• Geomechanics and Engineering
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• 제27권5호
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• pp.433-445
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• 2021

Artificial ground freezing (AGF) is a commonly used geotechnical support technique that can be applied in any soil type and has low environmental impact. Experimental and numerical investigations have been conducted to optimize AGF for application in diverse scenarios. Precise simulation of groundwater flow is crucial to improving the reliability these investigations' results. Previous experimental research has mostly considered horizontal seepage flow, which does not allow accurate calculation of the groundwater flow velocity due to spatial variation of the piezometric head. This study adopted vertical seepage flow-which can maintain a constant cross-sectional area-to eliminate the limitations of using horizontal seepage flow. The closure time is a measure of the time taken for an impermeable layer to begin to form, this being the time for a frozen soil-ice wall to start forming adjacent to the freeze pipes; this is of great importance to applied AGF. This study reports verification of the reliability of our experimental apparatus and measurement system using only water, because temperature data could be measured while freezing was observed visually. Subsequent experimental AFG tests with saturated sandy soil were also performed. From the experimental results, a method of estimating closure time is proposed using the inflection point in the thermal conductivity difference between pore water and pore ice. It is expected that this estimation method will be highly applicable in the field. A further parametric study assessed factors influencing the closure time using a two-dimensional coupled thermo-hydraulic numerical analysis model that can simulate the AGF of saturated sandy soil considering groundwater flow. It shows that the closure time is affected by factors such as hydraulic gradient, unfrozen permeability, particle thermal conductivity, and freezing temperature. Among these factors, changes in the unfrozen permeability and particle thermal conductivity have less effect on the formation of frozen soil-ice walls when the freezing temperature is sufficiently low.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.49-62
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• 2017

지반의 동결-융해 과정에 의한 지반구조물의 거동 특성을 이해하기 위해서는 지반내 간극수의 상변화와 지반과 구조물의 상호작용에 대한 이해가 필요하다. 본 연구에서는 모듈러 도로시스템의 동결융해의 영향에 대한 수치해석적 연구를 수행하였다. Neumann의 동결-융해 이론식을 이용하여 기본 지반 물성치와 지중과 지표면의 온도조건에 대한 동결심도와 히빙량을 예측할 수 있으나, 지반의 완전포화 및 완전동결의 제한된 경우에만 적용할 수 있다. 동결지수에 따른 모듈러 도로시스템의 수치해석은 다양한 지반조건과 지하수위에 대하여 수행되었다. 동결 히빙량은 화강풍화토이나 모래지반에 비하여 실트질 지반에서 매우 크게 발생하였으며, 지하수위의 저하는 동결 히빙량을 감소시켰다. 실트질 지반에 설치된 도로시스템의 온도이력에 대한 수치해석은 지표면의 동결-융해 과정을 거치면서 지표면에 잔류히빙을 예측하였다. 이는 지반의 강성과 지지력을 급격하게 감소시켜 모듈화 도로시스템의 안정성과 사용성을 저해할 수 있다. 다만, 화강풍화토와 모래지반의 경우는 잔류 히빙량은 미비한 것으로 나타났다. 모듈러 도로시스템은 기존 도로포장 시스템과 달리 지지구조 상부에 설치된 포장 구조물이므로, 포장 구조물의 균등 연직변위와 부등 변형에 대한 엄격한 기준이 적용되어야 할 것으로 사료된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권12호
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• pp.115-125
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• 2023

해당 연구의 목적은 비파괴 탐사 기법의 일환인 전기비저항 탐사 방법을 활용하여 동결 지반의 거동을 평가하는 것으로, 현장 실험을 통해 그 특성을 살펴보았다. 현장 실험은 동결된 상태를 가속화하기 위하여 유체를 주입한 인위적인 동결 지반을 만들었으며, 결과를 비교하기 위하여 이와 근접한 지역에서 자연적으로 동결된 지반에도 실험을 진행하였다. 실험은 전기비저항 탐사 외에 측정 값의 신뢰성을 비교할 수 있도록 동적 콘 관입 실험(Dynamic Cone Penetration Test)를 추가적으로 활용하였으며, 지반의 함수비도 평가하기 위해 Time Domain Reflectometry (TDR) 탐사도 수행하였다. 현장 실험은 대기 온도가 영하인 2월과 영상 조건을 보이는 5월에 각각 진행하였다. 전기비저항 탐사로 측정된 결과는 온도에 의존하는 경향이 있어 각 측정 값들은 온도 보상을 수행한 후 결과를 비교하였다. 측정 결과 동결 조건에서는 지반이 고체 특성을 보여 고비저항 구간이 다소 나타났으며 이를 간극률로 환산하였다. 환산된 간극률은 DCPT 결과로 유추한 간극률과 비교하여 신뢰성을 검증하였으며, 동결토에서 측정한 결과가 타당한 값으로 나타났다.

