The Segregation Potential (SP) is one of the most widely used predictors of frost heave in cold regions. Laboratory step-freezing tests determining a representative SP at the onset of the formation of the last ice lens (near the thermal steady state condition) can predict susceptibility to frost heave. Previous work has proposed empirical semi-log fitting for determination of the representative SP and applied it to several fine-grained soils, but considering only frost-susceptible soils. The presence of fines in coarse-grained soil affects frost susceptibility. Therefore, it is required to evaluate the applicability of the empirical semi-log fitting for both frost-susceptible and non-frost-susceptible soils with fines content. This paper reports laboratory frost heave tests for fines contents of 5%-70%. The frost susceptibility of soil mixtures composed of sand and silt was classified by the representative SP, and the suitability of the empirical semi-log fitting method was assessed. Combining semi-log fitting with simple laboratory frost heave testing using a temperature-controllable cell is shown to be suitable for both frost-susceptible and non-frost-susceptible soils. In addition, initially non-frost-susceptible soil became frost susceptible at a 10%-20% weight fraction of fines. This threshold fines content matched well with transitions in the engineering characteristics of both the unfrozen and frozen soil mixtures.
The construction method to prevent the frost heave or thaw settlement is called the ground stabilization method, and the thermo-syphon is one of the typical ground stabilization methods. The thermo-syphon has recently been developed with a simple analysis model and thermal analysis has been carried out, but the frost heave of frost susceptible soil was not considered. This study was conducted using ABAQUS internal user subroutine to develop the numerical analysis model (Coupled thermo-mechanical) that can simultaneously perform thermal analysis for the temperature change of the soil according to the thermo-syphon and structural analysis to predict the frost heave of the soil accordingly. As a result of the numerical analysis, the frost heave of the soil decreased as the performance of the thermo-syphon increased. As for the main results, when the thermo-syphon which has contain 25%, 50%, and 100% of refrigerant filling ratio was applied, the reduction ratio of the frost heave was 5.5%, 14.4%, and 21% respectively.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.27
no.4
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pp.53-60
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1985
The plaster mixed to loam and sandy soil from 4 to 12 percent by dry soil weight, and the compaction, permeability, CBR, unconfined compressive strength and freezingthawing test were performed The results obtained are summarized as follows; 1.The coefficient of permeability reduced sharply at the plaster content of 4 percent, and in the CBR test, the swelling ratio reduced by the increment of plaster content. 2.The addition of plaster increased the unconfined compressive strength by the cementing effect, and it was found that the optimum plaster content, existed with the soil type, which showed the maximum strength 3.It was possible to enhance the unconfined compressive strength of the gypsum-lime-soil mixtures when the optimum content of plaster was mixed to the hydrated lime. 4.In case of sandy soil, the relative frost heave decreased with the mixture of plaster, however in loam soil, the relative frost heave began to increase at the plaster content of 12 percent than non-treated soil. Therefore the optimum plaster content existed for protecting frost heave by the different soil type. 5.The above summarized results make it possible to expect the effects such as improvement of soil properties, decrement of permeability, increment of unconfined compressive strength, and protection of frost heave, etc, therefore, it is considered that it is possible to it is plaster as sub-base materials of road.
Kim, Hak-Sam;Suzuki, Teruyuki;Fukuda, Masani;Seo, Sang-Youl;Yamashita, Satoshi
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.26
no.4
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pp.5-14
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2010
Three years of frost heave field experiments were conducted to evaluate a method for reducing heave using a recycled tire powder-soil mixture. By mixing Tomakomai soil with 20% recycled tire powder, frost heave amount was drastically decreased. The results of the field experiment confirm that recycled tire powder is an excellent material for use in controlling the total amount of heave. The restraining effect of a recycled tire powder-soil mixture is qualitatively analyzed based on amount of frost heave, frost heave ratio, thermal conductivity, permeability and segregation potential theory.
Kim, Nak-Seok;Cho, Gyu-Tae;Kim, Don-Sik;Jin, Jung-Hoon
Journal of the Society of Disaster Information
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v.2
no.1
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pp.53-64
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2006
This study presents the laboratory properties on the frost heave under various moisture contents and compaction efforts in pavement subgrade soil. Many researches were conducted on the frost heave. However, the researches with the domestic soils have not been so active until now. In particular, the evaluation of the frost heave in pavement subgrade soils was not established by many researchers. The problems relating with the frost heave have been serious causes in the distresses of pavements. The study was performed using an appropriate field simulation. The research results revealed that the drainage conditions in earth work should be treated cautiously.
Frost heave occurs when ground temperature decreases under $0^{\circ}C$ and soil volume expands, which causes roadway and buried pipe line failure due to differential heaving. There are several models to predict volumetric strain caused by frost heave, but they requires expertises who have professional background and experience related to numerical analysis. This study presents an evaluation method to predict volumetric strain caused by frost heave with fundamental physical properties of soils. The evaluation method is assessed with experimental results.
Kim, Hak-Sam;Seo, Sang-Youl;Nakamura, Dai;Fukuda, Masami;Yamashita, Satoshi;Suzuki, Teruyuki
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.26
no.4
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pp.15-26
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2010
To determine the frost heave suppressing mechanism of soil mixed with tire powder, we conducted three kinds of laboratory experiments: measurement of unfrozen water, evaluation of thermal conductivity, and a frost heave. In this research, we focused on changes in the coefficient of permeability of the mixed soil, and first found that of the unsaturated soil. Next, in the case of the presence of ice, we took the ice-impeding factor into consideration to derive the coefficient of permeability of the frozen fringe from the area ratio of the soil and tire powder in mixed soil. The results show a positive correlation between the water intake rate and the coefficient of permeability. Moreover, we found that the frost heave decreased thanks to a reduction in the permeability and a fall in the unfrozen water content of the soil mixed with tire powder. We also calculated the weight of the water content of the soil and tire powder void quantitatively using the result of the volumetric ratio of mixed soil.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.9
no.2
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pp.147-154
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2006
The authors conducted field experiments of frost heave to evaluate a method for reducing frost susceptibility using granulated used-tire mixture for 3 winters. Qualitative analyses for the evaluation of restraint effect of frost susceptibility by utilizing granulated used-tire soil mixture were conducted with the segregation potential concept and frost heave ratio. By mixing soil with granulated tire, the frost susceptibility was decreased drastically. From the result of the analyses, it was confirmed that granulated tire is an excellent material in controlling the frost susceptibility.
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.
It was investigated whether the scrap tire can be recycled as a construction material for controlling the frost heave of the ground. Some frost heave tests and a frost penetration depth test in the laboratory were performed on the weathered granite soil mitred with variable amount of scrap tire powder under the atmospheric temperature at -$17^{\circ}$ to find the basic effects of the scrap tire on the control of frost. The frost heave control layer of the crushed stone mixed with scrap tire chips directly below thin subbass in the bituminous pavement was found to be effective for practical use. And the equation for the required thickness of this frost heave control layer with freezing index was suggested.
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