• 지질공학
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• 제32권3호
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• pp.389-399
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• 2022

Observations on the influence of the fluid infiltration on the breakdown pressure during laboratory hydraulic fracturing tests, along with an analysis of the applicability of the breakdown pressure prediction for cylindrical samples using Quasi-static and Linear Elastic Fracture Mechanics approaches were carried out. These approaches consider fluid infiltration through the so-called radius of fluid infiltration or crack radius, a parameter that is not a material property. Two sets of tests under pressurization rate controlled and injection rate controlled tests were used to evaluate the applicability of these methods. The difficulty of the estimation of the radius of fluid infiltration was solved by back calculating this parameter from an initial set of tests, and later, the obtained relationships were used to predict breakdown pressures for a second set of tests. The results showed better predictions for the injection rate than for the pressurization rate tests, with average errors of 3.4% and 18.6%, respectively. The larger error was attributed to differences in the testing conditions for the pressurization rate tests, which had different applied vertical pressures. On the other hand, for the tests carried out under constant injection rate, the Linear Elastic Fracture Mechanics solution reported lower errors compared to the Quasi-static solution, with values of 3% and 3.8%, respectively. Moreover, a sensitivity analysis illustrated the influence of the radius of fluid penetration or crack radius and the tensile strength on the breakdown pressure, suggesting a need for a careful estimation of these values. Then, the calculation of breakdown pressure considering fluid infiltration in cylindrical samples under triaxial conditions is possible, although larger data sets are desirable to validate and derive better relations.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권10호
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• pp.3631-3640
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• 2022

Uranium mill tailing ponds (UMTPs) are risk source of debris flow and a critical source of environmental U and Rn pollution. The technology of microbial induced calcium carbonate precipitation (MICP) has been extensively studied on reinforcement of UMTs, while little attention has been paid to the effects of MICP on U & Rn release, especially when incorporation of metakaolin and bacillus subtilis (MBS). In this study, the reinforcement and U & Rn immobilization role of MBS -MICP solidification in different grouting cycle for uranium mill tailings (UMTs) was comprehensively investigated. The results showed that under the action of about 166.7 g/L metakaolin and ~50% bacillus subtilis, the solidification cycle of MICP was shortened by 50%, the solidified bodies became brittle, and the axial stress increased by up to 7.9%, and U immobilization rates and Rn exhalation rates decrease by 12.6% and 0.8%, respectively. Therefore, the incorporation of MBS can enhance the triaxial compressive strength and improve the immobilization capacity of U and Rn of the UMTs bodies solidified during MICP, due to the reduction of pore volume and surface area, the formation of more crystals general gypsum and gismondine, as well as the enhancing of coprecipitation and encapsulation capacity.

• Geomechanics and Engineering
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• 제30권5호
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• pp.401-411
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• 2022

To obtain the dynamic mechanical properties, fracture modes, energy and brittleness characteristics of Furong Baijiao coal rock, the dynamic impact compression tests under 0, 4, 8 and 12 MPa confining pressure were carried out using the split Hopkinson pressure bar. The results show that failure mode of coal rock in uniaxial state is axial splitting failure, while it is mainly compression-shear failure with tensile failure in triaxial state. With strain rate and confining pressure increasing, compressive strength and peak strain increase, average fragmentation increases and fractal dimension decreases. Based on energy dissipation theory, the dissipated energy density of coal rock increases gradually with growing confining pressure, but it has little correlation with strain rate. Considering progressive destruction process of coal rock, damage variable was defined as the ratio of dissipated energy density to total absorbed energy density. The maximum damage rate was obtained by deriving damage variable to reflect its maximum failure severity, then a brittleness index BD was established based on the maximum damage rate. BD value declined gradually as confining pressure and strain rate increase, indicating the decrease of brittleness and destruction degree. When confining pressure rises to 12 MPa, brittleness index and average fragmentation gradually stabilize, which shows confining pressure growing cannot cause continuous damage. Finally, integrating dynamic deformation and destruction process of coal rock and according to its final failure characteristics under different confining pressures, BD value is used to classify the brittleness into four grades.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.85-94
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• 2006

본 논문에서는 고결(Cementation)에 의한 모래의 비배수 거동변화를 파악하기 위하여 석고를 고결유발제로 사용한 시료를 조성한 후 등방삼축시험(CIU)을 실시하였으며, 상대밀도 및 고결정도에 따른 거동 양상을 분석하였다. 연구결과 모래의 고결은 항복강도$(q_y)$, 항복시 할선탄성계수$(E_y)$, 첨두마찰각$(\Phi_p)$의 상당한 증가를 유발시키고, 상대밀도보다 모래의 거동에 더 큰 영향을 끼치는 것으로 확인되었다. 그러나 고결결합이 파괴된 이후, 모래의 거동은 고결보다는 상대밀도의 영향을 더 크게 받는 것으로 나타났다. 또한 고결결합에 의한 압축성 감소는 간극수압 발생율을 감소시켜 고결모래의 유효응력 경로가 미고결 모래의 전응력 경로쪽으로 편향되어 발생하였다. 고결결합이 파괴되기 전에는 다일레이션 경향이 감소하지만, 결합이 파괴된 후에는 미고결 모래보다 더 큰 다일레이션 경향이 유발되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권3C호
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• pp.181-190
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• 2006

