It's strongly recommended to check upon the slope stability of soil nearby railroad, since the freezing-thawing repeat in long term may cause decrease of slope stability. The study is, therefore, focused on the strength characteristic transformation of soil, measuring it experimentally, throughout physical and mechanical tests operated by the freezing-thawing repeat tests. The sampling of weathered soil used for the embankment materials along the domestic railway lines are classified by parent-rock, and then collected after it in the first hand. It tells that Uniaxial strength and axial strain were decreased simultaneously as the frequency of freezing-thawing repeat increased and its range was reduced into 25~85 percentage off comparing to uniaxial strength of unfreezing-soils when about 100 times of freezing-thawing repeats occurred. Following the result of direct shear tests, the cohesion of freezing-soil with freezing-thawing repeats shows 11∼60 percentage less than that of unfreezing-soil but the change of internal friction angle of the soil is extremely slight, enough to ignore. As a result. it could be found that strength characteristic transformation has highly correlated with freezing-thawing repeat.
There is the freezing method as one of the ground improvement methods for excavating an underground tunnel, and due to its improved reliability, recently construction cases of applying this method into sandy soil grounds as well as cohesive soil grounds of cities have been reported. But, applying the freezing method into cohesive soil grounds could bring concerns of the expansion of the whole ground and the settlements from thawing of ground. In this study, the deformation strength characteristics of cohesive soil which received freezing and thawing hysteresis were examined using the sample collected from the site of cohesive soil ground applied with the freezing method and its structural characteristics were analyzed using an electronic microscope. And, the test with cohesive soil reconstituted from cohesive soil which received freezing and thawing hysteresis was carried out and its result was analyzed comparatively. The result of this test showed that the structure of natural clay was significantly changed due to freezing and thawing hysteresis.
Damage due to frost action in pavement structure system is creating either frost heave or stiffness-weakening of subgrade soil follow melting. The formation of ice lenses requires a frost-susceptible soil, freezing temperatures, and continuous water supply. Eliminating one of these conditions suffices to significantly reduce the intensity of frost action. It is important to know characteristics of subgrade soil in frost susceptibility or decide degree of freezing permission. Also, study on the stiffness variation of subgrade soil during freezing and thawing cycle is very important. In this study, Impact resonance test for subgrade soil at freezing and thawing confirms that is applied for.
Upon freezing a soil swells due to phase change and its compression stress increase a lot. As the soil undergo thawing, however, it becomes a soft soil layer because the 'soil changes from a solid state to a plastic state. These changes are largely dependent on freezing temperature and repeated freezing-thawing cycle as well as the density of the soil and applied loading condition. This study was initiated to describe the effect of the freezing temperature and repeated freezing-thawing cycle on the unconfined compressive strength. Soil samples were collected at about 20 sites where soil structures were installed in Kangwon provincial area and necessary laboratory tests were conducted. The results could be used to help manage effectively the field structures and can be used as a basic data for designing and constructing new projects in the future. The results were as follows ; 1. Unconfined compressive strength decreased as the number of freezing and thawing cycle went up. But the strength increased as compression speed, water content and temperature decreased. The largest effect on the strength was observed at the first freezing and thawing cycle. 2. Compression strain went up with the increase of deformation speed, and was largely influenced by the number of the freezing-thawing cycle. 3. Secant modulus was responded sensitivefy to the material of the loading plates, increased with decrease of temperature down to - -10$^{\circ}$C, but was nearly constant below the temperature. Thixotropic ratio characteristic became large as compression strain got smaller and was significantly larger in the controlled soil than in the soil treated with freezing and thawing processes 4. Vertical compression strength of ice crystal(development direction) was 3 to 4 times larger than that of perpendicular to the crystal. The vertical compression strength was agreed well with Clausius-Clapeyrons equation when temperature were between 0 to 5C$^{\circ}$, but the strength below - 5$^{\circ}$C were different from the equation and showed a strong dependency on temperature and deformation speed. When the skew was less then 20 degrees, the vertical compression strength was gradually decreased but when the skew was higher than that, the strength became nearly constant. Almost all samples showed ductile failure. As considered above, strength reduction of the soil due to cyclic freezing-thawing prosses must be considered when trenching and cutting the soil to construct soil structures if the soil is likely subject to the processes. Especially, if a soil no freezing-thawing history, cares for the strength reduction must be given before any design or construction works begin. It is suggested that special design and construction techniques for the strength reduction be developed.
