• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 춘계 학술발표회
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• pp.705-710
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• 2010

Bender element is made of connecting two piezoelectric elements which have different polarities from each other, and is a kind of sensors which can be used either way as a source making elastic wave or a receiver. Elastic waves generated by stimulating the bender elements can be decomposed to P-wave and S-wave propagation. Numerical and expeimental studies are conducted, and results show that multiple measurements are recommended to determine wave arrivals from the received signals.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권5호
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• pp.67-75
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• 2014

본 연구에서는 벤더엘리먼트가 장착된 삼축시험장비를 이용하여 모래에 대한 일련의 압밀배수시험을 수행하여 응력, 변형률, 그리고 전단파속도를 측정하였으며 이로부터 전단강도와 포아송비의 특성을 분석하였다. 분석 결과, 전단파속도로부터 계산된 최대전단탄성계수와 파괴시의 축응력과 반경방향 응력의 합으로 정의되는 유효수직응력과는 고유한 상관관계가 존재하는 것으로 나타났다. 도출된 경험식은 전단파속도와 전단강도 그리고 마찰각간의 상관관계를 나타내므로 매우 유용하다고 판단된다. 나아가 본 연구에서는 측정된 축변형률과 체적변형률로부터 모래의 포아송비를 측정하였다. 포아송비는 변형률과 체적변화에 큰 영향을 받으며 0.15~0.6까지 변형률에 따라서 크게 증가하는 것으로 나타났다. 특히 0.2% 미만의 축변형률에서는 대략 0.25~0.4으로 기존 문헌에서 제시된 0.3~0.35를 크게 벗어나지 않지만 1% 이상의 변형률에서는 0.5~0.6으로 문헌에서 제시된 값은 포아송비를 크게 과소예측하는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권2호
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• pp.43-52
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• 2011

조립토로 구성된 지반구조물의 안정성은 전단변형에 따른 전단영역의 특성변화에 의해 영향을받는다. 본 연구의 목적은 전단파와 전기비저항 및 콘 선단저항력을 이용하여 직접전단실험시 발생하는 전단영역의 특성을 파악하는 것이다. 전단영역의 특성을 파악하기 위하여, 아크릴 재질로 직접전단상자를 제작하였으며, 직접전단상자의 벽면에는 전단파와 전기비저항의 측정을 위하여 벤더엘리먼트와 전기비저항 프로브를 설치하였다. 벤더엘리먼트와 전기비저항 프로브는 전단영역과 비전단영역에 각각 설치되어, 전단변형에 따른 조립토의 거동을 비교할 수 있도록 하였다. 또한, 콘 선단저항력을 측정할 수 있도록 개발한 마이크로 콘을 첨두강도상태와 잔류강도상태에서 관입하여 깊이에 따른 시료의 강도분포를 관찰하였다. 실험결과, 바닥부근과 하부전단영역에서는 전단변형에 따른 전단파 속도는 일정하였지만, 상부전단영역에서의 전단파 속도는 증가하였다. 또한, 바닥부근의 전기비저항은 변화가 없는 반면, 하부전단영역에서 전기비저항은 상대밀도에 따라 수직변형률과 반비례관계로 나타났다. 콘 선단저항력의 변화도 전단파 속도의 변화와 유사하게 상부전단영역에서 큰 변화가 관찰되었다. 본 논문에서 제시한 직접전단실험시 전단파와 전기비저항을 관찰하는 것과 실험완료 후 콘 관입실험은 조립토의 전단영역 특성을 파악하기 위한 매우 효과적인 방법이 될 수 있음을 보여준다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권2C호
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• pp.95-103
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• 2008

