• 대한토목학회논문집
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• 제32권2C호
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• pp.69-77
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• 2012

일반적으로 지열 에너지파일 및 수평형 지열교환기는 기존의 연직형 지열히트펌프에 비하여 지표면에서 가까운 깊이에 설치되며, 이 경우 지열교환기의 열 교환 거동은 토사층에서의 열전도도에 많은 영향을 받게 된다. 기존의 연구에 따르면 지하수위 상부에 놓인 흙의 열전도도는 에너지파일의 열 교환 성능에 많은 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 이는 부분적으로 포화된 흙의 열전도도는 함수비에 큰 영향을 받기 때문이다. 본 연구에서는 국내에 널리 분포하고 있는 화강풍화토의 열전도도 예측에 대한 연구를 수행하였다. 5개 지역에서 채취한 화강풍화토 시료의 간극율과 포화도를 바꾸어가며 탐침법 기반 열전도도 측정시험을 수행하였고, 기존의 열전도도 추정 모델들의 적합성을 평가하였다. 마지막으로 국내 화강풍화토에 적합한 경험적 예측식을 제안하고 이를 토대로 실험자료를 분석해 보았으며 기존 문헌에 실린 실험결과에 적용하여 그 적절성을 살펴보았다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.148.1-148.1
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• 2011

본 연구에서는 가스 하이드레이트의 미래 상업생산을 위한 연구활동으로 동해 울릉분지 현장시료를 채취하여 가스 하이드레이트 함유토의 열전도 현상에 관한 연구를 실시하였다. 두 종류의 현장시료를 이용하여 메탄 하이드레이트를 생성하여 공극비 및 포화도에 따라 조건을 달리하여 실험을 수행하였다. 열전도도 측정을 위하여 Transient Plane Source (TPS) 기법을 이용하였다. 현장시료의 사용에 앞서 예비실험으로써 F110표준사를 사용, 비교 분석 자료로써 활용하였다. 하이드레이트 생성 확률을 높이는 기법으로써 불포화시료를 동결, 해동 후 가스를 주입하였으며 동결된 불포화 시료의 열전달양상의 변화를 함께 고찰하였다. 실험결과, 하이드레이트의 포화도가 증가함에 따라 함유토의 열전도도의 증가함을 알 수 있어다. 거의 동일한 물과 GH의 열전도도에도 불구하고 하이드레이트 결정화 작용으로 동일한 포화도의 불포화 시료와 비교하여 약간의 상승을 보였다. 또한 공극비 및 흙을 구성하는 미네랄의 성분에 따라 열전도도의 발현 양상이 상이함을 관찰하였다. 이에 차후 하이드레이트 생산을 위한 현장 측정 및 전산 모사시 이에 관한 고려가 필요할 것으로 사료된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권1호
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• pp.93-107
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• 2013

입상체의 열전도도 산정에 관한 연구는 다공질 매질이나 지반공학에서 다양하게 사용될 수 있다. 입상체의 열전도도 산정은 입자들 사이의 에너지 관계에 대한 모사를 통해 "유효 열전도도"를 획득하는 것으로 발전하였다. 본 연구는 불포화토의 유효 열전도도를 산정하기 위해 3차원 개별 요소법을 이용하여 입자를 생성하고 기존 네트워크 모델을 수정하여 적용하였다. 수정된 네트워크 모델을 검증하기 위해 3가지 다른 크기의 글라스 비즈와 주문진사를 이용하여 실내시험을 통해 흙-수분 특성 곡선과 포화도에 따른 시료의 열전도도를 산정하였다. 수정된 네트워크 모델에서는 흙-수분 특성 곡선을 사용하여 입자 사이의 평균 유효 열전달 실린더 반경을 조정하고 모델에 적용하였다. 일련의 실내시험과 수정된 네트워크 모델을 사용하여 결과를 비교한 결과, 흙-수분 특성 곡선을 적용한 네트워크 모델은 주어진 불포화 조건에서 입상체 시료의 유효 열전도도를 합리적으로 모사할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 포화상태의 유효 열전달 실린더 반경 계수로 정규화한 예측식을 제안하였다. 제안한 예측식을 통해 기존 네트워크 모델을 사용하여 불포화 상태에서 입상체의 유효 열전도도를 산정할 수 있다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제14권2호
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• pp.57-70
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• 2015