• 지질공학
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• 제24권1호
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• pp.111-122
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• 2014

지반에 대한 정확한 이해를 위해 비교란 시료의 채취를 통한 실내실험이 필수적이며, 사질토 지반의 비교란 시료 채취는 인공동결공법에 의한 방법이 가장 효과적인 것으로 알려져 있다. 본 연구의 목적은 유사한 상대밀도를 가지는 동결-융해시료와 비동결시료의 비배수 삼축압축실험을 이용한 강도평가와 실험과정에서 측정한 압축파와 전단파 속도의 특성변화를 관찰하는 것이다. 인공동결공법에 의해 채취된 사질토 동결 시료를 모사하기 위해 주문진 표준사를 이용하여 수중강사법으로 60%와 80%의 상대밀도를 가지는 동결시료와 비동결시료를 조성하였다. 동결된 시료는 삼축압축실험용 페데스탈에 거치하여 자연융해하면서 1분 간격으로 시료의 온도를 측정하였다. 시료가 완전히 융해된 후 비동결시료와 동일한 방법으로 실험을 실시하였으며, 포화, 압밀, 전단과정에서 연속적으로 압축파와 전단파를 측정하여 속도를 산정하였다. 실험결과, 동결시료는 비동결시료에 비하여 축차응력과 전단강도는 감소하는 결과를 보였지만, 내부마찰각은 동결-융해의 여부와 상관없이 일정한 값을 나타내었다. 압축파 속도는 포화과정에서 B-value가 증가함에 따라 약 1800 m/s까지 증가하여 수렴하였으나, 압밀과정과 전단과정에서는 일정하게 유지되는 경향을 보였다. 전단파 속도는 포화과정에서 B-value가 증가함에 따라 감소하였고, 압밀과정과 전단과정에서는 시료가 받는 유효응력의 변화에 따라 거동하였다. 실험과정에서 압축파 속도는 상대밀도와 동결-융해여부에 상관없이 유사한 경향을 나타내었으나, 전단파 속도는 같은 상대밀도를 가지더라도 동결-융해시료가 비동결시료에 비해 작은 값을 나타내었다. 본 연구는 동결-융해시료와 비동결시료의 삼축압축실험 결과와 탄성파 특성을 비교함으로써 향후 인공동결공법으로 채취된 비교란 동결시료의 강도평가를 위한 예비실험으로 의의가 있다.

• 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.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권12호
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• pp.79-88
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• 2011

수분이 동결하여 이질 재료의 표면에 부착하는 동착현상에 의해 접착된 동결토사와 기초구조물의 접촉면에 발현되는 동착강도는 동결온도, 토사종류 및 물성, 재료표면의 거칠기, 구속응력 등 다양한 영향인자들에 동시다발적인 영향을 받는 것으로 보고되고 있다. 특히 재료의 표면 거칠기는 동착강도에 가장 큰 영향을 미치는 대표적인 영향인자로 인식되어 동토지반 기초설계를 위한 동착강도 산정 시 반드시 고려된다. 기존의 연구사례들을 통해 제안되어온 동착강도 산정방법들은 대표적인 말뚝의 재료에 따른 고정된 수정계수를 적용하는 방식으로 말뚝표면의 거칠기를 고려하고 있다. 하지만 같은 재료로 제작된 말뚝이라 하여도 제작조건과 환경에 따라 재료표면 거칠기에 차이가 날 수 있으며, 이는 동착강도에 큰 변화를 일으킬 수도 있다. 그러므로 본 연구는 프랙탈 차원의 개념을 적용함으로서, 수치화된 재료의 단면 거칠기가 동착강도에 미치는 영향을 분석하는 것을 목적으로 직접전단방식의 실내 동착강도 측정실험을 수행하였다. 실험결과 동착강도는 동결온도가 낮아질수록, 수직응력이 증가할수록, 재료 표면이 거칠수록 증가하는 경향을 나타냈다. 동착강도는 비동결 상태에서 동결상태로 넘어가는 $-2^{\circ}C$까지의 구간에서 재료 표면 거칠기에 민감하게 반응한 반면, 동결된 이후 동결온도가 $-2^{\circ}C$에서 $-5^{\circ}C$로 저하되는 구간에서는 거칠기에 대한 민감도가 저감되었다. 이는 비동결 상태에서 보다 동결된 토사에 대하여 지중 구조물의 표면 거칠기가 미치는 영향이 크지만, 약 $-2^{\circ}C$ 부근으로 예상되는 소정의 동결온도 이하로 넘어가면 거칠기가 동착강도의 증가율에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 의미하는 것으로 판단된다.