탄성파 피에조콘 관입시험(Seismic piezocone penetration test, SCPTu)은 콘 관입 저항값과 간극수압 거동 특성 외에도 지반의 동적 특성을 측정할 수 있는 시험법이지만, 해상 조사의 경우 탄성파를 일으키는 발진(Source) 장치를 설치하기가 상당히 힘들기 때문에 SCPTu를 이용하여 해양 지반에 대한 동적 물성치를 파악하는데 어려움이 있다. 따라서 해양 지반의 동적 물성치 파악을 위하여 벤더 엘리먼트를 이용한 인홀형 탄성파 탐사콘(Inhole type CPTu)을 개발하였는데, 이는 콘 롯드(rod) 내부에 발진기(Source)와 수진기(Receiver)를 내재하고 있기 때문에 외부의 부가적인 발진기가 필요 없어 육상 뿐만 아니라 해상에서도 충분히 활용할 수 있다. 이번 연구에서는 인홀형 탄성파콘의 적용성을 분석하기 위해 카올리나이트를 활용한 실내 모형 토조실험을 수행하였는데, 카올리나이트 지반의 전단파 속도를 시간에 따라 측정하였고, 또한 발진부와 수진부 사이의 거리를 다양하게 바꿔가면서 발진기와 수진기가 설치될 때 발생하는 지반 교란의 영향을 검토하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회
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• pp.1110-1116
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• 2010

Void ratios are one of the key parameters for exact calculation of settlement of soft groundse. In the study, shear wave velocities of a soft ground were used to measure the field void ratio using bender elements sensors. The bender-element probes were installed in situ at the depths of 3, 5 and 8m on a pre-loading site near Incheon, Korea. During 90 days after installation, the changes of shear wave velocity and ground surface settlement were measured. The field void ratio was estimated from measured shear wave velocities. The void ratio estimated by the shear wave velocity measured by bender elements agrees well with the measured values in the field.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2008년도 추계 학술발표회
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• pp.1278-1284
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• 2008

This study carried out bender element tests in a calibration chamber in order to estimate the characteristics of soil specimen prepared in a calibration chamber. Basically, the purpose of bender element test is to measure the shear wave velocity. Bender element test cannot only confirm the status of soil specimen deposited in a chamber, but also estimate the consolidation process indirectly. In order to carry out bender element test in a calibration chamber, a pair of bender elements was installed inside the chamber, using the 'ㄷ' shaped frame. For the sandy soils having various relative densities in various stress conditions, the maximum shear modulus was estimated. From the comparison with bender element test results in a triaxial testing device, testing device and procedure was validated.

• 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.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.31-37
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• 2014

탄성파는 지반 및 지반환경 관련 과업에서 다양한 형태로 활용되어 왔다. 일반적으로는 현장에서 탄성파 탐사를 수행하여 시추조사와 더불어 지반의 물성값을 평가하는 목적으로 사용되고 있으며, 지하공동의 위치파악 등에도 사용되고 있다. 환경복원이 필요한 버려진 부지에 매립된 유류 저장시설의 위치 파악 등 지반환경공학과 관련하여서도 탄성파의 활용은 활발히 이루어지고 있다. 또한 지반의 미소변형률 구간에서의 지반 거동 분석에도 탄성파를 활용하고 있다. 탄성파의 매질 내 이동속도가 주요 인자로서 활용되고 있는데, 이는 시간 영역과 주파수 영역에서 산정할 수 있다. 시간 영역에서의 탄성파의 이동속도 평가방법은 동일 위상을 갖는 특정한 점들의 시간차이를 분석하는 방법, 상호상관법을 활용한 방법으로 나뉠 수 있다. 주파수 영역에서의 탄성파의 이동속도는 진원과 수신점에서의 입력 파형과 수신파형의 위상 차이를 분석하여 산정할 수 있다. 본 연구에서는 시카고 지역에서 채취한 불교란 빙하퇴적 점성토 시료에 벤더 엘리먼트를 이용한 탄성파 시험을 실시, 동일한 탄성파에 대해 여러 가지 산정 방법을 적용하여 탄성파의 이동속도를 분석하였다. 시간영역에서 탄성파의 이동속도를 분석한 결과 데이터로거의 표본화 주파수에 영향을 크게 받는 것으로 분석되었으며, 신호에 포함되어있는 노이즈 및 수신파형의 요철 특성으로 인하여 같은 위상을 갖는 점을 정확히 찾는 것은 불가능하였다. 상호상관법으로 분석한 경우도 입력 파형과 수신파형의 주기의 차이로 인해 탄성파의 정확한 이동속도를 산정하는 것은 불가능하였다. 주파수 영역에서의 이동속도 산정의 경우 영채우기를 통해 주파수 분해능을 개선시킬 수 있어 데이터로거의 표본화 주파수에 영향을 받지 않았다. 과도파 사용으로 인한 지배주파수가 유일 값이 아닌 범위로 나타나는 단점이 있었으나, 지배주파수 범위 내의 탄성파의 이동속도의 범위는 시간 영역에서 산정한 값보다 정밀한 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권12호
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• pp.41-51
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• 2012

