• Geomechanics and Engineering
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• 제15권2호
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• pp.783-791
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• 2018

In consideration of the mesoscopic structure of soil-rock mixtures in which the rock aggregates are wrapped by soil at normal temperatures, a two-layer embedded model of single-inclusion composite material was built to calculate the shear modulus of soil-rock mixtures. At a freezing temperature, an interface ice interlayer was placed between the soil and rock interface in the mesoscopic structure of the soil-rock mixtures. Considering that, a three-layer embedded model of double-inclusion composite materials and a multi-step multiphase micromechanics model were then built to calculate the shear modulus of the frozen soil-rock mixtures. Given the effect of pore structure of soil-rock mixtures at normal temperatures, its shear modulus was also calculated by using of the three-layer embedded model. Experimental comparison showed that compared with the two-layer embedded model, the effect predicted by the three-layer embedded model of the soil-rock mixtures was better. The shear modulus of the soil-rock mixtures gradually increased with the increase in rock regardless of temperature, and the increment rate of the shear modulus increased rapidly particularly when the rock content ranged from 50% to 70%. The shear modulus of the frozen soil-rock mixtures was nearly 3.7 times higher than that of the soil-rock mixtures at a normal temperature.

• Earthquakes and Structures
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• 제13권5호
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• pp.429-442
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• 2017

Dry bridges have been widely applied in the Qinghai-Tibet Railway (QTR) to minimize the thermal disturbance of engineering to the permafrost. However, because the Qinghai-Tibet Plateau is an area with a high potential occurrence of earthquakes, seismic action can easily destroy the dry bridges. Therefore, a three-dimensional numerical model, with consideration of the soil-pile interactions, is established to investigate the thermal characteristics and their impact on the seismic response of the dry bridge in permafrost region along the QTR. The numerical results indicate that there exist significant differences in the lateral displacement, shear force, and bending moment of the piles in different thermal conditions under seismic action. When the active layer become from unfrozen to frozen state, the maximum displacement of the bridge pile reduces, and the locations of the zero and peak values of the shear force and bending moment also change. It is found that although the higher stiffness of frozen soil confines the lateral displacement of the pile, compared with unfrozen soil, it has an adverse effect on the earthquake energy dissipation capacity.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.451-458
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• 2004

본 연구는 동결토의 동결심도 및 매설된 파이프라인의 온도분포를 예측하기 위하여 유효열용량 개념 반영한 수치해석 모델의 개발에 초점이 맞추어져 있다. 이를 위하여 저자는 사용코드인 ANAQUS를 활용하여 파이프라인이 매설된 폐쇄형 시스템의 화강 동결토에 대하여 비정상 열전달 수치해석을 수행하였다. 제안된 수치해석 모델은 Frozen Fringe에서 간극수의 상변화 효과가 반영되었다. 제안된 수치해석 모델과 실내 실험으로부터 얻어진 결과들을 비교함으로써 유효열용량 모델의 적용성을 검증하였다.

• 터널과지하공간
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• 제11권4호
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• pp.362-367
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• 2001

지반에서 겨울에 발생할 수 있는 단단한 상부층은 방진벽의 진동차단성능을 변화시킬 수 있다. 본 논문은 상부에 단단한 층이 존재하는 층진 지반(layered soil)에서 표면파의 진동전파와 강성 방진벽의 진동차단 성능에 관한 것이다. 연구는 이차원문제로, 경계요소법을 이용한 수치해석적 방법에 의해 수행되었으며, 진동원은 수직방향으로 조화가 진을 받는 줄기초이다. 검토된 지반은 세 가지로, 균질의 반무한 지반과, 단단한 상부층의 두께를 달리하는 두 개의 지반이다. 단단한 상부층을 갖는 지반에서는 굴절의 지반과 비교하여 아주 커다란 진폭의 감소가 나타났으며, 진동전파 속도의 경우, 물성치에 의해 계산으로 구해지는 진동전파 속도만큼의 크기가 나타나지 않았다. 더욱이 동결지반에서의 진폭은 비동결지반에서 보다 거리에 따라 아주 작은 값이 구해졌다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제22권3호
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• pp.245-254
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• 2020

The interaction between the frozen soil and building structures deteriorates with the increasing temperature. A nuclear magnetic resonance (NMR) stratification test was conducted with respect to the unfrozen water content on the interface and a shear test was conducted on the frozen soil-structure interface to explore the shear characteristics of the frozen soil-structure interface and its failure mechanism during the thawing process. The test results showed that the unfrozen water at the interface during the thawing process can be clearly distributed in three stages, i.e., freezing, phase transition, and thawing, and that the shear strength of the interface decreases as the unfrozen water content increases. The internal friction angle and cohesive force display a change law of "as one falls, the other rises," and the minimum internal friction angle and maximum cohesive force can be observed at -1℃. In addition, the change characteristics of the interface strength parameters during the freezing process were compared, and the differences between the interface shear characteristics and failure mechanisms during the frozen soil-structure interface freezing-thawing process were discussed. The shear strength parameters of the interface was subjected to different changes during the freezing-thawing process because of the different interaction mechanisms of the molecular structures of ice and water in case of the ice-water phase transition of the test sample during the freezing-thawing process.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.37-47
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• 2017

