• Geomechanics and Engineering
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• 제31권4호
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• pp.409-422
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• 2022

The use of calcium sulfoaluminate (CSA) cement as a rapid-hardening cement admixture or eco-friendly alternate for ordinary Portland cement (OPC) has been attempted over the years, but the cost of CSA cement and availability of suitable aluminium resource prevent its wide practical application. To propose an effective ground improvement design in sandy soil, this study aims at blending a certain percentage of CSA with OPC to find an optimum blend that would have fast-setting behavior with a lower carbon footprint than OPC without compromising the mechanical properties of the cemented sand. Compared to the 100% CSA case, initial speed of strength development of blended cement is relatively low as it is mixed with OPC. It is found that 80% OPC and 20% CSA blend has low initial strength but eventually produces equivalent ultimate strength (28 days curing) to that of CSA treated sand. The specific OPC-CSA blend (80:20) exhibits significantly higher strength gain than using pure OPC, thus allowing effective geotechnical designs for sustainable and controlled ground improvement. Further parametric studies were conducted for the blended cement under various curing conditions, cement contents, and curing times. Wet-cured cement treated sand had 33% lower strength than that of dry-cured samples, while the stiffness of wet-cured samples was 25% lower than that of dry-cured samples.

• Geomechanics and Engineering
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• 제3권4호
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• pp.323-337
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• 2011

Israel's coastal region consists, mainly, of Pleistocene and Holocene sands with varying degrees of calcareous cementation, known locally as "kurkar". Previous studies of these materials emphasized the difficulty in their geotechnical characterization, due to their extreme variability. Consequently, it is difficult to estimate construction stability, displacements and deformations on, or within these soils. It is suggested that SPT and Menard pressuremeter tests may be used to characterize the properties of these materials. Values of elastic modulus obtained from pressuremeter tests may be used for displacement analyses at different strain levels, while accounting for the geometric dimensions (length/diameter ratio) of the test probe. A relationship was obtained between pressuremeter modulus and SPT blow count, consistent with published data for footing settlements on granular soils. Cohesion values, for a known friction angle, are estimated, by comparing field pressuremeter curves to curves from numerical (finite element or finite difference) analyses. The material analyzed in the paper is shown to be strain-softening, with the initial cohesion degrading to zero on development of plastic shear strains.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.33-42
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• 2018

본 연구에서는 소형 압전소자의 전기-역학적 임피던스를 이용하여 모래의 단위중량이나 강도를 평가하였다. 다짐 몰드 내 크기가 다른 세 종류의 미고결 낙동강모래를 느슨하거나 조밀하게 성형한 다음 내부에 직경 20mm 원형모양의 납작한 압전소자를 설치하고 임피던스를 측정하였다. 또한, 가는 낙동강모래에 시멘트비 4, 8, 12, 16%로 직경 50mm, 높이 100mm의 고결 공시체를 6층으로 다져서 제작하였다. 고결 공시체의 3층 내부에 압전소자를 수평방향으로 설치한 다음 3일 동안 임피던스 신호를 측정하였으며, 측정 후 일축압축시험을 실시하였다. 미고결 모래의 단위중량이 증가함에 따라 공진주파수는 102kHz에서 105kHz까지 약간 증가하였으며, 공진주파수 발생 시 컨덕턴스는 감소하였다. 고결 모래의 양생시간과 시멘트비가 증가함에 따라 공진주파수는 129kHz에서 266kHz까지 크게 증가하였으며, 공진주파수 발생 시 컨덕턴스는 반대로 감소하는 경향을 보였다. 고결 모래의 일축압축강도는 시멘트비에 따라 289-1,390kPa 정도이며, 공진주파수와는 뚜렷한 정비례 관계를 보이지만 공진주파수 발생 시 컨덕턴스와는 반비례 관계를 보였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권6C호
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• pp.213-220
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• 2011

자연상태의 흙뿐만 아니라 매립 및 성토 지반에는 소량의 실트 또는 점토와 같은 세립분이 사질토 입자 사이에 섞여 있으면서 약하게 고결된 경우가 많다. 이와 같이 약하게 고결된 사질토 지반 내에 포함된 실트나 점토와 같은 세립분은 흙의 투수계수뿐 아니라 역학적 거동에도 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 약하게 고결된 지반 내에 포함된 세립분이 지반의 강도에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위하여 인위적으로 고결된 사질토를 이용하여 일축압축시험을 실시하였다. 시멘트비(4, 8%)를 비롯하여 공시체 전체에 소량으로 포함된 세립분의 종류(실트와 카오린)와 함유량(5, 10, 15%)을 달리하면서 다양한 공시체를 제작하였다. 공시체 제작방법은 동일한 다짐에너지를 가한 공시체와 다짐에너지를 조절하여 동일 또는 유사한 건조밀도가 되도록 만든 공시체로 구분된다. 동일한 다짐에너지를 가한 공시체의 경우 세립분의 함유량이 높을수록 건조밀도가 증가하여 일축압축강도는 최대 2.6배까지 증가하였다. 하지만 공시체의 건조밀도가 유사한 경우에는 세립분의 함유량이 증가하여도 강도가 약간 감소하거나 크게 증가하지 않았다. 공시체의 제작조건이 동일한 경우에는 카오린보다 실트가 포함된 공시체의 일축압축강도가 더 높게 나타났다. 그리고 세립분의 종류 및 함유량에 관계없이 시멘트비가 증가함에 따라 일축압축강도는 증가하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권10호
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• pp.33-45
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• 2019