• 한국지역지리학회지
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• 제5권2호
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• pp.133-142
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• 1999

습지는 다양한 생물들의 서식지로서 생태학적으로 중요하다. 본 연구에서는 오대산국립공원 내에서 발견된 '질뫼늪'의 지형생성환경을 구명하고자 만다. 질뫼늪은 중생대 쥐라기에 관입한 대보화강암이 심층풍화작용을 받은 후 융기하여 동체평원(etchplain)을 이룬 고위평탄면(1,060m)에 위치한다. 이 지역은 연평균기온 $5.3^{\circ}C$, 연평균강수량 2,888mm로 연중 다습하며, 1월 최저기온은 $-30^{\circ}C$ 이하까지 떨어지고 동결되는 땅의 깊이도 1.6m 이상에 이른다. 질뫼늪은 큰 늪과 작은 늪으로 이루어져 있다. 큰 늪은 길이 63m, 폭 42m이며, 단면에서 기저부는 매우 불규칙하다. 질뫼늪은 서릿발에 기인하는 현상습지(績狀濕地, string bog)이다. 현상습지는 지표면이 파상(波狀)이며, 계단상의 지형과 이를 가르는 고랑들이 경사방향을 횡단하여 발달한다. 이는 냉대침엽수림 지역의 영구동토 또는 계절적인 영구동토(최소한 겨울철 동결심도가 매우 깊은 곳)와 관련된 것으로 보여진다. 현상습지는 영구동토가 쇠퇴할 때 얼음이 국지적으로 차별융해되어 불규칙한 지표를 형성하는 일종의 열카르스트이다. 질뫼늪 주변의 산지 말단부에 나타난 소규모 편곡형 와지에는 머리벽 부분에 폭 $30{\sim}40cm$의 소규모 초본단구지형이 형성되어 있다. 이 초본단구지형은 주빙하 기후에서 초본 매트 아래의 토양층 수분이 서릿발로 성장함에 따라 형성된 것이다. 그리고 와지에서 곡지로 이어지는 통로와 질뫼늪의 상류부의 수분이 풍부한 곳에는 직경 $30{\sim}50cm$의 초본구조토가 발달한다. 이는 '분급되지 않은 구조토'인 유상구조토이다. 이상에서 볼 때, 질뫼늪은 동토층이 차별융해되면서 지표기복이 불규칙하게 된 열카르스트에 속하는 현상습지이다. 질뫼늪은 강수에서 수분을 공급받는 고층습원이며, 주변 지역은 오늘날에도 초본단구지형과 초본구조토의 형성이 활발한 주빙하 기후환경에 속한다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제11권2호
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• pp.115-118
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• 1990

Solution and frozen solution EPR spectra of $\alpha-1,2,3-[HPV(IV)V_2W_9O_{40}]^{6-}$ have been analyzed. The isotropic hyperfine coupling constants remain constant at 350-77 K, indicating that the unpaired electron is delocalized over three vanadium atoms probably even in the ground state.

• 지질공학
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• 제31권3호
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• pp.257-267
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• 2021

Constraints on the structure and composition of the active layer are important for understanding permafrost evolution. Soil convection owing to repeated moisture-induced freeze-thaw cycles within the active layer promotes the formation of self-organized patterned ground. Here we present the results of ground penetrating radar (GPR) surveys across a selected sorted circle near King Sejong Station, Antarctica, to better delineate the active layer and its relation to the observed patterned ground structure. We acquire GPR data in both bistatic mode (common mid-points) for precise velocity constraints and monostatic mode (common-offset) for subsurface imaging. Reflections are derived from the active layer-permafrost boundary, organic layer-weathered soil boundary within the active layer, and frozen rock-fracture-filled ice boundary within the permafrost. The base of the imaged sorted circle possesses a convex-down shape in the central silty zone, which is typical for the pattern associated with convection-like soil motion within the active layer. The boundary between the central fine-silty domain and coarse-grained stone border is effectively identified in a radar amplitude contour at the assumed active layer depth, and is further examined in the frequency spectra of the near- and far-offset traces. The far-offset traces and the traces from the lower frequency components dominant on the far-offset traces would be associated with rapid absorption of higher frequency radiowave due to the voids in gravel-rich zone. The presented correlation strategies for analyzing very shallow, thin-layered GPR reflection data can potentially be applied to the various types of patterned ground, particularly for acquiring time-lapse imaging, when electric resistivity tomography is incorporated into the analysis.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제35권9호
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• pp.2738-2742
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• 2014

Geometry relaxation effects on the formation of benzene excimer were investigated by means of ab initio calculation at SOS-CIS($D_0$)/aug-cc-pVDZ level. In the case of T-shaped dimer configuration, intermolecular interactions in the excited states are found to be nearly the same as those in the ground state and structural deformations are limited within a single molecule; the geometry relaxation effects are then negligible and singlet-triplet energy gap remains constant. As for face-to-face eclipsed dimer, on the other hand, both molecules undergo structural change. As a result, intermolecular interactions in the excited states are significantly different than those in the ground state. Although the intermolecular distances obtained from potential energy curve calculation with frozen molecular structures are in qualitative agreement, the excited-state binding energies are notably overestimated with respect to those at optimized structures. In particular, the effects are calculated to be larger in $T_1$ state and hence singlet-triplet energy gap, which reduces markedly in this configuration, is underestimated without relaxation.