• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.175-181
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• 2016

본 연구는 액체질소와 같이 급속 동결이 가능하면서 질식의 위험을 배제할 수 있는 냉매로서 액화공기를 선정하였고 이의 적용성을 평가하였다. 액화공기의 안정성을 평가하기 위해 액체질소와 액체산소가 혼합된 액화공기의 산소 농도가 산업안전보건법에 제시된 산소 농도 기준에 부합되는지를 실험적으로 검증하였으며, 액체질소 및 액체산소의 혼합 비율, 액화공기 저장용기의 압력변화 및 유량변화에 따른 액화공기 산소 농도변화를 살펴보았다. 그 결과, 액체질소 및 액체산소를 8:2로 혼합하였을 경우 산업안전보건법에 제시된 산소 농도 기준에 부합되는 것을 확인하였다. 액화공기 저장용기의 압력변화 및 유량변화는 액화공기의 산소 농도에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권11호
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• pp.43-55
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• 2018

인공동결공법은 일시적으로 지반의 강성을 높이고 투수계수를 낮추는 지반개량공법으로 지반에 적용가능하다. 하지만, 지하수 흐름과 지반의 불균질성은 동결구근 형성을 불확실하게 하여 공법에 대한 신뢰성을 저해한다. 동결지반 대한 열-수리 유한요소 해석 프로그램을 이용하여, 인공동결공법에서 지하수 흐름속도와 지반의 층상 비균질이 얼음벽 형성을 미치는 영향을 분석하였다. 지하수의 흐름은 원형의 동결구근을 원형에서 타원형을 변형시키며 얼음벽의 완성 소요시간을 증가시킨다. 기존의 이론식은 인접 동결구근의 열적 상호작용을 무시하여, 얼음벽의 완결시간과 한계유속을 과대 평가하였다. 수치해석 결과를 바탕으로 수정식을 제시하였으며 무차원 얼음벽 완결시간에 대한 제안식을 검증하였다. 층상의 비균질 지반에서 투수계수가 큰 지층의 두께와 상대적인 투수계수비는 얼음벽 완결시간과 한계 유속에 중요한 인자인 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.401-412
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• 2016

고수압 조건의 해저터널 공사에 기존의 그라우팅 공법은 제한을 받게 되어 굴착작업이 어려울 수 있으나, 인공동결공법을 적용할 경우 신속한 차수 및 지반보강 효과를 얻을 수 있다. 인공동결공법을 적용할 경우, 동결 조건에 따라 동결토의 거동이 크게 변화하므로 기존의 연구 사례를 바탕으로 해저지반 등 특수한 조건에서 동결토의 역학적 거동을 예측하는 것에는 한계가 있다. 또한, 인공동결공법의 설계를 위해서는 동결체 형성에 필요한 소요시간 및 동결범위를 산정해야 하며, 해저지반의 경우 간극수 내 염분의 영향을 반영해야 한다. 본 논문에서는 동결토의 열적 특성을 파악하기 위해 인조규사 시료에 대한 실내 열전도도 측정시험과 동결챔버시험을 수행하였다. 동결토와 비동결 포화토 간극수의 염도를 조절하여 동결 과정과 염분에 따른 유효 열전도도를 비정상 열선법을 적용하여 측정하였다. 인조규사 간극수의 염도에 의한 동결특성 변화를 파악하기 위해 동결챔버를 설계 및 제작하였고 이를 통하여 동결 조건을 변화시키며 동결챔버시험을 수행하였다. 동결 조건에 따른 시료내 온도 변화를 분석하고 이를 통해 동결 조건이 사질토의 열전달 특성에 미치는 영향을 평가하였다. 비동결 포화토의 경우는 간극수가 담수(염도 0%)인 조건과 염수(염도 3.5%)인 조건 모두 유효 열전도도가 유사하게 평가되었으나, 동결토의 경우는 간극수가 염수인 조건이 보다 큰 유효 열전도도를 보였다. 이는 동결챔버시험에서 간극수가 염수인 조건이 담수인 조건보다 동결속도가 더 빠른 결과와 일치한다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제38권2호
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• pp.205-214
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• 2024

