• Smart Structures and Systems
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• 제15권4호
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• pp.1085-1101
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• 2015

Changes in substructure conditions, such as ballast fouling and subgrade settlement may cause the railway quality deterioration, including the differential geometry of the rails. The objective of this study is to develop and apply a hybrid cone penetrometer (HCP) to characterize the railway substructure. The HCP consists of an outer rod and an inner mini cone, which can dynamically and statically penetrate the ballast and the subgrade, respectively. An accelerometer and four strain gauges are installed at the head of the outer rod and four strain gauges are attached at the tip of the inner mini cone. In the ballast, the outer rod provides a dynamic cone penetration index (DCPI) and the corrected DCPI (CDCPI) with the energy transferred into the rod head. Then, the inner mini cone is pushed to estimate the strength of the subgrade from the cone tip resistance. Laboratory application tests are performed on the specimen, which is prepared with gravel and sandy soil. In addition, the HCP is applied in the field and compared with the standard dynamic cone penetration test. The results from the laboratory and the field tests show that the cone tip resistance is inversely proportional to the CDCPI. Furthermore, in the subgrade, the HCP produces a high-resolution profile of the cone tip resistance and a profile of the CDCPI in the ballast. This study suggests that the dynamic and static penetration tests using the HCP may be useful for characterizing the railway substructure.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제34권6호
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• pp.434-438
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• 2009

This study was conducted to design an cone penetrometer type impedance sensor that can measure soil water content in realtime. The best width between electrical probe was determined by 5 mm. For optimization about realtime application device, linear regression analysis was applied between soil water content and impedance signal. It was concluded that proper combination of excitation frequency, impedance parameter, and model would provide acceptible performance of a soil waler content sensoe. Best model was obatained at a 36.5 MHz with |Z| as a predictor variable, with a coefficient of determination of 0.96 (RMSE=1.35, RPD=4.98).

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권8호
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• pp.15-25
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• 2010

점토층 사이에 존재하는 모래 협재층은 연약지반 거동에 중요한 영향을 미친다. 협재층은 주로 표준 콘(단면적: $10cm^2$)에서 측정된 지반의 저항력과 간극수압 값을 이용하여 평가하고 있지만, 높은 해상도를 위하여 소형 콘이 널리 활용되고 있다. 본 논문의 목적은 연약지반에 얇게 분포된 협재층을 선단저항력, 주면마찰력 그리고 전기비저항을 이용하여 평가할 수 있는 전기비저항 콘(Cone Resistivity Penetrometer, CRP)을 개발하고 적용하는 것이다. CRP는 각각 실내실험(단면적: $0.78cm^2$, 직경: 1.0cm)과 현장실험(단면적: $1.76cm^2$, 직경: 1.5cm)에 활용되도록 제작하였으며, 길이는 표준 콘(단면적: $10cm^2$, 직경: 3.57cm)의 단면적과 마찰부의 면적비를 고려하여 제작하였다. 실내실험은 모래와 점토가 반복적으로 조성된 다층의 층상탐지 셀을 사용하여 각 지층의 경계면을 탐사하였으며, 현장실험은 광양지역에서 심도 6m부터 15m까지 관입실험을 수행하였다. CRP는 실내실험에서 측정된 선단저항력과 전기비저항으로 조성된 시료의 각 지층 경계면을 뚜렷하게 평가하였으며, 현장실험에서는 3개의 협재층을 탐지하였다. 본 연구에서 개발된 CRP는 실내 및 현장결과 적용성이 뛰어나 추후 유용하게 사용될 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권2호
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• pp.77-86
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• 2008

흙의 교란영역과 측정값은 관입시험기의 크기에 영향을 받는다. 관입기의 크기가 작을수록 더 국부적인 값을 얻을 수 있다. 관입시험 시 흙의 교란을 최소화하면서 흙의 특성을 파악하기 위하여 극소형 마이크로콘(외경 5mm)을 설계 및 제작하였다. 선단저항력은 마이크로콘 선단부에 설치된 변형률계를 이용하여 측정하였다. 뿐만 아니라 선단 저항력으로부터 마찰저항력 성분을 효과적으로 제거하기 위하여 이중관 형식의 마찰 슬리브를 채택하였다. 설계 시 변형률계의 설치, 회로구성, 관입시스템, 관입속도, 측정률, 작동 온도, 그리고 calibration 과정이 고려되었다. 점토의 경계면, 점토-모래지반의 경계면을 마이크로콘을 적용함으로써 효과적으로 찾아 낼 수 있었다. 뿐만 아니라, 마이크로 콘과 직경 16mm의 미니어처 콘을 이용하여 측정한 선단저항력이 매우 유사하지만, 마이크로 콘의 해상도가 매우 높은 것으로 나타났다. 본 논문은 마이크로 콘이 매우 높은 해상도 그리고 주변지반의 변형을 최소화하면서 흙의 경계면을 효과적으로 감지할 수 있음을 보여준다.

