• Geomechanics and Engineering
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• 제23권2호
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• pp.179-187
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• 2020

Freezing-thawing cycles have significant effect on soils engineering behavior in frozen areas. This effect is more considerable in fine-graded than coarse-grained soils. The objective of this study is improving soil durability and strength in continues freezing-thawing cycles. For getting this purpose mixture of Polyvinyl Acetate (PVAc) and Ethylene Glycol Monobutyl Ether (EGBE) has been added to fine-grained soil and final prepared samples were tested at different freezing-thawing cycles. PVAc was mixed with 1%, 2% and 3% of soil weight. Half of PVAc weight was used as weight of EGBE. Freezing-Thawing cycles were exposed to samples and they were tested at different cycles. Results showed that adding mixture of PVAc+EGBE improved strength and durability of samples up to 10 freezing-thawing cycles. Unconfined compress strength tests were applied to samples and stress and strain of samples were tested on failure time. Behavior of samples was different at different percentages of mixture. Results showed that increasing amount of PVAc from 1% to 2% had more considerable effect on final stress than 2% to 3%. Using higher percentages of PVAc + EGBE mixture leaded to that samples carried more strain before collapsing. Another result gained from tests was that, freezing-thawing effect was more considerable after fourth cycles. It means differences between first and fourth cycles were more considerable than differences between fourth and tenth.

• 한국농공학회논문집
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• 제54권1호
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• pp.83-91
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• 2012

In this study, the compressive strength characteristics of lime-cement-soil mixtures, composed of lime, soil, and a small amount of cement, were investigated by performing the unconfined compression tests, the freezing and thawing tests, the wetting and drying tests and the permeability tests. The specimens were made by mixing soils with cement and lime. The cement contents were 0, 6, 8 and 10 %, and the lime contents were 2, 4, 5, 10, 15 and 20 % in weight. Each specimen was cured at constant temperature in a humidity room for 3, 7 and 28 days. The compressive strength characteristics of the lime-cement-soil mixtures were then investigated using the unconfined compression tests, freezing and thawing tests and the wetting and drying tests. Based on the test results, a discussion was made on the applicability of the lime-cement-soil mixtures as a construction material.

• 한국도로학회논문집
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• 제12권2호
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• pp.71-79
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• 2010

겨울에는 시베리아기단의 영향으로 한랭 건조한 대륙성 고기압의 영향을 받아 춥고 건조하여 1월 평균기온이 $-6{\sim}-7^{\circ}C$의 영하의 온도로 낮아져 지반동결시 수분이동으로 동상현상이 발생하여 도로의 불균형 동결팽창을 초래하며, 결국 포장체를 파손시킨다. 동상발생시 토립자는 모관력에 의해 지하수를 흡수하여 아이스렌즈를 형성하며, 이 모관 흡수력은 토립자의 크기에 영향을 받는다. 도로는 다양한 재료와 단면으로 구성된 구조물이기 때문에 환경성과 재료 물성뿐만 아니라 포장체 각 층의 구조적 적정성 또는 지지력을 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 현재 기존 동상방지층 설계법에 따르면, 동상방지층은 포장체의 구조적 적정성과는 무관하게 온도 조건에 따른 동결깊이에 따라 일률적으로 결정되고 있다. 이러한 동결깊이를 포장구조설계에 적용함으로써 포장의 과다설계 우려가 있다. 따라서 본 논문에서는 도로 동상방지층의 효용성 검증 및 설치기준 확립을 위해 실내동결시스템을 활용하여 도로 노상토의 동상 특성에 대한 민감성을 판별, 도로건설 현장 노상토에 대한 역학적 특성과 실내 동결 시험을 수행하였으며, 외부 동결온도의 지속 조건에 대한 시료의 온도변화, 동상팽창압, 동상팽창량, 부동수분 등의 결과값을 통하여 동결 과정에 따른 지반공학적 특성을 평가하였다.

• 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.

• 한국농공학회논문집
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• 제53권2호
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• pp.35-43
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• 2011

This study aimed to investigate the engineering characteristics of PVA fiber-cement-soil mixture used to prevent or reduce brittle failure of cement-soil mixtures due to the tensile strength increase from the addition of a synthetic fiber. The engineering characteristics of PVA fiber-cement-soil mixtures composed of PVA fiber, soil, and a small amount of cement was analysed on the basis of the compaction test, the unconfined compression test, the tensile strength test, the freezing and thawing test, and the wetting and drying test. The specimens were manufactured with soil, cement and PVA fiber. The cement contents was 2, 4, 6, 8, and 10%, and the fiber contents was 0.4, 0.6, 0.8, and 1.0% by the weight of total dry soil. To investigate the strength characteristics depending on age, each specimen was manufactured after curing at constant temperature and humidity room for 3, 7 and 28 days, after which the engineering characteristics of PVA fiber-cement-soil mixtures were investigated using the unconfined compression test, the tensile strength test, the freezing and thawing test, and the wetting and drying test. The basic data were presented for the application of PVA fiber-cement-soil mixtures as construction materials.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권6호
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• pp.297-306
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• 1999