Permafrost refers to the condition where the ground is frozen. It is crucial to review and evaluate the ground's characteristics before construction. In this study, electrical resistivity surveying is chosen as the investigative technique to apply and illustrate the results on the state of permafrost ground and to summarize its applicability. Field experiments are conducted in the Yeoncheon area of South Korea, which has a freezing index of 522.6°C·days. The target area is categorized into two ground conditions: the first where the original ground freezes, and the second involves excavating the original ground up to a depth of 3 meters, backfilling it, and then artificially injecting fluid. Thus, frozen ground conditions are simulated under both natural and artificial circumstances. Electrical resistivity surveys are performed under both above-freezing and sub-zero temperature conditions, with the experiments conducted at sub-zero temperatures revealing relatively more high-resistivity zones due to the temperature conditions. In this area, the distribution of soil moisture content is also investigated using the Time Domain Reflectometry (TDR) technique. It is observed that the ground into which water is artificially injected had a relatively higher moisture content, although the difference is minor. Finally, a 3D map of the target ground is constructed based on the measured electrical resistivity values, and through this, the distribution of porosity, a crucial design parameter, is also depicted. This research demonstrates that the electrical resistivity technique can effectively evaluate the state of frozen and unfrozen ground and further suggests that it can detailed extract the characteristics of the target ground.

• Geomechanics and Engineering
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• 제34권5호
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• pp.507-527
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• 2023

Accurately estimation of the geo-mechanical parameters in Artificial Ground Freezing (AGF) is a most important scientific topic in soil improvement and geotechnical engineering. In order for this, one way is using classical and conventional constitutive models based on different theories like critical state theory, Hooke's law, and so on, which are time-consuming, costly, and troublous. The others are the application of artificial intelligence (AI) techniques to predict considered parameters and behaviors accurately. This study presents a comprehensive data-mining-based model for predicting the Young's Modulus of frozen sand under the triaxial test. For this aim, several single and hybrid models were considered including additive regression, bagging, M5-Rules, M5P, random forests (RF), support vector regression (SVR), locally weighted linear (LWL), gaussian process regression (GPR), and multi-layered perceptron neural network (MLP). In the present study, cell pressure, strain rate, temperature, time, and strain were considered as the input variables, where the Young's Modulus was recognized as target. The results showed that all selected single and hybrid predicting models have acceptable agreement with measured experimental results. Especially, hybrid Additive Regression-Gaussian Process Regression and Bagging-Gaussian Process Regression have the best accuracy based on Model performance assessment criteria.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2002년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.329-336
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• 2002

The earth structures and in-ground LNG tank, and buildings can be constructed with using artificial freezing method on the reclaimed land. In this study, upon freezing a saturated soil in a closed-system from the top, a considerable pressure was developed. The pressure is the result of the surface energy of a curved ice-water interface. The most significant of these parameters will have the greatest effect on the classification. In order to establish frost-susceptibility criteria based on frost heaving expansion pressure, more soils have to be tested. This study was initiated to investigate the soils frost heaving expansion pressure and moisture characteristics resulting from freezing and freezing-thawing cycle process. Weathered granite soils, sandy soil, sandy soil were used in the laboratory freezing test subjected to thermal gradients under closed- systems.

• Geomechanics and Engineering
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• 제34권3호
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• pp.303-316
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• 2023

With the development and utilization of urban underground space, the artificial ground freezing technology has been widely used in the construction of underground engineering in soft soil areas. The mechanical properties of soft clay changed greatly after freezing and thawing, which affected the seismic performance of underground structures. In this paper, a series of triaxial tests were carried out to study the dynamic response of the freezing-thawing clay under the seismic load considering different dynamic stress amplitudes and different confining pressures. The reduction factor of dynamic shear stress was determined to correct the amplitude of the seismic load. The deformation development mode, the stress-strain relationship and the energy dissipation behavior of the soft clay under the seismic load were analyzed. An empirical model for predicting accumulative plastic strain was proposed and validated considering the loading times, the confining pressures and the dynamic stress amplitudes. The relevant research results can provide a theoretical reference to the seismic design of underground structures in soft clay areas.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권8호
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• pp.7-15
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• 2022

