• 한국지반공학회논문집
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• 제39권11호
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• pp.53-62
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• 2023

동결토의 부동수분특성은 지반의 열-수리-역학적 거동 전반에 걸쳐 지배적인 영향을 미치며, 동결 지반의 안정성 평가를 위해서는 대상 지반재료의 부동수분특성에 대한 면밀한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 간극수 염분농도를 고려한 동결 사질토의 부동수분곡선을 평가하기 위하여 흙의 어는점 및 부동수분을 측정하는 실내 실험을 수행하였으며, 계측된 실험데이터를 기반으로 부동수분포화도 곡선을 간편하게 추정할 수 있는 경험적 모델을 새롭게 제시하였다. 또한, 제안된 경험적 모델을 입력자료로 적용한 해석모델의 시뮬레이션 결과를 실험데이터와 비교함으로써 사용된 부동수분곡선의 적정성을 검증하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.65-74
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• 2003

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.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권12호
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• pp.5-16
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• 2012

우리나라는 세종과학기지에 이어 두 번째로 남극에 과학기지를 건설하는 사업을 진행하고 있다. 남극은 영구동토지역으로 분류되지만 일부 지반의 상부에는 활동층이 존재한다. 이 활동층이 동결되면 동결팽창으로 인해 지반의 융기가 발생하고 구조물에 부가적인 응력이 유발되어 구조물 안정에 심각한 영향을 미치게 된다. 그러므로 남극 기지 건설지에 대한 동상 특성을 파악하는 것은 구조물의 수명 및 안정성을 확보하기 위해 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구의 목적은 남극 제2기지 건설지에 대한 동상민감성을 정량적으로 평가하고 흙 입자의 크기와 부동수분량이 동상에 미치는 영향을 파악하는 것이다. 이를 위해 동남극 테라노바만 주변 기지 건설지 표층에서 채취한 흙 시료에 대해 기본물성실험과 부동수분실험, 동상실험을 수행하였다. 동상실험의 경우 공시체 상부에 냉기를 주입하고 하부에는 물을 지속적으로 공급하여 동상이 발생하도록 유도하였다. 동상실험으로부터 공시체의 동상량과 동상비, 동상속도를 도출하였고, 실험 결과가 흙 입자의 크기 및 부동수분량과 어떤 상관관계가 있는지 분석하였다. 분석 결과 채취한 시료의 미세분 함량이 일정비율을 넘으면 흙 시료의 동상이 크게 발생하였고, 동결토 내의 부동수분에 따라 동상정수는 영향을 받는 것으로 나타났다. 본 연구는 동남극 테라노바만 흙 시료에 대하여, 동결토의 동상에 중요한 영향인자인 흙 입자의 크기 및 부동수분량과 동상량 사이의 관계를 실험적으로 규명하였다는 데에 그 의의가 있다.

• 한국도로학회:학술대회논문집
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• 한국도로학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.221-226
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• 2009

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권12호
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• pp.59-67
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• 2016

동결토의 강도는 흙 입자의 크기와 모양, 그리고 얼음과 부동 수분의 양과 같은 요인에 영향을 받는다. 본 연구에서는 동결토의 포화도와 실트 함량에 따라 변화하는 부동 수분의 양과 강도를 평가하고자 하였다. 시료는 주문진사, 실트, 그리고 증류수를 혼합하여 사용하였다. 실트의 함량비(SF)는 주문진사의 중량($W_{sand}$)에 대한 실트 중량($W_{silt}$)의 비율이 10%와 30%가 되도록 혼합하고, 포화도는 5%, 10%, 15%, 그리고 20%가 되도록 조성하였다. 시료는 $-10^{\circ}C$의 챔버 내에서 동결하였고, 동결 시간을 선정하기 위하여 24 시간, 48 시간, 그리고 72 시간동안 동결한 시료에 대하여 일축압축실험을 수행하였다. 일축압축강도가 동결 시간 24 시간 이후에 유사하여 동결 시간은 24 시간으로 선정하였다. 또한, 동결 과정 중 부동 수분의 양을 파악하기 위해 TDR 시스템을 이용하여 시료의 함수비를 모니터링 하였으며, 실트의 함량과 포화도가 증가함에 따라 부동 수분의 양이 증가하였다. 동결이 완료된 시료에 대하여 일축압축실험을 수행하였고, 포화도의 증가에 따라 일축압축강도가 지수함수적으로 증가하는 것으로 나타났다. 포화도가 증가함에 따라 부동 수분의 양이 증가하였으나, 동결에 사용된 물 즉, 얼음이 강도 발현에 보다 큰 영향을 미친 것으로 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권2호
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• pp.5-12
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• 2009

