• 한국지반신소재학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.45-56
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• 2014

한대지역은 계절 변화에 따라 동결융해가 반복되는 상부의 활동층과 하부의 영하상태로 항시 유지되는 영구동토층으로 구성되어 있다. 한대지역에서 여름철에는 동결되어 있는 지반을 융해시키기 때문에 지반 강도저하 및 침하가 발생한다. 이러한 강도저하 및 침하는 상부 구조물의 구조적 안정성에 문제를 야기시켜 활동층을 포함하고 있는 한대지역에서는 지반의 온도를 항시 영하상태로 유지할 수 있는 동결지반 안정화 공법이 필요하다. 열사이펀이란 구조체 내부에 충전된 냉매의 자가적인 열순환에 의해 지반의 온도를 항시 영하상태로 유지할 수 있는 지반 안정화 공법 이다. 본 연구에서는 열사이펀의 지반 동결성능을 분석하기 위해 R-134a 냉매를 이용하여 충전율에 따른 열사이펀의 지반 온도제어를 실내실험과 수치해석을 통해 분석하고 열사이펀의 열전도율을 산정하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제38권4호
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• pp.555-565
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• 2018

최근 임시 지보, 보강 및 지하수 차수와 같은 다양한 지질공학분야에서 차수 및 지반보강 공법으로 인공동결공법(artificial ground freezing method)이 적용되고 있다. 인공동결공법은 지중에 매설된 동결관 내로 냉매를 순환시켜 대상 지반에 차수벽 및 지지체의 역할을 할 수 있는 동결벽체(frozen wall)를 형성한다. 본 연구에서는 해성 점토지반(marine clay)에 대한 인공동결공법 현장실증시험을 수행함으로서 인공동결공법에 따른 해성 점토지반에서의 동결속도(freezing rate)를 평가하였다. 현장실증시험은 지중에 3.2m 깊이로 매설된 동결관 내로 초저온 냉매인 액화질소를 순환시키는 방법으로 단일공 시험과 동결벽체 형성 시험을 수행하였다. 자동밸브를 통해 유출되는 액화질소의 온도를 일정하게 유지시켰으며, 동결과정에서 동결관 외벽 및 지중의 온도변화를 측정하였다. 시험결과, 단일공 시험은 부피가 약 $2.12m^3$인 원기둥 모양의 동결체를 형성하는데 총 3.5일 동안 약 11.9ton의 액화질소가 소요되었고, 동결벽체 형성 시험은 부피 약 $7.04m^3$의 동결벽체를 형성하는데 총 4.1일 동안 약 18ton의 액화질소가 소요된 것으로 산정되었다. 임의의 깊이에서 동결면적이 동결반경의 제곱에 비례하기 때문에 동결반경이 증가할수록 방사방향 1차원 동결속도가 감소하였고, 이를 바탕으로 방사방향 1차원 동결속도 예측식을 제시하였다.

• 한국조명전기설비학회:학술대회논문집
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• 한국조명전기설비학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.324-327
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• 2009

This paper presents the transient impedance in a discharge region when high voltage lightning impulse is applied to small-sized ground electrodes in frozen soil. For a realistic analysis of ionization characteristics near the ground electrode in the soil, ground rod installed outdoors and high voltage impulse voltage generator were used. From the analysis of response voltage and current flowing ground electrode to earth, it was verified that the ionization near the ground electrode contributes to reduction of ground impedance and limits the ground potential rise effectively under high impulse voltage.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회
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• pp.546-552
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• 2010

Seasonal frozen ground affects structural behavior in South Korea. Frost and heaving of seasonal frozen ground results in the critical damage of roadway, railroad, and buried pipeline. It has been widely used to substitute frost susceptible soils with granular soils. This paper presents experimental investigation on the effectiveness of soil-shredded tire and soil-expanded polystylene (EPS) mixtures to reduce frost depth and force around a buried pipeline. Experimental data such as measured temperature profile and the deformation of buried pipeline were carefully observed and provide the evidence of the effectiveness of soil mixtures.