대부분의 선행연구는 동결 삼축압축시험 수행 시, 몰드를 사용하여 시료를 조성하고 단방향으로 동결을 진행하였다. 이는 동결된 시료에 잔류응력이 발생할 가능성이 있기 때문에 인공동결공법이 적용된 지반을 모사하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 기존 시험방법의 한계를 보완할 수 있는 시험장비 및 시험방법을 제안하고, 제안된 방법으로 온도 및 구속압력에 따른 동결 사질토의 역학적 특성을 평가하였다. 동결온도가 낮아질수록 동결 사질토는 취성이 증가하였고, 부동수분의 감소 및 얼음자체의 강도 증가로 인하여 강도가 증가하였다. 구속압력의 증가는 강도저감 효과를 발생시키는 압력융해 현상과 강도증진 효과를 발생시키는 흙 입자의 마찰력 증가 모두를 야기하였다. 이처럼 동결 사질토의 역학적 거동은 구속압력과 동결온도의 복합적인 영향을 받는 것으로 나타났다.

• 한국해양공학회지
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• 제26권6호
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• pp.19-26
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• 2012

Recently the world has been suffering from difficulties related to the demand and supply of energy due to the democratic movements sweeping across the Middle East. Consequently, many have turned their attention to never-developed extreme regions such as the polar lands or deep sea, which contain many underground resources. This research investigated the strength and initial elastic modulus values of eternally frozen ground through a uniaxial compression test and indirect tensile test using frozen artificial soil specimens. To ensure accurate test results, a sandymud mixture of standard Jumunjin sand and kaolinite (20% in weight) was used for the specimens in these laboratory tests. Specimen were prepared by varying the water content ratio (7%, 15%, and 20%). Then, the variation in the strength value, depending on the water content, was observed. This research also established three kinds of environments under freezing temperatures of $-5^{\circ}C$, $-10^{\circ}C$, and $-15^{\circ}C$. Then, the variation in the strength value was observed, depending on the freezing environment. In addition, the tests divided the loading rate into 6 phases and observed the variation in the stress-strain ratio, depending on the loading rate. The test data showed that a lower freezing temperature resulted in a larger strength value. An increase in the ice content in the specimen with the increase in the water content ratio influenced the strength value of the specimen. A faster load rate had a greater influence on the uniaxial compression and indirect tensile strengths of a frozen specimen and produced a different strength engineering property through the initial tangential modulus of elasticity. Finally, the long-term strength under a constant water content ratio and freezing temperature was checked by producing stress-strain ratio curves depending on the loading rate.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권11호
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• pp.71-81
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• 2011

동착강도는 동토지반 말뚝기초 설계시 지지력을 결정하는 주요 설계정수이다. 동착강도는 동결온도, 구속응력, 말뚝표면 특성, 토사종류 등 다양한 인자들에 의해 동시다발적인 영향을 받는 것으로 보고되고 있다. 하지만 동착강도에 대한 연구는 소수의 인자들만 반영할 수 있는 실험연구를 중심으로 수행되어온 경향이 있으며, 설계정수로서 동착강도를 산정하기 위한 방법들은 동결온도, 말뚝재료 등의 주요 인자들만을 고려할 수 있는 한계가 있어 왔다. 본 연구는 인공신경망 이론을 동착강도 산정에 활용함으로서 다양한 영향인자 조건에서 동착강도를 예측할 수 있는 방안을 모색하기 위한 목적으로 수행되었다. 인공신경망 학습을 위하여 총 5종류의 연구사례로부터 137개의 자료를 수집하였으며, 그 중 100개를 학습자료로, 37개를 실증자료로 구분하였다. 연구결과 단계적 인공신경망 학습을 통하여 동착강도 산정 시 다양한 영향인지를 다차원적으로 고려하여 예측하는 방법이 병행되어야 할 필요성을 확인하였으며, 5개 영향인자를 동시에 고려하여 동착강도를 예측할 수 있는 신뢰성 높은 학습결과를 도출 및 검증하였다. 또한, 매개변수 연구결과 동착강도는 동결온도와 말뚝재료의 변화에 가장 민감하게 반응하는 것으로 나타났고 수직응력에 의한 영향은 일부 온도구간에서만 뚜렷하게 나타나며 토사종류와 재하속도의 변화에 따라 동착강도가 증가하는 경향이 변화하는 특성을 나타내었다.