• 지질공학
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• 제8권1호
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• pp.25-34
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• 1998

흙은 실제 비균질,비등방성이기 때문에 정확한 지반 특성을 파악하기는 쉽지 않다. 또한, 지반조사는 시간적, 경제적 측면에서 비효율적인 경우가 많다. 따라서, 본 연구는 지반조사의 효율적인 방법을 제시하기 위해 콘 관입치와 탄성속도에 대한 연약지반의 특성 파악에 적합한 장비로서 본 연구에서는 휴대용 원추형 콘관입시험기를 사용하였다. 휴대용 원추형 콘관입시험기는 조작이 편리하고 신속하게 지반상태를 파악할 수 있는 장점이 있다. 또한, 탄성탐사는 물리 탐사방법중 개략적 지반상태의 추정에 가장 많이 이용되는 방법으로 연약지반에 대한 이용이 계속 증가하고 있다. 콘저항치는 심도별 지층구성에 따라 일정한 군을 형성하였고 탄성파속도 또한 지층경계에 따라 일치하는 경향이 나타났다. 따라서, 타성파 속도와 콘관입저항치는 상당한 연관성을 가지고 있으며 이는 지반조사의 효율성을 증대 시킬 수 있을 것이다.

• 한국도로학회논문집
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• 제5권1호
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• pp.35-45
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• 2003

본 연구는 도로를 설계, 건설, 유지관리하는 도로기술자들이 실제 도로의 건설과 유지관리가 이루어지고 있는 현장에서, 도로를 구성하고 있는 기층 보조기층 선택층. 노상, 노체 등의 현장강도성분을 PDCP(Pavement Dynamic Cone Penetrometer)라는 조작이 용이하고 실험결과 해석이 간단하면서 신뢰성 있는 기구를 사용하여 현장에서의 측정이 가능하도록 하고자 수행이 되었다. 이와 같은 목적을 수행하기 위하여 먼저 현장에서 조립 및 이동이 용이하도록 포장관입시험기(PDCP)를 제작하였으며, 동일한 시료에 CBR시험 및 PDCP 관입시험을 시행하기 위하여 기존의 직경 15cm CBR 몰드를 여러개 연결하여 높이를 키운 특수 CBR 몰드도 동시에 제작하였다. 실험실에서 다양한 시료에 대하여 다짐시험을 실시하여 최적함수비 및 최대 건조밀도를 구한 후, 각각 B다짐 및 D다짐으로 다져 PDCP 관입시험 및 CBR 시험을 실시하였다. 이와 같은 시험 결과 스무 개의 CBR 값과 관입지수와의 상관관계식을 구할 수 있었다. 또한 해석적 인 방법으로 PDCP 시험의 결과치인 관입지수로부터 탄성계수를 산정하는 방법을 소개하였다. 현단계에서는 다양한 토질분류에 대한 관입지수와 탄성계수 산정식이 제시되어 있지 않아 정확한 탄성계수값을 구하는 데에는 어려움이 있지만, 추후 보다 다양한 토질분류에 대한 관입지수와 탄성계수 산정식을 얻는 노력 이 시행된다면 보다 정확한 탄성계수값 및 회복탄성계수($M_R$)값도 구할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국도로학회논문집
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• 제6권3호
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• pp.17-26
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• 2004

아스팔트 포장에서 노상층의 상태를 평가하는 방법 중 하나로 현장 CBR(California Bearing Ratio)시험이 이용되고 있다. 그러나 현장 CBR 시험의 경우 시험특성상 시간과 비용이 많이 소모되어 광활한 구간에서의 각 구간별 포장층의 현장강도 특성을 일일이 파악하기란 매우 힘든 단점이 있다. 이에 현장에서 보다 신속하고 경제적으로 포장 지지력을 측정하는 방법으로 동적관입시험 (Dynamic Cone Penetrometer DCP)이 많이 사용되고있다. 이미 외국의 경우 많은 실내 외 시험을 통하여 CBR 값과 DCP 시험을 통한 DCP지수(DCP Index, mm/blow)간의 상관관계가 연구되어 왔으며 최근에 국내에서도 연구가 수행되었으나 실내에 국한된 것이었다. 따라서 본 연구에서는 국내현장에서 사용중인 노상토에 대한 현장 CBR값과 DCP지수에 대한 상관관계를 파악하는 연구를 수행하였다. 이를 통해 국외 자료와 비교하며 국내에서 노상토의 지지력을 평가하기 위한 DCP지수를 제안하고자 하였다. 연구결과, 노상층에서의 CBR 시험방법과 동적관입시험법간 상관관계식을 제시하였으며 국내 노상토의 지지력은 현장CBR값이 20$\sim$45% 범위로 설계시 CBR값을 고려한다면 상당히 우수한 것으로 나타났다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제40권3호
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• pp.165-177
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• 2015