본 연구에서는 국내 철도 및 고속도로 등 각종 토목사업이 진행되면서 발생하는 많은 양의 파쇄암 특히 풍화 이암을 도로 노상이나 성토 재료로 활용하기 위해 직경 5cm, 높이 10cm의 원주형 공시체를 제작하여 공학적 특성을 평가하였다. 포항지역 토목현장에서 강우 시 빠르게 풍화되는 이암을 채취한 다음 2mm체를 통과한 파쇄 이암에 시멘트비, 모래비, 양생조건, 양생기간에 따른 풍화 이암 고결토를 제작하였다. 각 조건에 따라 공시체를 3개씩 제작한 다음 일축압축강도, 내구성시험 및 SEM 분석을 실시하였으며, 양생조건, 시멘트비 및 모래비가 고결토의 공학적 특성에 미치는 영향을 연구하였다. 28일 양생한 경우, 대기중보다 수중 양생한 공시체의 일축압축강도가 32-55% 정도, 그리고 내구성지수는 평균 15% 정도 더 높았다. 또한, 시멘트비가 8%에서 16%로 증가할 경우, 수중 양생한 순수 이암 고결토의 일축압축강도는 약 1.6배 정도 증가하였으며, 내구성지수는 약 1.9배 증가하였다. 모래비가 0%에서 50%로 증가할 경우, 순수 이암 고결토보다 모래비가 10%인 경우 일축압축강도가 약간 감소하거나 변화 없다가 30-50% 정도 함유됨에 따라 최대 51%까지 증가하는 경향을 보였다. 한편, 내구성지수는 일축압축강도와 달리 모래비가 증가함에 따라 계속 증가하는 경향을 보였다. SEM 분석 결과 모래비가 0%인 경우보다 50%인 경우 모래 입자간의 연결이 증가하면서 서로 연결된 구조를 보였으며, 이러한 입자간 연결로 고결토의 강도가 증가하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권5호
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• pp.5-13
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• 2016

요소 분해 미생물을 이용하여 흙 입자 사이에 칼사이트를 석출시킬 때 칼슘원이 필요하며, 일반적으로 염화칼슘을 칼슘원으로 사용하고 있다. 염화칼슘은 도로, 지반 및 주변 식물에 부작용을 일으키므로 본 연구에서는 버려지는 달걀껍질을 사용한 칼슘원을 개발하고자 하였다. 미생물에 기존 칼슘원인 염화칼슘 또는 식초로 달걀껍질을 분해하여 얻은 새로운 칼슘원을 혼합하여 모래 입자 사이에 칼사이트를 생성시킨 다음, 고결모래의 칼사이트 생성량, 투수계수 및 일축압축강도를 비교 분석하였다. 공시체 제작은 느슨한 상태의 Ottawa모래로 직경 5cm, 높이 10cm 공시체를 만든 다음 Sporosarcina pasteurii 미생물을 포함한 요소와 두 종류의 칼슘원을 1일 1회씩 30일 동안 주입하여 제작하였다. 칼슘원으로 달걀껍질을 사용한 경우 칼사이트 생성량은 평균 7.2%로 염화칼슘을 사용한 경우보다 1.2배 높았다. 또한 달걀껍질을 사용하여 고결시킨 공시체의 투수계수는 평균 3.82E-5cm/s로 7.7배 정도 감소하였으며, 일축압축강도는 평균 387kPa로 염화칼슘을 사용한 경우보다 1.2배 높았다. 한편, 칼슘원에 관계없이 칼사이트 생성량이 증가할수록 강도는 증가하고 투수계수는 감소하는 경향을 보였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권10호
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• pp.33-45
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• 2006

C.S.G(Cemented Sand and Gravel) 재료는 댐 수몰지로부터 쉽게 얻을 수 있는 굴착토와 하상자갈에 소량의 시멘트와 물을 혼합한 재료를 총칭하는 것으로 최근 댐, 도로, 호안등의 건설재료로 그 활용성이 점차 증가하고 있다. 통상적으로 C.S.G 재료의 강도특성은 입도분포, 단위시멘트량, 재령, 그리고 함수비 등과 같은 여러 가지 요소에 의하여 영향을 받는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 화북댐 유역의 하상자갈을 3가지 종류의 입도분포로 재구성하여 재령, 단위시멘트량 그리고 함수비의 혼합 비율에 따른 일축압축강도의 변화를 연구하였다. 실험결과 C.S.G 재료의 일축압축강도는 상기 영향 인자들에 의하여 다양하게 영향을 받았으며, 특히 입도분포와 단위수량은 C.S.G 재료의 강도를 결정하는데 매우 중요한 인자임을 알 수 있었다. 또한 이러한 실험적 결과를 토대로 각 영향인자를 고려한 강도 예측식을 제안함으로써 설계 및 시공에 필요한 기초적인 자료를 제공하고자 한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.45-56
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• 2013

