Recently, growing interests in frozen ground have stimulated us to advance fundamental theories and systematic researches on soil behavior under freezing conditions. Unlike the well-established soil mechanics theory, temperature variation and phase change of pore-water cause water migration to cold side, ground heaving, sharp increase in earth pressure, etc., which bring about serious problems in frozen geotechnical structures. Elasto-plastic mechanical constitutive model for frozen/unfrozen soil subjected to fully coupled THM phenomena is formulated based on a new stress variable that is continuous in frozen-unfrozen transitional regions. Numerical simulations are conducted to discuss numerical reliability and applicability of the developed constitutive model: one-dimensional heaving pressure, tri-axial compression test, and one-side freezing tests. The numerical results show that developed model can efficiently describe complex THM phenomena of frozen soil, and they can be utilized to analyze and design the geotechnical structures under freezing conditions, and predict their long-term behavior.
The Korean Peninsula is considered as a seasonal frozen area that is thawed in the spring and frozen in the winter. The influence of fines of the frost susceptibility of subgrade soils were established by laboratory freezing tests simulating closely the thermal conditions in the field. During the winter season, the climate is heavily influenced by the cold and dry continental high pressure. Because of siberian air mass, the temperature of January is $-6{\sim}-7^{\circ}C$ on average. This chilly weather generate the frost heaving by freezing the moisture of soil and damage potential of the geotechnical structure. In the freezing soil, the ice lenses increase the freeze portion of soil by absorbing the ground water with capillary action. However, the capillary characteristics differ from the sort of soil on the state of freezing condition. In this study, ten soil samples are prepared. The basic physical property tests were performed by following the Korean Industrial Standard and the soil specimens were classified by the Unified Soil Classification System (USCS). These classified soils are used to perform the laboratory opened systems freezing test in order to determine the frost heaving characteristics of soils such as unfrozen water content, heaving amount, and freezing depth.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.03a
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pp.1164-1171
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2010
Korea is considered to be a seasonal frozen soil area that is thawed in the spring, and most of the area is frozen in winter as to the characteristic of geography. In the current design codes for anti-freezing layer, the thickness of anti freezing layer is calculated by freezing depth against the temperature condition. Therefore, they have a tendency of over-design and uniform thickness without the considerations of thermal stability, bearing capacity and frost susceptibility of materials. So, it is essential for studying the appropriateness and bearing capacity besides the seasonal and mechanical properties of pavement materials to take a appropriate and reasonable design of the road structure. In this research, the evaluation of frost susceptibility on subgrade, ant-freezing layer, sub base was conducted by means of the mechanical property test and laboratory field road model downed scale experiment. The temperature, heaving amount, heaving pressure and unfrozen water contents of soil samples, the subgrade, anti-freezing layer, sub base soils of highway construction site, were measured to determine the frost susceptibility.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.6
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pp.85-91
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2011
This study aims at evaluating feasibility of Bottom ash-mixed Foam Cement Banking(BFCB) Method on the enhancement of soft soil, which is developed to reduce self-weight of banking by applying bottom ash and foam. to cement slurry. In order to measure the behavior of soil when BFCB layer was covered to soft ground, a testing equipment for mock-up test was fabricated and phased loads were applied up to measurement of yielding and ultimate strengths as well as movement of ground particles. In addition, these measured values such as settlement and heaving were compared with ones of surface-hardening method prevailing on soil improvement. As the result through mock-up test, BFCB showed lower values of ground deformation, while wider range of deformation was observed in compare to the other method. And settlement and heaving were measured lower, which implies the method developed is very effective to applicability of soft ground.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09b
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pp.131-137
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2010
`Frost heave' is volumetric extension behavior of soil due to freezing. It could have a bad effect to foundations of infrastructures like building, road, railroad and bridge. Therefore, it is considered as a primary design parameter with 'adfreeze bond' and 'creep deformation' for foundation design in cold region. In some countries, studies for analyzing frost heave in many ways have being performed, however, only a few studies for evaluating frost susceptibility of soils by measuring frost heave rate of frozen soils in Korea. For analyzing frost heave as a foundation design parameter, both frost heaving rate and heaving pressure are should be addressed in study. Hence, in this study, development of experimental apparatus to evaluate frost heave and pressure is suggested.
