• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권2호
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• pp.255-268
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• 2018

해저터널은 시공중 예측치 못한 고수압으로 인한 해수 침투가 발생할 가능성이 매우 크다. 이에 고수압조건에서 차수 및 보강효과가 탁월한 인공 동결 공법의 적용이 대두되고 있다. 본 연구에서는 인공 동결 공법에 필요한 냉매량을 산정하기 위해 열흐름 에너지 이론 모델에 의한 이론적인 값을 계산하고, 동결 챔버 실험결과 및 수치해석결과와의 비교를 통해 적정성을 검증하였다. 염분과 수압에 따른 열적 역학적 특성 변화를 규명하기 위해 동결용 챔버를 제작하여 염분과 수압 조건에 따라 사질토의 동결 시간을 파악하였다. 또한, 이론값과 수치해석 결과의 동결 시간은 유사한 경향을 확인하였다. 동결공법의 냉매량은 수치해석의 결과를 기반으로, 동결 챔버 실험을 통해 동결 효율의 결과와 이론식을 통한 동결 유지를 위한 에너지 비율을 적용하여 산정하였다. 동결유지를 위한 에너지 비율은 해저터널의 토피고와 해저면의 수온에 따라 좌우될 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권12호
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• pp.17-25
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• 2020

인공동결 공법은 지반에 영구적인 영향을 초래하지 않는 지반개량 공법으로 인공동결 공법의 효율성 및 설계기준을 결정하는 핵심인자는 물의 흐름이다. 따라서 인공동결 공법을 적용하기 위해서는 동결구근 및 벽체 형성에 물의 흐름이 미치는 영향에 대한 연구가 선행되어야 한다. 본 논문에서는 물의 흐름이 동결구근 및 벽체 형성에 미치는 영향을 극대화하기 위해 순수한 물을 활용한 실내실험과 수치해석 연구를 수행하였다. 열-수리 연계 해석모델을 새롭게 제안하고 이를 실험적으로 검증하였으며, 유량이 동결벽체 형성 시간 및 형상을 결정짓는 핵심인자임을 확인하였다. 나아가, 동결구근 및 벽체를 가시적으로 확인하기 어려운 지반에서 활용성이 높을 것으로 예상되는 동결벽체 형성 시간을 간접적으로 예측할 수 있는 방안을 새롭게 제시하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권1호
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• pp.31-48
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• 2019

인공동결공법(artificial ground freezing method)은 연약지반 및 도심지에서의 지하구조물 시공에 적합한 차수 및 지반보강 공법이다. 인공동결공법은 동결관(freezing pipe)을 지중에 매설한 후 냉매(refregerant)를 순환시켜 대상 지반에 차수벽 및 지지체의 역할을 수행하는 동결벽체(frozen wall)를 형성한다. 그러나 간극수의 동결에 따른 간극수의 부피팽창은 지반의 변형을 야기시킬 수 있고, 시공완료 후 동결토의 융해에 따른 지반의 소성변형 및 입자의 재배치 등은 지반의 역학적 특성을 변화시킨다. 본 논문에서는 인공동결공법에 따른 해성 점토지반(marine clay)의 동결속도를 평가하기 위하여 인공동결공법 현장실증시험을 수행하였다. 현장실증시험은 지중에 3.2 m 깊이로 매설된 동결관 1공 내로 초저온 냉매인 액화질소를 순환시키는 방법으로 수행되었다. 또한, 원지반과 인공동결공법에 의해 동결/융해된 지반에 대한 피에조 콘 관입시험(piezo cone penetration test, CPTu) 및 공내재하시험(lateral load test, LLT)을 수행함으로써 동결/융해(freezing-thawing)에 따른 해성 점토지반의 강도 및 강성 특성의 변화를 평가하였다. 시험결과, 부피가 약 $2.12m^3$인 원기둥 모양의 동결체를 형성하는데 총 3.5일이 동안 약 11.9 ton의 액화질소가 소요되었다. 동결/융해에 따른 지반의 강도 및 강성 저하는 각각 48.5%, 22.7%로 산정되었다.

• Corrosion Science and Technology
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• 제6권4호
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• pp.177-185
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• 2007

The purpose of this study is to evaluate freezing-thawing and surface scaling resistance in order to examine the frost durability of concrete in a chloride-inherent environment. The mixing design for this study is as follows: 3 water binder ratios of 0.37, 0.42, and 0.47; 2-ingredient type concrete (50% OPC concrete and 50% ground granulated blast-furnace slag), and 3-ingredient type concrete (50% OPC concrete, 15% fly ash, and 35% ground granulated blast-furnace slag). As found in this study, the decrease of durability was much more noticeable in combined deterioration through both salt damage and frost damage than in a single deterioration through either ofthese; when using blast-furnace slag in freezing-thawing seawater, the frost durability and surface deterioration resistance was evaluated as higher than when using OPC concrete. BF 50% concrete, especially, rather than BFS35%+FA15%, had a notable effect on resistance to chloride penetration and freezing/expansion. It has been confirmed that surface deterioration can be evaluated through a quantitative analysis of scaling, calculated from concrete's underwater weight and surface-dry weight as affected by the freezing-thawing of seawater.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.29-34
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• 2011

본 연구에서는 유류나 각종 비수용성 오염물질(DNAPL)로 오염된 지반에 인공동결공법을 이용한 차수벽을 형성하고 지하수의 이동으로 인한 오염물질의 확산 방지 효과를 확인하기 위한 초기연구로 인공동결공법을 통한 동결차수벽을 형성하기 위하여 모형실험을 수행하였다. 동결차수벽 형성의 확인을 위하여 실험조건에 따른 동결범위와 동결토의 강도를 분석하였다. 동결범위를 확인하기 위한 실험조건은 포화도가 80%, 90%인 표현을 실트를 대상으로 하였다. 또한, 동결토의 강도특성은 다짐도와 포화도를 변경하여 동결을 실시하였고, 일축압축강도 실험을 통하여 확인하였다.