본 연구에서는 석고함유율을 달리한 고결된 모래 시료를 조성하여 고결정도 및 상대밀도에 따른 고결모래의 거동양상을 분석하였다. 상대밀도 25, 40, 60%의 모래에 모래중량비 5~20%의 석고를 혼합하여 교반시킨 후 상재하중 55kPa 상태에서 양생하여 시료를 조성하였다. 조성된 고결시료는 일정한 구속압(200kPa)상태에서 비배수 전단시험(CIU)이 실시되었다. 실험 결과 고결정도의 증가에 따른 고결된 모래의 항복강도 및 강성의 증가양상을 확인하였고, 고결 결합이 파괴되기 전에는 다일레이션 경향이 억제되지만, 결합이 파괴된 직후 다일레이션 경향이 오히려 증가하는 것으로 나타났다. 또한 고결정도 및 상대밀도에 따라 간극수압 발생경향이 변하였으며, 고결에 의해 상전이선 및 파괴포락선에서의 유효응력비가 변하는 것을 유효응력경로 분석을 통하여 확인하였다. 일반적으로 상대밀도에 비해 고결정도가 고결된 모래의 거동에 더 큰 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.1417-1431
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• 1994

본 연구에서 삼축압축시험기를 이용하여 낙동강유역 모래에 대한 상대밀도, 전단변형어속도, 구속압력의 변화에 의한 전단강도 특성을 고찰하였다. 그리고 Lade 모델과 수정 Lade 모델의 결과는 실험에 의하여 비교하였다. 전단변형제어속도, 상대밀도 그리고 구속압력변화에 의한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 낙동강유역의 모래에 대해 Coulomb의 식을 이용할 수 있는 응력의 한계는 변형제어속도가 0.08%/min일 때 120~200 kpa이고 0.5%/min일 때 120~150 kpa의 범위로 고찰되었다. 이들 한계범위들은 석회질 모래나 양입도의 석영질 모래에 비해 적게 나타났다. 2) 변형제어속도와 상대밀도 모두가 Lade 모델과 수정 Lade 모델에 필요한 매개변수에 많은 영향을 미친다. 따라서 현장에서는 하중조건과 지반조건을 정확히 파악하여 적절한 매개변수를 사용하는 것이 중요하다. 3) 변형제어속도와 상대밀도의 변화에 따른 구성모델식에 의한 파괴시 주응력비는 전반적으로 변형제어속도에는 큰 영향을 받지 않으나, 상대밀도와 구속압력이 구성 모델식의 결과에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 낙동강유역의 모래에 대한 응력-변형거동의 정확한 예측을 위해서는 다양한 조건에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 4) Lade 모델과 수정 Lade 모델에서 결정된 파괴시 주응력비와 파괴포락선의 내부마찰각을 실측치와 비교한 결과, 본 연구에서 사용된 구속응력 범위내에서는 Lade 모델이 수정 Lade 모델보다 평균적으로 실측치에 더 근접함을 보여 주었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권10호
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• pp.21-31
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• 2020

본 연구에서는, 제주도 현무암 암석의 삼축압축시험 결과에 대한 비선형 회귀분석을 통하여 Hoek-Brown 계수(m_i)를 계산하였다. 그리고 제주도 현무암 암석의 일축압축강도(UCS), 압열인장강도(BTS) 및 압열인장강도에 대한 일축압축강도의 비(UCS/BTS)와 m_i의 관계를 각각 살펴보았으며, 제주도 현무암의 Hoek-Brown 파괴 포락선을 결정하는데 있어서, 인장 및 압축파괴영역에서 이용할 수 있는 방법을 제안하였다. 그 결과, 제주도 현무암 암석의 UCS 및 BTS와 m_i 사이에는 뚜렷한 상관관계가 없었으며, UCS와 m_i/UCS 및 BTS와 m_i/BTS 사이에는 멱함수와 지수함수의 상관관계가 있음을 알 수 있었다. 제주도 현무암의 UCS/BTS와 m_i 사이에는 뚜렷한 상관관계가 없었으며, Hoek-Brown 파괴기준에 의해 계산되는 인장강도는 제주도 현무암의 인장강도를 과소평가하고 있다는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서 제시한 방법은, 제주도 현무암의 인장 및 압축파괴영역에 대한 Hoek-Brown 파괴 포락선을 결정하는데 있어서 유용하게 이용할 수 있을 것이라 사료된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제11권8호
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• pp.5-14
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• 2010