The Mohr-Coulomb model is mainly used in evaluating the behavior of the ground in numerical analyses of domestic ground excavation. This study analyzes its limitations and compares its numerical results with the hyperbolic model, a model that closely follows actual ground behavior during excavation. Recent applications of the Mohr-Coulomb model in Korea have tended to impose arbitrary special boundary conditions to control the problem of excessive heaving of the ground excavation surface. This adjustment only controls the size of the heaving of the excavation surface, implying that the ground behavior is distorted from the actual behavior. This study compares results from the hyperbolic model (hardening soil model) and the Mohr-Coulomb model, and confirms that the hyperbolic model provides both a more-suitable solution to the problem of heaving during excavation and the actual stress-strain behavior. In numerical analyses of ground excavation, the hyperbolic model is expected to give results consistent with the actual ground behavior.
Seo, Mijin;Han, Kyunghwa;Jung, Kangho;Cho, Heerae;Zhang, Yongseon;Choi, Seyeong
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.49
no.4
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pp.300-309
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2016
The monolithic weighing lysimeter is a useful facility that could directly measure water movement via layers, drainage, and evapotranspiration (ET) with precise sensors. We evaluated water movement through layers and water balance using the lysimeter with undisturbed paddy sandy loam soil, Gangseo soil series (mesic family of Anthraquic Eutrudepts classified by Soil Taxonomy) during winter season from Dec. 2014 to Feb. 2015. Daily ET indicated up to 1.5 mm in December and January and 2 mm in February. The abrupt increase of soil water tension at the depth of 0.1 m, when soil temperature at the same depth was below $2^{\circ}C$, was observed due to temporary frost heaving. The surface evaporation was less than reference ET below -15 kPa of soil water potential at the depth of 0.1 m. The maximum drainage rate was similar to the saturated hydraulic conductivity of a plow pan layer. Both upward and downward water movement, related to ET and drainage, were retarded by a plow pan layer. This study demonstrated that the lysimeter study could well quantify water balance components even under frost heaving during winter season and that a plow pan with low permeability could act as a boundary that affects drainage and evapotranspiration.
Many infra suructure such as road, railway, building and utility foundations have been damaged by the repeated freezing and thawing of the soil during winter and spring every year in seasonal frost region. The frost penetration depth is most important factor in the design of structure such as road, railway and building in seasonal frost region. This paper presents the results of calculation of frost penetration depth and frost heaving in concrete track for railway construction. Model concrete track were installed near the railway track in Gangwon, Gyeonggi, Choongbuk province and frost penetration depth were measured using methylene blue frost penetration depth gauge. Model concrete track in Cheolwon, frost heaving of concrete track were also evaluated. The measure of maximum frost penetration depth and frost heaving can be applied to design railway track for cold region in Korea.
One of problems being faced during construction of soil structures along the coastal regions is the stabilization of soft clay foundation, In this study, centrifugal model bests were conducted to investigate behavior effect of soft foundation reinforced by cement -soil piles for the stabilization of softs clay foundation during the embankment construction. This paper presents results of settlement and heaving behavior of reinforced and unreinforced foundation with time under the swaged loading for different best conditions. The test results have shown that the reductions of vertical settlement of the foundation and heaving of the ground surface adjacent to the embankment are greatly influenced by strength of improved pile, and moisture content, and especially the ratio of replacement area.
The southwestern part of Korean Peninsula, which length is about 13,000 km, is largely formed with soft cohesive soil ground and when it is developed, the low bearing capacity and excessive settlement of soft ground give many problems. In particular, a lot of clayey soil is deserted due to high moisture content and weakness, and areas formed with soft ground. In this study it was performed unconfined compression test, CBR tests, laboratory frost heaving test, and wheel tracking test in order to determine the optimum mixture ratio of paper sludge ash added chemical stabilizer with soft soil for consideration of its frost heaving and strength characteristics. As a results of the above experiments, when the soft soil is mixed with 6% of chemical stabilizer to improve the soft soil for utilizing as a subgrade soil material. It is satisfied the quality standard of fill materials, and the results of this research are expected to be used as an appropriate usage standard for utilization of on-site soil generated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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