• 한국도로학회논문집
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• 제15권1호
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• pp.47-56
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• 2013

PURPOSES: This study is to evaluate a ground water level effect on frost heaving in road pavements. METHODS: The effects of water table on frost heaving in pavement systems were evaluated from the mechanical analysis using FROST program. The input parameters and boundary conditions were determined by considering climates, pavement sections, and material properties specially subgrade soil types in Korea. RESULTS: When the water table located above the freezing depth, amount of frost heaving caused by freezing the water in pavement itself was big enough to damage in pavement system, although pavement system consists of fully non-frost-susceptible materials with sufficient thickness of anti-freezing layer. The amount of frost heaving was decreased rapidly with increasing the distance between the water table and freezing depth. CONCLUSIONS: It was concluded that there is no engineering problems related with frost heaving in practical sense when the distance between freezing depth and water table is over 1.5m for having subgrade soils less than 50% of #200 sieve passing to meet specification on quality control in Korea.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권5호
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• pp.431-443
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• 2014

본 연구는 고수압 해저터널의 차수를 위한 동결공법 적용성 평가를 위해 국내 적용사례가 없는 동결공법의 해외 시공사례를 조사하였으며, 지반 동결공법에서 보편적으로 사용하는 냉매인 브라인(brine)과 액체질소($LN_2$)에 대한 분석을 수행하였다. 고수압 조건의 해수는 순수한 물에 비하여 어는 점이 더 낮기 때문에 지상에서보다 동결시간이 더 길 수 있고 해저터널과 같이 폐쇄된 공간에서의 적용 시 냉매는 안정성을 확보할 수 있어야 하고 공기 단축이 가능해야 한다. 브라인은 재사용이 가능하고 독성이 적어 인체에 미치는 영향이 적으나, 동결에 상대적으로 장시간 필요하고 동결장비가 복잡한 특징을 가지고 있으며, 액체질소는 냉매의 재사용이 불가하며 기화 시 공기 중 질소농도 증가로 질식의 위험성이 있으나, 상대적으로 동결시간이 짧으며, 동결장비가 간단한 특징을 가지고 있는 것으로 파악되었다. 또한 향후 추가적인 연구가 필요한 해저터널 연결구 및 막장면 주변 지반에 대한 동결공법의 주요 설계요소를 도출하였다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제9권4호
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• pp.469-475
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• 2013

이 연구의 목적은 고로슬래그 미분말을 혼입한 순환골재 콘크리트의 압축강도 및 동결융해 저항성을 평가하는 것이다. 이를 위하여 순환골재 대체율에 따라 고로슬래그 미분말 혼입률을 변수로 콘크리트 공시체를 제작한 후 이들의 압축강도 및 동결융해 저항성을 평가하였다. 고로슬래그 미분말 20% 혼입한 순환골재 콘크리트의 재령 28일 압축강도는 플레인 콘크리트보다 훨씬 우수하였고, 동결융해 300 사이클 시험 결과, 콘크리트의 공기량을 4~6% 유지하였을 때, 순환골재 대체율 및 고로슬래그 미분말 혼입률이 동결융해 저항성에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 나타났다.

• 한국물환경학회지
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• 제26권6호
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• pp.954-962
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• 2010

The objective of this study was to develop automatic event detection algorithm for groundwater level rise. The groundwater level data and rainfall data in July and August at 37 locations nationwide were analyzed to develop the algorithm for groundwater level rise due to rainfall. In addition, the algorithm for groundwater level rise by ice melting and ground freezing was developed through the analysis of groundwater level data in January. The algorithm for groundwater level rise by rainfall was composed of three parts, including correlation between previous rainfall and groundwater level, simple linear regression analysis between previous rainfall and groundwater level, and diagnosis of groundwater level rise due to new rainfall. About 49% of the analyzed data was successfully simulated for groundwater level rise by rainfall. The algorithm for groundwater level rise due to ice melting and ground freezing included graphic analysis for groundwater level versus time (day), simple linear regression analysis for groundwater level versus time, and diagnosis of groundwater level rise by new ice melting and ground freezing. Around 37% of the analyzed data was successfully simulated for groundwater level rise due to ice melting and ground freezing. The algorithms from this study would help develop strategies for sustainable development and conservation of groundwater resources.

• Geomechanics and Engineering
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• 제29권3호
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• pp.349-357
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• 2022

Abnormal climate events are occurring frequently around the world. In particular, cold waves and heavy snow lead to damage and deterioration of facilities, which can cause loss of life or property damage, such as shortening the lifespan of facilities. Therefore, it is very important to prepare an appropriate maintenance system and to establish a strategy to cope with abnormal weather conditions. In this study, laboratory freezing experiments were performed to analyze the freeze-thaw characteristics affecting the tunnel concrete lining, and heat flow analysis was carried out based on the test results. Based on these experimental and theoretical analysis results, quantitative freeze-thaw evaluation criteria for tunnel concrete linings were proposed.