• Geomechanics and Engineering
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• 제10권2호
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• pp.225-245
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• 2016

Settlement of foundations in permafrost regions primarily results from three physical and mechanical processes such as thaw consolidation of permafrost layer, creep of warm frozen soils and the additional deformation of seasonal active layer induced by freeze-thaw cycling. This paper firstly establishes theoretical models for the three sources of settlement including a statistical damage model for soils which experience cyclic freeze-thaw, a large strain thaw consolidation theory incorporating a modified Richards' equation and a Drucker-Prager yield criterion, as well as a simple rheological element based creep model for frozen soils. A novel numerical method was proposed for live computation of thaw consolidation, creep and freeze-thaw cycling in corresponding domains which vary with heat budget in frozen ground. It was then numerically implemented in the FISH language on the FLAC platform and verified by freeze-thaw tests on sandy clay. Results indicate that the calculated results agree well with the measured data. Finally a model test carried out on a half embankment in laboratory was modeled.

• Geomechanics and Engineering
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• 제22권4호
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• pp.339-348
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• 2020

The uncertain geotechnical properties of frozen soil are important evidence for the design, operation and maintenance of the frozen ground. The complex geological, environmental and physical effects can lead to the spatial variations of the frozen soil, and the uncertain mechanical properties are the key factors for the uncertain analysis of frozen soil engineering. In this study, the elastic modulus, strength and Poisson ratio of warm frozen soil were measured, and the statistical characteristics under different temperature conditions are obtained. The autocorrelation distance (ACD) and autocorrelation function (ACF) of uncertain mechanical properties are estimated by random field (RF) method. The results show that the mean elastic modulus and mean strength decrease with the increase of temperature while the mean Poisson ratio increases with the increase of temperature. The average values of the ACD for the elastic modulus, strength and Poisson ratio are 0.64m, 0.53m and 0.48m, respectively. The standard deviation of the ACD for the elastic modulus, strength and Poisson ratio are 0.03m, 0.07m and 0.03m, respectively. The ACFs of elastic modulus, strength and Poisson ratio decrease with the increase of ratio of local average distance and scale of fluctuation. The ACF of uncertain mechanical properties is different when the temperature is different. This study can improve our understanding of the spatial autocorrelation variations of uncertain geotechnical properties and provide a basis and reference for the uncertain settlement analysis of frozen soil foundation.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.27-36
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• 2014

계절 동토지역으로 분류되는 우리나라의 동토에 관한 연구는 동상압에 의한 아스팔트 도로 등의 기능 저하 방지에 관한 연구가 대부분이었다. 하지만 최근 제 2 남극 기지인 장보고 기지 건설과 러시아 극동지역의 천연파이프 건설 협약 등이 이루어지면서 영구동토지반에서의 구조물 건설에 대한 관심이 증대되고 있다. 영구동토지반에서 구조물 설계 시 지반의 크리프 특성이 매우 중요한 요소로 알려져 있다. 현재 우리나라에서는 동토에 관한 명확한 시험규정이 없으므로 동토에 영향을 미치는 요소를 시험 변수로 활용하여 크리프 거동 특성을 체계적으로 규명하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 $-5^{\circ}C$와 $-10^{\circ}C$에서 조밀한 주문진 표준사를 동결시켜 하중비율을 조절하여 일정하중 하에서의 크리프 특성을 살펴보았다. 시험 결과, 온도가 더 낮을수록, 하중비율이 더 클수록 2차 크리프 거동이 짧아지고 3차 크리프의 변형이 더욱 뚜렷이 나타나는 경향을 보였다.