최근의 자갈질 지반에 대한 연구는 주로 상대밀도 혹은 자갈함유량에 바탕을 둔 연구로써 자갈질 지반의 액상화거동에 대하여 일부 연구자들은 상대밀도, 다른 연구자들은 자갈함유량에 상관성을 가지고 있음을 발표하였다. 그러나 자갈질 지반의 상대밀도는 자갈함유량에 따라 달라지게 되며 상대밀도만으로 자갈질 흙의 거동을 충분히 표현하기에는 어려운 점이 있다. 따라서 본 연구에서는 밀도와 구속압을 동시에 고려할 수 있는 상태정수를 도입하고 비배수 삼축압축시험을 통하여 자갈혼합율에 따른 정상상태선(Steady State Line, SSL)을 결정하고 상태정수에 따른 비배수 응력 거동을 고찰하였다. 연구 결과 정상상태선의 위치는 간극비에 의존하여 자갈 함유율이 증가할수록 상대적으로 아래쪽에 위치한다는 것을 알 수 있었다. 또한 같은 상대밀도라 할지라도 구속압에 따라 조밀하거나 혹은 느슨한 거동을 보였다. 특히 상대밀도가 80% 이상인 조밀한 시료일지라도 큰 구속압 아래에선 느슨한 거동을 하였다. 그러나 유사한 상태정수를 갖는 자갈질 흙은 비슷한 응력거동을 나타내었다. 이로서 흙의 거동은 상대밀도보다는 상태정수에 근거해야 함을 알 수 있었다. 또한 상태정수와 비배수전단강도는 좋은 상관 관계를 나타내었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권8호
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• pp.129-136
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• 2006

단단한 모래 입자와 연약하고 작은 고무 입자로 이루어진 Engineered Soil의 변형률에 따른 거동을 분석하기 위한 시험을 수행하였다. 파의 전파, $K_{o}$ 재하, 삼축 시험을 이용하여 단단한 입상 재료에서 연약한 입상 재료의 전이 거동을 파악하기 위해 다른 모래부피비를 가진 Engineered Soil을 준비하였다. 미소, 중간 및 대변형 변형계수는 단단한 입자의 부피비에 따라 직선 관계가 아닌 것으로 나타났다. 대신 변형계수들은 모래부피비가 $sf=0.6{\sim}0.8$ 사이의 threshold 값을 초과할 때 급격하게 증가하였다. 이는 단단한 입자들의 침투 네트워크(percolating network)의 형성을 나타낸다. 내부마찰각은 단단한 입자의 부피비가 증가함에 따라 증가한다. 반대로, 첨두 강도에서의 축변형률은 연약한 입자의 함유에 따라 증가하며, 모래부피비가 60% 이하인 Engineered Soil에서는 첨두 강도를 관찰 할 수 없었다. 연약한 입자의 존재는 하중 체인(farce chain)의 형성을 바꾼다. 연약한 입자들이 높은 하중 전달 체인(chain)의 역할을 못할 지라도, 단단한 입자 하중 체인의 뒤틀림 방지의 중요한 역할을 수행한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.35-44
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• 2006

일반적으로 현장지반은 대부분 일정량의 세립분을 포함하고 있으므로 세립분 함유량을 고려한 지반 거동에 관한 연구가 요구된다. 이와 더불어, 기초 지반은 하중초기단계부터 상당한 비선형 거동특성을 나타내고 있어, 응력단계에 따른 지반의 비선형성 또한 매우 중요한 고려사항이다. 본 연구에서는 일련의 실내시험을 수행하여 지반의 전단강도 및 비선형 감쇠 특성을 도출하고자 하였으며, 수정 Hyerbolic 모델을 적용하여 분석된 실트질 모래 지반의 비선형 거동특성은 실트함유량과 상대밀도에 의해 정량화되었다. 실트질 모래 시료의 응력-변형률 곡선을 도출하기 위해 세립분 함유량을 변화시켜가며 일련의 삼축압축시험이 수행되었다. 또한 비선형 특성의 정규화에 요구되는 미소변형률 구간의 초기전단탄성계수의 도출을 위해서 삼축압축시험의 시료조건과 유사한 시료에 대해 공진주시험이 수행되었다. 또한 실트함유량별로 도출된 비선형 특성치는 상대밀도의 영향이 가장 큰 것으로 나타났으며, 상대밀도 증가에 따라 파괴시의 탄성계수의 비인 f값은 감소하고, 지반강성도 감쇠율을 나타내는 9의 경우 증가하는 경향을 나타내었다. 이와 더불어 비선형 특성치를 상대밀도 $D_R$을 간극비로 환산한 절대적 간극비 $e_{sk}$에 따른 정량화 결과의 경우, $e_{sk}$의 증가에 따라 f값은 증가하고 g값은 감소하는 경향을 나타내었다.