남극 세종기지 및 시베리아의 블라디보스톡에서 채취한 흙 시료에 대하여 지반공학적인 기본 시험 즉, 비중시험, 다짐시험, 입도시험, 온도변화에 따른 열전도율시험, 부동수분시험, 일축압축강도시험을 수행하였다. 또한 블라디보스톡시료에 대해 온도변화별 인장강도시험을 수행하였다. 일축압축강도시험과 인장강도 시험시 시료의 동결에 의한 부피의 팽창을 억제하면서 공시체를 만들어 온도 변화 및 함수비 변화에 따른 강도변화를 비교하였다. 열전도율 시험 결과 영하 상태에서 흙의 열전도율은 영상 상태에서의 그것보다 훨씬 높게 나타났다. 온도변화에 따른 부동수분시험 결과 부동수분은 $0{\sim}-5^{\circ}C$ 사이에서 급격히 감소하였으며, $-20^{\circ}C$까지도 부동수분이 존재하였다. 압축강도시험 결과 함수비 변화에 따라서 다양한 응력-변형률 곡선을 보였으며, 남극의 사질동결토는 동일 온도의 얼음보다 훨씬 큰 강도를 보였으나, 블라디보스톡의 점성동결토는 초기 영하상태에서는 얼음 보다 작은 강도를 보이다가 $-15^{\circ}C$ 이하에서 서서히 얼음 보다 큰 강도를 나타내기 시작하였다. 또한 온도저하에 따라 인장강도가 증가하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권1호
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• pp.229-236
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• 2003

본 연구에서는 우란바톨(Ulanbator)에서 북경(Beijing)사이의 지역에서 샘플링한 동결된 응회암 풍화토의 동적 특성을 규명하기 위해 풍화토와, 글래스비드(glass bead)를 대상으로 온도변화에 따른 초음파 속도를 sing-around 법을 사용하여 측정하였다. 본 실험을 통해 초음파 속도는 온도가 증가함에 따라 감소하였고 초음파 속도와 부동수분 사이에는 선형적인 관계가 존재함을 확인하였다. 또한 동결토의 초음파 실험결과, 종파가 시료의 종류에 크게 영향을 받지 않기 때문에 부동수분과 초음파 속도와의 관계규명에 적합하다고 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제4권4호
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• pp.5-16
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• 2003

농촌 비닐하우스 등에서 발생하는 폐비닐을 재활용하기 위한 방법의 하나로 폐비닐을 이용하여 골재를 만들었다. 이 골재에 대하여 용출시험, 비중시험, 다짐시험, LA마모시험, 대형전단시험, 투수시험 등 물리적, 역학적 시험을 실시하였다. 또한 폐비닐골재에 대한 열전도시험, 부동수분시험, 동상시험을 실시하였으며, 현장에서 폐비닐골재와 자갈을 도로 동상방지층에 포설한 후 두 해 겨울철에 걸쳐 각각의 온도분포를 측정하여 그 결과를 비교하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.31-40
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• 2022

최근 건설시장의 다각화와 미래 에너지 자원개발이라는 관점에서 미개발된 에너지 자원(석유, 천연가스 등)이 대량으로 매장되어 있는 극한지(북극권) 개발 사업이 활발히 추진되고 있다. 이러한 지역에서는 극한의 기후로 인한 동토 지반의 침하나 동상 등의 문제가 항상 발생하기 때문에 지반 구조물의 안정성 확보를 위해 열적 특성 분석이 반드시 필요하다. 본 논문에서는 동토 지역에서 지반동결과 관련된 문제들을 평가하고 기술적으로 해결하기 위한 기초 자료 제공을 목적으로, 캐나다 앨버타주 오일샌드 매장 지역의 동토 시료에 대한 열적 특성을 국내 시료와 비교·분석하였다. 일련의 실내 실험을 통해 동결온도에 대한 시간에 따른 부동 수분량을 측정하여 흙의 종류와 동결온도가 부동 수분량에 미치는 영향에 대하여 고찰하였고, 토양의 잠열, 열용량 및 열전도도를 정확하게 파악하기 위하여 동결/비동결 조건에 대한 열전도도 실내 실험을 수행하였다. 실험결과, 동결 완료 후 온도별로 상이한 부동 수분량과 열전도도 특성은 동토 지역 동결온도가 동토의 역학 거동에 영향을 끼칠 수 있음을 규명하였다.

• 한국도로학회논문집
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• 제12권2호
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• pp.71-79
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• 2010

겨울에는 시베리아기단의 영향으로 한랭 건조한 대륙성 고기압의 영향을 받아 춥고 건조하여 1월 평균기온이 $-6{\sim}-7^{\circ}C$의 영하의 온도로 낮아져 지반동결시 수분이동으로 동상현상이 발생하여 도로의 불균형 동결팽창을 초래하며, 결국 포장체를 파손시킨다. 동상발생시 토립자는 모관력에 의해 지하수를 흡수하여 아이스렌즈를 형성하며, 이 모관 흡수력은 토립자의 크기에 영향을 받는다. 도로는 다양한 재료와 단면으로 구성된 구조물이기 때문에 환경성과 재료 물성뿐만 아니라 포장체 각 층의 구조적 적정성 또는 지지력을 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 현재 기존 동상방지층 설계법에 따르면, 동상방지층은 포장체의 구조적 적정성과는 무관하게 온도 조건에 따른 동결깊이에 따라 일률적으로 결정되고 있다. 이러한 동결깊이를 포장구조설계에 적용함으로써 포장의 과다설계 우려가 있다. 따라서 본 논문에서는 도로 동상방지층의 효용성 검증 및 설치기준 확립을 위해 실내동결시스템을 활용하여 도로 노상토의 동상 특성에 대한 민감성을 판별, 도로건설 현장 노상토에 대한 역학적 특성과 실내 동결 시험을 수행하였으며, 외부 동결온도의 지속 조건에 대한 시료의 온도변화, 동상팽창압, 동상팽창량, 부동수분 등의 결과값을 통하여 동결 과정에 따른 지반공학적 특성을 평가하였다.