지표 근처의 지반은 대부분이 불포화 상태로 이루어진다. 이러한 불포화토의 강성은 지반에 존재하는 물과 공기의 양에 영향을 받게 된다. 본 연구의 목적은 전단파와 압축파 신호를 이용하여, 불포화토가 가지는 특성을 파악하는 것이다. 인위적으로 지표 근처의 불포화토를 조성하기 위해 압력판 추출시험기를 사용하였으며, 모관흡수력 조절을 통해 포화도를 변화시키면서 각 포화단계에 따른 탄성파를 측정하였다. 전단파 속도의 측정을 위해 벤더엘리먼트가 사용되었고, 압축파 속도의 측정을 위해서 디스크엘리먼트가 사용되었다. 각각의 트랜스듀서는 실험을 위해 제작된 사각형의 구속셀 안쪽에 설치되었다. 균질한 크기의 모래시료와 세립분을 이용하여 불포화토를 조성하였다. 실험을 통해 모관흡수력 변화에 따른 시료의 포화도 변화를 관찰하고, 각 포화단계에 따른 전단파 속도와 압축파 속도를 산정하였다. 또한, 측정된 탄성파 속도를 바탕으로 탄성계수, 전단탄성계수 그리고 포아송비를 추정하였다. 탄성파를 이용하여 산정한 간극비와 부피측정에 근거한 간극비가 거의 유사한 것으로 나타났다. 본 논문에서 제시한 불포화토의 각 포화단계에 따른 탄성파 속도의 측정실험은 지표 근처의 불포화토가 지니는 특성을 파악하기 위한 매우 효과적인 방법이 될 수 있음을 보여준다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권3C호
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• pp.179-186
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• 2008

프레셔미터 시험은 지중 내 설치된 프루브를 통해 지반에 압력을 가하여 지반의 변형특성을 평가하는 시험 방법으로, 주로 경험적인 상관관계를 통하여 지반의 변형계수를 평가하는 여타의 현장 시험방법들과 달리 하중에 따른 변위 곡선에 기초하여 지반의 변형특성을 직접적으로 평가할 수 있는 시험 방법이다. 그러나, 자가 굴착 방식을 사용하더라도 시험체의 관입에 따른 교란이 발생하기 때문에 초기 재하 시험곡선으로부터 지반의 변형특성을 평가하는 것은 부적절할 수 있으며, 이에 대한 대안으로 하중 제하-재재하 곡선을 이용하는 방법 등이 제안되어 사용되고 있다. 그러나, 공내 재하 압력 및 공벽의 변위 측정 시에 발생하는 데이터의 분산과 계측 장비의 해상도 문제로 인하여 하중 제하-재재하 곡선으로부터 최대 전단탄성계수와 같은 미소 변형 영역에서의 변형 특성을 평가하기에는 많은 제약이 따른다. 본 연구에서는 하중 재재하 곡선의 회귀분석 및 이를 바탕으로 한 외삽법을 사용하여 미소 변형 영역에서 지반의 최대 전단탄성계수를 직접적으로 평가할 수 있는 해석 방법을 제안하였다. 또한, 하중 재재하 시 원지반에 비하여 증가하는 응력 수준을 초기 응력 수준에 맞도록 고려할 수 있는 방법을 함께 제안하고 있다. 대형 압력 토조를 이용하여 다양한 상대밀도 및 응력 조건을 가지는 모래 지반을 조성한 뒤, 프레셔미터 시험 및 벤더 엘리먼트 시험을 수행하였고, 제안된 해석 방법의 적절성을 기존의 경험식들 및 벤더 엘리먼트 시험에서 얻어진 값들과 비교, 검증하였다.