본 논문에서는 지열활용 지반구조물 적용시 주변 지반에 부과되는 온도변화 사이클이 흙의 물리적 역학적 특성에 미치는 영향에 대한 내용을 다루었다. 이를 위해 모래와 화강풍화토를 대상으로 다양한 온도변화 조건을 구현하고 이에 따른 흙의 입자구조 및 열전도특성 변화 경향을 고찰하였다. 아울러 다양한 온도변화에 노출된 시료를 이용하여 시편을 조성한 후 삼축압축시험을 수행하고 그 결과를 토대로 온도변화가 시편의 응력-변형률-강도 톡성에 미치는 영향을 검토하였다. 그 결과 온도변화 사이클은 흙의 입자구조 및 열전도율에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 검토되었다. 또한 임의 반복 사이클 $N_{hc}$에 있어 가열시간이 $H_d=2{\sim}8hrs$ 변화함에 따라 최대 축차응력이 15%이상 감소하는 것으로 나타나 가열-냉각 반복작용에 의한 흙의 강도특성 변화는 흙의 종류에 따라 달라 질수 있는 것으로 검토되었다.

• 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.

• 보존과학회지
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• 제30권3호
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• pp.287-298
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• 2014

이 연구에서는 무령왕릉에 사용된 전돌의 재료 특성에 관하여 고찰하였다. 압축 강도, 열전도도, 흡수율 등의 재료 특성은 비파괴 실험으로 측정하였다. 그 중에서 무령왕릉 전돌의 압축강도는 초음파 측정법과 흡수율을 이용하여 추정하였다. 실험 결과, 초음파 속도를 이용한 압축강도는 표면이 고르지 못하고 두께 편차가 큰 문화재 시편 특성상 표준편차가 크게 나타났다. 그러나 흡수율을 적용한 압축강도 값 (28.69 MPa ~ 33.19 MPa)은 일반 콘크리트의 압축강도 수준으로 편차가 낮게 나타났다. 따라서 초음파 속도를 이용하는 방법보다 흡수율을 이용하는 방법이 무령왕릉 전돌의 압축강도 예측법으로 보다 적합한 것으로 판단된다. 무령왕릉 전돌의 열전도도는 시료의 표면상태와 두께에 영향을 받지 않는 Mathis TCi를 이용하여 측정하였으며, 평균 1.58 W/mK로 흙에 근접한 값을 지닌다. 무령왕릉 전돌의 흡수율과 수분 잔류율은 각각 1.6 % ~ 15 %, 0 % ~ 0.7 %의 범위를 나타냈다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.1-12
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• 2016

본 논문에서는 지열 활용시스템을 지반구조물에 적용시 발생하는 주변 지반에 부과되는 다양한 온도 및 온도변화 사이클이 흙의 역학적 특성에 미치는 영향에 대한 내용을 다루었다. 이를 위해 화강풍화토를 대상으로 다양한 온도변화 조건을 구현하고 이에 따른 흙의 입자구조 및 열전도특성 변화 경향을 고찰하였다. 아울러 다양한 OCR(over consolidation ratio)값을 가지는 시료를 제작하여 내부 온도를 $20^{\circ}C{\sim}70^{\circ}C$까지 변화시키며 온도상승과 가열-냉각 반복작용 횟수에 따른 흙에 미치는 영향을 분석하고자 온도계로 압축셀 내부 온도를 측정하였으며 비배수 실험을 통해 시료에 작용하는 축차응력 및 간극수압을 측정하여 온도변화가 화강풍화토에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 온도상승과 가열-냉각 반복 작용으로 인해 간극수압이 증가하며 축차응력 또한 감소하는 것으로 관찰되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권8호
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• pp.49-60
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• 2020

동상민감성 시료의 동상 거동을 평가하기 위해 완전히 결합된 열-수리-역학 연계해석을 수행하였다. 이를 위한 구성모델은 질량보존방정식, 에너지보존방정식, 힘평형방정식을 기반으로 유도되었다. 구성모델을 통해 간극수의 상변화, 간극수 유동 및 수반되는 기계적 변형 등 1차원 동결에 대한 다양한 물리적 현상을 정량적으로 고려할 수 있었다. 한편, 시료의 동상발생량 및 동상속도에 미치는 영향 인자들을 조사하기 위해 민감도 분석 연구가 수행되었다. 민감도 분석 결과에 따르면, 시료의 초기 간극비는 종속변수인 동상발생량과 동상속도에 독립적으로 큰 영향을 미치는 반면 흙 입자 열전도도 및 온도구배는 독립적으로 미치는 영향보다 두 변수 간 상호 작용을 통해 더 큰 영향을 미침을 확인하였다. 본 연구에서 고려된 인자들은 모두 동상발생량과 동상속도에 영향을 미치는 주요 인자이며, 표본시료의 동상민감성 여부를 결정하는 데에 활용될 수 있을 것이다.