The interaction between the frozen soil and building structures deteriorates with the increasing temperature. A nuclear magnetic resonance (NMR) stratification test was conducted with respect to the unfrozen water content on the interface and a shear test was conducted on the frozen soil-structure interface to explore the shear characteristics of the frozen soil-structure interface and its failure mechanism during the thawing process. The test results showed that the unfrozen water at the interface during the thawing process can be clearly distributed in three stages, i.e., freezing, phase transition, and thawing, and that the shear strength of the interface decreases as the unfrozen water content increases. The internal friction angle and cohesive force display a change law of "as one falls, the other rises," and the minimum internal friction angle and maximum cohesive force can be observed at -1℃. In addition, the change characteristics of the interface strength parameters during the freezing process were compared, and the differences between the interface shear characteristics and failure mechanisms during the frozen soil-structure interface freezing-thawing process were discussed. The shear strength parameters of the interface was subjected to different changes during the freezing-thawing process because of the different interaction mechanisms of the molecular structures of ice and water in case of the ice-water phase transition of the test sample during the freezing-thawing process.
Fard, Ata Rezaei;Moradi, Gholam;Ghalehjough, Babak Karimi;Abbasnejad, Alireza
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.
This study is performed to evaluate freezing and thawing properties of polypropylene fiber reinforced eco-concrete using soil, natural coarse aggregate, soil compound and polypropylene fiber. The mass loss ratio is decreased with increasing the content of natural coarse aggregate and soil compound, but it is increased with increasing the content of polypropylene fiber. The ultrasonic pulse velocity, dynamic modulus of elasticity and durability factor are increased with increasing the content of natural coarse aggregate and soil compound, but it is decreased with increasing the content of polypropylene fiber. The mass loss ratio, ultrasonic pulse velocity, dynamic modulus of elasticity and durability factor are $1.49{\sim}3.32%,\;1,870{\sim}2,465\;m/s,\;77X10^2{\sim}225X10^2\;MPa\;and\;84.6{\sim}92.8$ after freezing and thawing 300 cycles, respectively. These eco-concrete can be used for environment-friendly side walk and farm road.
Some experiments were carried out to investigate the effects of freezing and thawing on the strength and strain characteristics of alluvial silty clay under the different temperatures, loading and moisture conditions. The results were as follows; 1. The soil used was proved to be consisted of silty clay with honey-combed structure, and showed higher dilatancy, frost activity and lower stability in natural state. 2. Soil treated with freezing and thawing cycles showed lower compressive strength compared with the non treated, The strength decreased with incement of freezing and thawing cycles. It's shapes of stress-strain curves were flat and did not formulate a peak while the peak strength of higher moisture content soil decreased with the increment of moisture content. It's decrement ratio was most distinctly shown at the first one cycle of freezing and thawing. 3. The cohesion decreased due to freezing and thawing cycles but internal frcition angle was not changed. 4. The liquid limit decreased with increment of freezing and thawing cycles, and became almost constant after three cycles of freezing and thawing. 5. The strength under simple loading at failure mode was appeared to be higher compared with the cyclic loading after freezing and thawing but initial moisture content effect was not observed. 6. Ice lense was not observed within 50% of ice content ratio but observed over 100%. The higher the ice content ratio, the higher the peak strength. As a matter of fact, it seems that an optimum ice content ratio exists for plastic mode and the least compressive strength.
우리나라와 같이 4계절이 뚜렷한 지역은 동결 융해반복에 따른 강성도의 감소가 민간 시설물 인접 사면이나 산비탈면에 발생하였을 경우 안전율이 설계기준에 미흡하게 되는 현상이 발생되어 강우나 강설에 의한 산사태가 발생하여 큰 인명 및 재산피해로 이어질 우려가 있다. 이 연구에서는 동결 융해 반복에 따른 산지 사면의 안정성 변화를 알아보기 위하여 산지 사면의 표토에 분포하는 통일 분류법상의 SP와 SM계열의 흙시료를 채취하여 공시체를 제작하고 직접전단실험을 통하여 동토전단강도에 대한 특성을 분석하고, 수치해석적 방법을 활용하여 동결융해의 반복작용에 따른 화강풍화토의 강도감소특성과 흙시료의 동결 융해 적용시의 사면의 안정성의 변화를 검토하였다. 그결과 최대 전단응력은 약 10%정도의 감소율을 보였고, 사면 안정성해석결과 비동결시료에 비하여 요구안전율 이하의 경우가 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 동결-융해 반복작용이 화강풍화토의 압축강도 특성에 미치는 영향에 관한 내용을 다루었다. 이를 위해 세립분 함유량을 변화시켜 다양한 시료조건을 조성한 후 동결-융해 시험 환경을 조성한 후 동결-융해 반복작용 사이클을 강제 부가하였다. 시료에 대한 평면변형률압축시험 및 미세입자구조의 변화를 가시적으로 확인할 수 있는 전자주사현미경(SEM) 촬영 및 분석을 수행하였다. 먼저, SEM 분석 결과 화강풍화토는 동결-융해 반복작용에 노출될 경우 입자들이 뭉쳐 간극이 증가하는 추세를 보였다. 한편, 압축강도 특성의 경우 세립분 함유량에 따라 다소 차이를 보이는 것으로 나타났는데 세립분 함유량이 적은 경우에는 강도저하 현상을, 세립분 함유량이 많은 경우에는 강도 증가 현상을 보임을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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