• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권12호
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• pp.37-45
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• 2017

구조물은 영하의 온도가 유지되는 겨울철에 동상으로 인해 크고 작은 피해가 발생한다. 동상은 동토지반의 가장 대표적인 공학적 특성으로 다양한 동상민감성 판정법이 존재한다. 동상민감성 판정법은 크게 3가지로 분류할 수 있다. 첫 번째 동상민감성은 입도분포를 이용하여 결정된다. 많은 국가들이 지반의 입도분포를 이용해 비교적 간편한 동상민감성 판정법을 현장에 적용하고 있다. 그러나 본 논문에서 몇 가지 시료의 입도분포를 이용해 동상민감성 판정 기준에 적용한 결과에 따르면 입도분포로 토질의 동상민감성을 판정하기에는 다소 무리가 있다. 두 번째로는 동상시험에 의한 동상민감성 판정법이다. 새롭게 개발된 온도제어형 삼축셀을 이용한 동상 실내시험을 통해 동상민감성 기준 신뢰성을 분석하였다. 새롭게 개발된 장비와 시험방법은 기존에 제시하고 있는 동상민감성 판정 기준을 충족하는 것으로 판단되었다. 세 번째로는 복합적인 동상민감성 판정법으로 흙의 입도분포, 분류, 그리고 동상시험을 고려한 복합적인 동상민감성 판정 기준 그래프를 제시하고 있다. 본 논문에서 몇 가지 시료에 대해 복합적인 동상민감성 판정 기준에 적용한 결과 다양한 토질에 대한 추가적인 데이터를 바탕으로 복합적인 동상민감성 판정 그래프를 보완해야 할 것으로 판단되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권7호
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• pp.39-48
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• 2023

동상으로 인한 구조물의 피해를 방지하고자 세계 100여개의 국가에서는 토양의 동상민감성을 판정하는 실내실험법에 대해 연구를 진행하였다. 미국과 일본은 알래스카와 홋카이도와 같은 동토지역을 포함하고 있어 동상에 대한 연구가 활발히 진행되었으며, 연구 결과와 현장 적용을 통해 동상민감성 판정 표준 실험법과 기준을 제시하고 있다. 그러나 실험 방법이 복잡하고 공학적인 해설이 부족하며, 결과 분석에 대한 논리가 모호한 부분이 여전히 존재하고 있다. 본 논문에서는 이러한 미국 ASTM(American Society for Testing and Materials)과 일본 JGS(Japanese Geotechnical Society)의 동상 실험법을 동상 실험에 미치는 온도조건, 시료크기, 동결방향, 배수조건 등을 고려하여 면밀히 비교 분석하고, 지금까지 연구결과를 종합하여 향후 국제적인 연구동향에 부합하는 국내 동상민감성 판정 실험법과 기준의 방향을 제시하고자 한다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2002년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.329-336
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• 2002

The earth structures and in-ground LNG tank, and buildings can be constructed with using artificial freezing method on the reclaimed land. In this study, upon freezing a saturated soil in a closed-system from the top, a considerable pressure was developed. The pressure is the result of the surface energy of a curved ice-water interface. The most significant of these parameters will have the greatest effect on the classification. In order to establish frost-susceptibility criteria based on frost heaving expansion pressure, more soils have to be tested. This study was initiated to investigate the soils frost heaving expansion pressure and moisture characteristics resulting from freezing and freezing-thawing cycle process. Weathered granite soils, sandy soil, sandy soil were used in the laboratory freezing test subjected to thermal gradients under closed- systems.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.67-74
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• 2019

동상은 동토지역에서 발생하는 대표적인 공학적 특성이다. 계절동토(seasonal frost area)에 해당하는 우리나라는 동결융해에 의한 구조적 피해가 발생하고 동상에 관한 연구의 필요성이 증대되고 있는 실정이다. 본 논문에서는 새롭게 개발한 투명 온도제어형 셀을 활용하여 동상에 관한 연구를 수행하였다. 동상에 민감한 흙을 인공적으로 조성하여 동상민감성 판정에 있어 중요한 인자 중 하나인 물 주입속도(water intake rate)에 관한 분석을 실시하였다. 간극수 동결에 의한 부피팽창(heave by pore water)이 수렴하는 시점 이후에 동상속도(frost heave rate)와 물 주입속도는 거의 유사하게 나타났다. 그러나 물 주입속도를 측정하기 위해 상부 페더스탈에 설치한 O-ring은 몰드 내벽과의 마찰을 발생시켜 동상발생을 저하시켰다. 따라서 물 주입속도를 활용한 동상민감성 판정 기준은 신뢰하기 힘들다고 판단되었으며, 유사한 거동을 보이는 동상속도를 활용하는 것이 적절하다는 결론을 내렸다. 또한, 동상민감성 흙을 활용해 시료크기가 동상에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 시료크기가 다른 2가지 경우에 대해 동상시험을 수행하였으며 상재하중, 온도구배, 그리고 건조단위중량을 동일하게 설정하였다. 실험결과를 토대로 시료크기는 동상에 영향을 미치지 않는다는 것을 발견하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제31권6호
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• pp. 583-597
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• 2022

Frost heave can cause uneven ground uplift that may damage geo-infrastructure. To assist damage-prevention strategies, standard frost heave testing methods and frost susceptibility criteria have been established and used in various countries. ASTM International standard testing method is potentially the most useful standard, as abundant experimental data have been acquired through its use. ASTM International provides detailed recommendations, but the method is expensive and laborious because of the complex testing procedure requiring a freezing chamber. A simple frost heave testing method using a temperature-controllable cell has been proposed to overcome these difficulties, but it has not yet been established whether a temperature-controllable cell can adequately replace the ASTM International recommended apparatus. This paper reviews the applicability of the ASTM International testing method using the temperature-controllable cell. Freezing tests are compared using various soil mixtures with and without delivering blow to depress the freezing point (as recommended by ASTM International), and it is established that delivering blow does not affect heave rate, which is the key parameter in successful characterization of frost susceptibility. As the freezing temperature decreases, the duration of supercooling of pore water shortens or is eliminated; i.e., thermal shock with a sufficiently low freezing temperature can minimize or possibly eliminate supercooling.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권12호
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• pp.47-56
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• 2021

영하의 온도에 의해 지반이 동결되며 발생하는 음의 간극수압은 frozen fringe로부터 간극수 이동을 유발해 ice lens를 형성시키며, ice lens 형성으로 인한 흙의 동상 및 동상팽창압은 지반구조물의 피해를 발생시킨다. 동상에 의한 피해를 방지하기 위해 다양한 동상민감성 판정이 수행되고 있으며, 그 중 가장 활발하게 활용되는 방법은 SP(Segregation Potential)를 이용한 동상민감성 판정이다. 또한, 간극수 이동에 의한 ice lens의 확장은 동상 메커니즘의 핵심 원인으로 작용하기 때문에 수리전도도에 관한 평가가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 모래와 실트를 다양한 중량비로 혼합해 동상실험 및 투수실험에 활용하였으며, 각 경우에 대해 SP 및 수리전도도를 도출하여 비교분석하였다. 그 결과 SP 및 수리전도도가 급격하게 변화하는 임계 전이값이 각각 실트 함유량이 20% 및 50% 인 경우에 나타났다. 이러한 임계 전이값의 차이에도 불구하고 SP는 수리전도도가 감소함에 따라 일정 값에 수렴하는 상관관계를 나타내고 있으며, 향후 임계 전이값 사이에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.