• 아시안잔디학회지
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• 제4권1호
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• pp.42-48
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• 1990

Experiments were conducted to investigate the soil freezing depth and pattern with freezing measuring instruments during 1988-l989 winter season in Kangwon province. Freezing measuring instrument was made with acrylic pipes which were consisted of inner and outer parts. Inner pipe was filled with 0.01 % methylene blue solution and rubber hose to protect pipe breakdown by solution freezing. Freezing measurements were carried out by observing discoloration of methylene blue solution. Moisture content of evergreen trees and ground cover plants was also examined in the winter season. The observed results are as follows: 1.In the land of I OOM above sea level, soil freezing depth became deeper as the sum of Accumulated degree-days of temperature below 0˚C(0˚C . day) increased: Soil freezing depth was 30-40cm at l00˚C, 42-43cm at 150˚C, and 47cm at 200˚C day 2.Soil freezing with vinyl mulching was less developed by l3cm at l00˚C with sum of subzero temperature, by l7cm at 200˚C than that of the bare ground. Soil of rich hulls mulching with 4Ocm was not frozen until soil freezing at the bare ground was developed to 25cm depth. 3.Cashmeron mulching was more effective than felt mulching in the heat insulation of soil. 4.Thawing of soil was done from the lowest part of the frozen in the ground to upward in the beginning and after that it was done from the surface of frozen soil to downward. Finally thawing was completed at the middle of frozen soil.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권5호
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• pp.85-94
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• 2012

최근 동결지반의 다양한 문제들에 대한 관심이 증대하면서 동결의 영향을 받는 지반의 거동특성에 관한 이론정립 및 체계적인 연구의 필요성이 제기되고 있다. 기존의 정립된 토질역학 이론과는 달리 동결지반에서 온도의 영향과 간극수의 동결에 의한 상변화는 간극수의 이동, 지반팽창, 작용토압의 급격한 증가 등 여러가지 문제들을 야기한다. 본 논문에서는 비동결-동결 전이 상태에서 연속성을 갖는 새로운 응력변수를 도입하여, 동결 작용을 받는 다공질 재료에 대한 THM 역학적 탄소성 구성모델을 유도하였다. 개발된 구성모델을 1차원 팽창압, 동결토의 삼축압축 강도 그리고 일방향 동결실험에 적용하여 해의 안정성과 구성모델의 적용성에 대하여 논의하였다. 수치해석 결과는 동결토의 복잡한 THM현상들을 효과적으로 묘사할 수 있었으며, 동결의 영향하에 있는 지반구조물의 해석과 설계 및 시공될 구조물의 장기거동예측에 활용될 수 있을 것이다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.31-40
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• 2022

최근 건설시장의 다각화와 미래 에너지 자원개발이라는 관점에서 미개발된 에너지 자원(석유, 천연가스 등)이 대량으로 매장되어 있는 극한지(북극권) 개발 사업이 활발히 추진되고 있다. 이러한 지역에서는 극한의 기후로 인한 동토 지반의 침하나 동상 등의 문제가 항상 발생하기 때문에 지반 구조물의 안정성 확보를 위해 열적 특성 분석이 반드시 필요하다. 본 논문에서는 동토 지역에서 지반동결과 관련된 문제들을 평가하고 기술적으로 해결하기 위한 기초 자료 제공을 목적으로, 캐나다 앨버타주 오일샌드 매장 지역의 동토 시료에 대한 열적 특성을 국내 시료와 비교·분석하였다. 일련의 실내 실험을 통해 동결온도에 대한 시간에 따른 부동 수분량을 측정하여 흙의 종류와 동결온도가 부동 수분량에 미치는 영향에 대하여 고찰하였고, 토양의 잠열, 열용량 및 열전도도를 정확하게 파악하기 위하여 동결/비동결 조건에 대한 열전도도 실내 실험을 수행하였다. 실험결과, 동결 완료 후 온도별로 상이한 부동 수분량과 열전도도 특성은 동토 지역 동결온도가 동토의 역학 거동에 영향을 끼칠 수 있음을 규명하였다.