본 연구에서는 우란바톨(Ulanbator)에서 북경(Beijing)사이의 지역에서 샘플링한 응회암 풍화토의 동상 특성을 규명하기 위해 상재하중 변화에 따른 동결점 저하를 중심으로 양단면 온도 일정$(상단 5^{\circ}C,\; 하단 5^{\circ}C)$의 동상실험 실시하였다. 본 실험을 통해, 빙편 성장에 따른 체적 팽창과 동결면으로의 수분이동을 확인하였다. 그리고 상재하중과 온도와의 관계식을 제안하였다. 상재하중이 증가함에 따라 동상속도는 비례적으로 감소하였고 빙편발생온도의 절대치는 증가하였다. 또한 동결부분의 함수비가 미동결 부분보다 크게, 특히 동결부분에서도 빙정에 가까울수록 함수비는 증가하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제6권3호
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• pp.1-7
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• 2007

풍화토의 특성은 다양한 풍화환경, 풍화도 및 영향인자에 따른 거동의 특이성 때문에 정밀한 접근에 있어서 한계를 가진다. 특히 국내 외의 연구는 퇴적토에 집중되어 있고 풍화토의 역학적 거동을 퇴적토의 관점에서 분석하려 하기 때문에 이러한 결과가 풍화토의 실제 거동과 일치하는지 판단하는데 무리가 있다. 본 연구에서는 인공적으로 풍화도를 변화시키는 실험의 초보단계로서 온도 변화에 따른 강도변화 특성을 규명하고자 한다. 이를 위하여 동결 융해 반복작용 후의 시료를 대상으로 실내시험을 실시하여 풍화도에 대한 화강풍화토의 모암별, 지역별, 특성변화를 살펴보았다.

• 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.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.401-412
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• 2016

고수압 조건의 해저터널 공사에 기존의 그라우팅 공법은 제한을 받게 되어 굴착작업이 어려울 수 있으나, 인공동결공법을 적용할 경우 신속한 차수 및 지반보강 효과를 얻을 수 있다. 인공동결공법을 적용할 경우, 동결 조건에 따라 동결토의 거동이 크게 변화하므로 기존의 연구 사례를 바탕으로 해저지반 등 특수한 조건에서 동결토의 역학적 거동을 예측하는 것에는 한계가 있다. 또한, 인공동결공법의 설계를 위해서는 동결체 형성에 필요한 소요시간 및 동결범위를 산정해야 하며, 해저지반의 경우 간극수 내 염분의 영향을 반영해야 한다. 본 논문에서는 동결토의 열적 특성을 파악하기 위해 인조규사 시료에 대한 실내 열전도도 측정시험과 동결챔버시험을 수행하였다. 동결토와 비동결 포화토 간극수의 염도를 조절하여 동결 과정과 염분에 따른 유효 열전도도를 비정상 열선법을 적용하여 측정하였다. 인조규사 간극수의 염도에 의한 동결특성 변화를 파악하기 위해 동결챔버를 설계 및 제작하였고 이를 통하여 동결 조건을 변화시키며 동결챔버시험을 수행하였다. 동결 조건에 따른 시료내 온도 변화를 분석하고 이를 통해 동결 조건이 사질토의 열전달 특성에 미치는 영향을 평가하였다. 비동결 포화토의 경우는 간극수가 담수(염도 0%)인 조건과 염수(염도 3.5%)인 조건 모두 유효 열전도도가 유사하게 평가되었으나, 동결토의 경우는 간극수가 염수인 조건이 보다 큰 유효 열전도도를 보였다. 이는 동결챔버시험에서 간극수가 염수인 조건이 담수인 조건보다 동결속도가 더 빠른 결과와 일치한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.17-26
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• 2016

지반의 동결-융해 과정에 의한 지반구조물의 거동 특성을 이해하기 위해서는 동결에 의한 지반의 상변화와 구조물과의 상호작용에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 기존의 동상 팽창 실험결과에 대한 역해석을 수행하여 얼음포화도에 따란 탄성계수 모델식을 제시하였다. 실트지반은 화강풍화토와 모래지반에 비하여 탄성계수가 얼음포화도에 대하여 매우 민감하고, 화강풍화토는 실트에 비하여 초기 포화도가 탄성계수에 미치는 영향이 큰 것으로 나타났다. 매설 냉각가스관에 대한 수치해석은 가스관 주변의 연중 동결 영역이 외부 동결하중에 대하여 shield 역할을 하여 추가적인 외력의 영향은 상대적으로 작은 것으로 나타났다. 그리고 모래로 치환된 지반에 설치된 가스관은 주변 원지반(화강풍화토)과 치환 모래의 상대적인 탄성계수의 차이로 히빙량이 크게 나타나지만, 외부하중을 효과적으로 재분배하여 안정적인 응력상태에 도달함을 알 수 있다.