는 기술과 관련하여 총 193건의 특허가 추출되었으며, 이 때 사용하는 방법에는 감압법, 열처리법, 억제제 주입법 등이 있었다. 또한 연료용 가스, 특히 메탄가스의 수송 및 저장에는 통상 액화하여 액화천연가스로 수송하는 방법이 사용되고 있으나 가스하이드레이트를 이용할 경우 액화천연가스를 이용하는 것보다 더 경제적임이 보고되면서 이와 관련된 연구가 활발히 진행 중이며, 총 164건의 특허가 추출되었다. 상기 추출된 총 357건을 대상으로 연도별 출원동향, 국가별 점유율 및 시계열 분석, 분류기술별 출원동향 등의 특허정보 분석을 수행하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권9호
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• pp.57-66
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• 2014

동토지역에서는 계절변화에 상관없이 항시 영하상태로 동결되어 있는 영구동토층과, 그 위로 동결융해가 반복되는 활동층으로 구성되어있다. 일반적으로 대기온도 변화에 따라 동결융해가 반복되는 활동층은 얼음과 물의 상변화 작용이 반복되기 때문에 지반의 융기현상과 침하현상, 그리고 영구동토층의 온도상승을 초래할 수 있다. 열사이펀이란 구조체 내부에 충전된 냉매의 자가적인 열순환을 이용하여 지반의 온도를 영하상태로 제어하는 지반 안정화 공법 중 하나이다. 열사이펀은 대기중에 냉매의 열을 방출하는 응축부와 지중에 열을 흡수하는 증발부로 구성되어 있으며 대기의 온도가 영하의 상태일 때 지반의 온도를 영하상태로 제어한다. 본 연구에서는 열사이펀의 지반 열전달성능을 분석하기 위해 모형지반에 단열재를 배치하여 열사이펀을 통한 지반동결실험을 수행하였다. 단열재의 열차단성 및 열사이펀 길이를 고려하여 단열재 및 열사이펀의 성능실험을 수행하였으며, 실험에서 얻어진 물성치를 상용수치해석 프로그램인 TEMP/W에 반영하였다. 본 연구에서 제시된 실내실험과 수치해석 방법을 통해 열사이펀의 열성능을 산정할 수 있었다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.97-107
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• 2014

본 논문에서는 표준트럭하중을 받는 연약지반에 놓인 롤타입 강재매트의 모델링과 해석을 수행하였다. 롤 타입 강재매트는 접근성이 제한된 동토지역에서 손쉬운 현장운반을 위해 원형으로 접을 수 있는 강재매트를 의미하며, 동토지반의 융해로 형성되는 연약지반을 통과하는 비포장도로의 급속보강을 위해 개발되었다. 해석 모델은 강재매트 연결부의 비선형적 거동특성을 모사할 수 있는 연결요소, 강재매트의 휨강성을 갖는 쉘요소, 지반특성을 고려한 스프링 구속으로 구성된다. 또한 각 해석요소들의 구조적 거동은 각 모델링 단계에서 실험과 해석을 통해 검증되었다. 링크요소가 없는 빔과 쉘 요소해석이 수행되었으며, 본 연구에서 제시된 해석모델의 결과와 비교하였다. 해석결과, 본 연결부를 고려한 쉘 해석모델의 수직 처짐 결과가 다른 모델에 비하여 상당히 큰 것으로 확인되었다. 따라서, 느슨한 모래지반에 놓인 롤 타입 강재매트의 해석모델은 면밀한 변수해석 연구에 근거하여야 함을 알 수 있다.