극한지에 구조물을 안정적으로 건설하기 위해서는 동결토의 지반공학적 특성을 평가하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 남극 제2과학기지(장보고 기지)가 건설된 남극 테라노바만 인근지역의 현장시료를 이용하여 동결토와 비동결토의 동적특성(전단탄성계수, 감쇠비)을 Stokoe 식 공진주 실험기를 이용하여 평가하였다. 시편을 동결시키기 위해 시편의 온도제어가 가능하도록 공진주 실험시스템을 개선하였으며, 다양한 밀도로 조성된 시편에 대해 동결상태와 비동결상태에서 공진주 실험을 수행하였다. 동결토 실험에서는 $-7^{\circ}C$에서 얼린 시료를 이용해 전단변형률에 따른 전단탄성계수와 감쇠비를 획득하였고, 이를 비동결토의 특성과 비교하였다. 또한, 동결토의 온도변화에 따른 최대전단탄성계수와 감쇠비 변화를 실험적으로 평가하여 동결-융해 작용에 의한 지반의 역학적 특성 변화를 확인하였다. 본 연구를 통해 동결토와 비동결토의 동적특성 차이를 확인하였으며, 온도상승이 동결토에 미치는 영향을 확인했다는 점에서 공학적 의의가 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권1호
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• pp.229-236
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• 2003

본 연구에서는 우란바톨(Ulanbator)에서 북경(Beijing)사이의 지역에서 샘플링한 동결된 응회암 풍화토의 동적 특성을 규명하기 위해 풍화토와, 글래스비드(glass bead)를 대상으로 온도변화에 따른 초음파 속도를 sing-around 법을 사용하여 측정하였다. 본 실험을 통해 초음파 속도는 온도가 증가함에 따라 감소하였고 초음파 속도와 부동수분 사이에는 선형적인 관계가 존재함을 확인하였다. 또한 동결토의 초음파 실험결과, 종파가 시료의 종류에 크게 영향을 받지 않기 때문에 부동수분과 초음파 속도와의 관계규명에 적합하다고 판단된다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.153-159
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• 2014

우리나라는 계절적 특성상 겨울철 지반동결과 봄철 해빙이 반복적으로 나타나 지반의 부등침하가 발생하고 이로 인해 철도나 도로, 상수관등의 구조물이 손상되거나 피해를 입는다. 이러한 현상을 방지하기 위해자갈 또는 잡석 등을 동상저감재로 이용하고 있다. 이 연구에서는 폐 PET를 가공하여 인공골재를 제작하고 이에 대한 공학적 특성 시험과 동상팽창실험을 통해 동상저감 대체 재료로 활용 가능여부를 판별하였다. 또한 동상저감 대체 재료로 폐 PET를 가공한 인공골재를 사용할 경우와 기존 재료를 사용할 경우의 경제성 비교를 통해 현장적용의 적절성에 대한 평가를 수행 하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.43-51
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• 2015

우리나라와 같이 4계절이 뚜렷한 지역은 동결 융해반복에 따른 강성도의 감소가 민간 시설물 인접 사면이나 산비탈면에 발생하였을 경우 안전율이 설계기준에 미흡하게 되는 현상이 발생되어 강우나 강설에 의한 산사태가 발생하여 큰 인명 및 재산피해로 이어질 우려가 있다. 이 연구에서는 동결 융해 반복에 따른 산지 사면의 안정성 변화를 알아보기 위하여 산지 사면의 표토에 분포하는 통일 분류법상의 SP와 SM계열의 흙시료를 채취하여 공시체를 제작하고 직접전단실험을 통하여 동토전단강도에 대한 특성을 분석하고, 수치해석적 방법을 활용하여 동결융해의 반복작용에 따른 화강풍화토의 강도감소특성과 흙시료의 동결 융해 적용시의 사면의 안정성의 변화를 검토하였다. 그결과 최대 전단응력은 약 10%정도의 감소율을 보였고, 사면 안정성해석결과 비동결시료에 비하여 요구안전율 이하의 경우가 있음을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권10호
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• pp.13-23
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• 2011

동토기반 말뚝기초의 지지력은 말뚝구조물 표면과 주변 토사의 접촉면에서 발현되는 동착강도에 의해 산정되며, 이는 동착-강도가 동토지반 기초설계를 위한 가장 주요한 설계정수임을 의미한다. 동착강도는 토사종류, 동결온도, 말뚝표면에 수직방향으로 작용하는 지중응력, 재하속도, 말뚝구조물의 표면 거칠기 등 다양한 인자들에 동시다발적인 영향을 받는 것으로 보고되고 있다. 1960년대부터 동토지반 기초설계를 위한 동착강도 산정방법들이 제안되어 왔으나, 대부분 동결온도와 말뚝구조물 표면특성에 대한 영향은 고려하고 있는 반면 동착강도의 주요 영향인자 중 하나인 지중응력에 의한 영향을 고려하지 않고 있어 소정깊이 이상의 말뚝기초 설계를 위한 동착강도 산정방법으로 활용되기에는 한계가 있는 것으로 판단된다. 본 연구에서는 동결온도뿐 아니라 지중응력이 동착강도에 미치는 영향을 파악하기 위하여 직접전단시험기를 활용한 동결토 전단강도 및 동착강도 측정실험을 각각 수행하였다. 실험결과 전단강도와 동착강도는 모두 동결온도 조건이 낮아질수록, 혹은 수직응력 조건이 커질수록 증가하는 경향을 보였다. 전단강도와 동착강도의 정량적 관계분석을 위해 정의된 전단강도와 동착강도의 비 $r_s$는 초기 동결온도에서는 급격하게 감소하는 경향을 나타냈으나, 동결온도가 낮아질수록 증가하며 수렴구간을 형성해가는 경향을 보였다. 본 연구에서는 최종적인 연구결과로서 동결온도 및 수직응력 조건을 바탕으로 결정된 $r_s$값을 이용하여 동결토의 전단강도로부터 동착강도를 예측할 수 있는 방법을 제안하고 있다.