본 연구에서는 자원 재활용을 위해 시멘트를 전혀 사용하지 않고 잠재 수경성을 지닌 고로슬래그를 이용하여 사질토를 고결시키고자 하였다. 알칼리 활성화제에 의해 경화되는 고로슬래그의 함유량과 알칼리 활성화제의 종류를 달리 하여 이들이 사질토의 조기강도에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 고로슬래그의 함유량을 사질토의 4, 8, 12, 16%로 하고 여섯 종류(두 종류의 천연재료, 네 종류의 화학약품)의 알칼리 활성화제를 사용하여 공시체를 제작하였다. 제작한 공시체는 3일 또는 7일 동안 대기중 양생한 다음 일축압축강도시험을 실시하였다. 알칼리 활성화제 종류에 따른 일축압축강도는 탄산칼륨, 수산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨 순으로 높게 측정되었으며, 동일한 성분을 가진 천연재료보다 화학약품을 사용한 공시체의 일축압축강도가 높게 나타났다. 3일 양생한 공시체 중 최대 일축압축 강도가 발현된 것은 16%의 고로슬래그에 수산화칼륨을 사용한 경우로 3MPa 정도의 강도가 측정되었으며, 이는 초속 경시멘트 16%를 사용한 공시체 강도의 37%에 해당된다. 알칼리 활성화제 종류에 관계없이 고로슬래그 함유량이 증가함에 따라 건조밀도가 증가하면서 일축압축강도도 증가하였으며, 양생기간이 3일에서 7일로 증가함에 따라 최대 97%의 강도 증가가 발생하였다. 고결된 모래의 XRD 분석 결과 C-S-H 화합물이 생성되었으며, SEM 분석 결과에서는 고로슬래그 함유량이 증가할수록 생성되는 수화물도 증가하여 모래 입자를 에워싸는 형태를 보였다.

• Earthquakes and Structures
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• 제10권3호
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• pp.717-733
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• 2016

Trapezoidal Cemented Sand and Gravel Dam, namely Trapezoid CSG, is a new type of dam. Due to lack of dynamic studies in the field of CSG dam, this research was performed to analyze Trapezoidal CSG dam using dynamic Finite element method with ABAQUS Software. To investigate possible earthquake-induced damages, fragility curves are plotted based on damage index, the length of the cracks created at the dam base and the area of cracked elements in the dam. The seismic analysis indicated that minimum and maximum tensions are generated in the heel and toe of the dam, respectively. According to the fragility curves, with increase in PGA, the possibility of the exceeding the defined limit state is increased. However, the rate of increment is significantly reduced after PGA=0.4 g. Also, the same result is achieved for the second limit state. The "area of cracked elements" is more conservative criterion than the "crack length at the dam base", especially at PGA<0.4 g. As conclusion, CSG dams, despite of being made of poor materials in comparison with concrete dams, show good resistance, and even in some situations, better performance than the weighted concrete dams.

• Geomechanics and Engineering
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• 제28권6호
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• pp.613-624
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• 2022

A study of the evolution of overburden fractures under the solid-fluid coupling state was conducted based on the geological and mining characteristics of the coal seam depth, weak strata cementation, and high-intensity mining in the mining areas of West China. These mining characteristics are key to achieving water conservation during mining or establishing groundwater reservoirs in coal mines. Based on the engineering background of the Daliuta Coal Mine, a non-hydrophilic simulation material suitable for simulating the weakly cemented rock masses in this area was developed, and a physical simulation test was carried out using a water-sand gushing test system. The study explored the spatial distribution and dynamic evolution of the fractured zone in the mining overburden under the coupling of stress and seepage. The experimental results show that the mining overburden can be vertically divided into the overall migration zone, the fracture extension zone and the collapse zone; additionally, in the horizontal direction, the mining overburden can be divided into the primary fracture zone, periodic fracture zone, and stop-fracture zone. The scope of groundwater flow in the overburden gradually expands with the mining of coal seams. When a stable water inrush channel is formed, other areas no longer generate new channels, and the unstable water inrush channels gradually close. Finally, the primary fracture area becomes the main water inrush channel for coal mines. The numerical simulation results indicate that the overlying rock breaking above the middle of the mined-out area allows the formation of the water-conducting channel. The water body will flow into the fracture extension zone with the shortest path, resulting in the occurrence of water bursting accidents in the mining face. The experimental research results provide a theoretical basis for the implementation of water conservation mining or the establishment of groundwater reservoirs in western mining areas, and this theoretical basis has considerable application and promotion value.