Purpose: Accurate monitoring of soil strength is a key technology applicable to various precision agricultural practices. Soil strength has been traditionally measured using a cone penetrometer, which is time-consuming and expensive, making it difficult to obtain the spatial data required for precision agriculture. To improve the current, inefficient method of measuring soil strength, our objective was to develop and evaluate an in-situ system that could measure horizontal soil strength in real-time, while moving across a soil bin. Methods: Multiple cone-shape penetrometers were horizontally assembled at the front of a vertical plow blade at intervals of 5 cm. Each penetrometer was directly connected to a load cell, which measured loads of 0-2.54 kN. In order to process the digital signals from every individual transducer concurrently, a microcontroller was embedded into the measurement system. Wireless data communication was used between a data storage device and this real-time horizontal soil strength (RHSS) measurement system travelling at 0.5 m/s through an indoor experimental soil bin. The horizontal soil strength index (HSSI) measured by the developed system was compared with the cone index (CI) measured by a traditional cone penetrometer. Results: The coefficient of determination between the CI and the HSSI at depths of 5 cm and 10 cm ($r^2=0.67$ and 0.88, respectively) were relatively less than those measured below 20 cm ($r^2{\geq}0.93$). Additionally, the measured HSSIs were typically greater than the CIs for a given numbers of compactor operations. For an all-depth regression, the coefficient of determination was 0.94, with a RMSE of 0.23. Conclusions: A HSSI measurement system was evaluated in comparison with the conventional soil strength measurement system, CI. Further study is needed, in the form of field tests, on this real-time measurement and control system, which would be applied to precision agriculture.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권2호
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• pp.927-935
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• 2011

노상층의 지지력을 평가하는 일반적인 방법의 하나로 현장 CBR(California Bearing Ratio) 시험이 널리 이용되고 있다. 그러나 현장 CBR은 시간과 비용이 많이 소모되어 포장층의 강도특성을 단시간에 파악하기에는 어려운 단점이 있다. 최근에는 보다 신속하고 경제적인 방법으로 동적 콘관입시험(Dynamic Cone Penetrometer, DCP)이 많이 이용되고 있다. 본 논문에서는 폐석회를 혼합한 현장모형 노상토에 대하여 현장 CBR 시험과 DCP 시험을 수행하여 현장 지지력을 평가하였으며, 현장 CBR 값과 DCP 지수에 대한 상관관계를 분석하였다. 사용한 폐석회는 인천의 화학공장에서 소다회($Na_2CO_3$)를 생산하는 공정에서 부수적으로 발생하는 부산물이며, 현장시험에서는 현장함수비, 현장밀도, 현장 CBR 시험, DCP 시험을 수행하였다. 시험결과로부터 폐석회 활용도로 노상층에 대한 DCP지수를 제안하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제17권1호
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• pp.49-54
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• 2016

동토지반을 구성하는 지층 중 표층에 분포하는 활동층은 계절에 따라 동결과 융해를 반복하여 지표면의 동상을 야기한다. 동상 높이는 활동층의 두께에 큰 영향을 받으므로, 동토지반 상부 인프라시설의 안전한 설계 및 시공을 위하여 활동층의 두께 산정은 매우 중요한 부분을 차지한다. 본 연구에서는 경량화된 원위치 관입시험 방법인 동적 콘 관입기를 이용하여 동토지반에서 활동층이 분포하는 심도를 평가하고자 하였다. 동적 콘 관입시험을 적용하기 위한 대상현장으로서 알래스카에 위치한 솔로몬 지역의 동토지반이 선택되었으며, 해당 지역의 두 개소에서 지중온도계측 및 동적 콘 관입시험이 수행되었다. 적용실험 결과 동적 콘 관입시험으로부터 획득된 동적 콘 관입지수는 활동층 및 영구동토층에서 서로 상이한 값을 나타내는바 동적 관입특성에 따른 활동층과 영구동토층의 경계부 심도가 산정되었으며, 경계부 심도에서 아이스 렌즈층으로 판단되는 구간이 감지되었다. 해당 개소에서 획득된 지중온도분포도에서 영상 및 영하 온도의 경계 심도는 본 연구의 동적 콘 관입시험으로부터 획득된 활동층 분포 심도와 부합하는 결과를 보였다. 본 연구에서 적용된 동적 콘 관입기는 대형장비의 접근 및 적용에 한계가 있는 극한지 동토 지역의 활동층 심도평가를 위하여 활용될 수 있을 것이라 기대된다.