• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권11호
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• pp.51-60
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• 2012

동토지반의 기초구조물을 설계하는데 있어 기초의 안정성을 지배하는 설계정수인 동결토의 전단강도 및 동착강도를 측정하기 위하여 지난 50여 년 동안 많은 연구가 수행되어 오고 있다. 하지만, 아직까지 동결토의 전단강도 특성에 관한 많은 연구들은 토사 종류, 수직구속응력, 동결온도조건 등 여러 가지 영향인자 중 제한된 영향인자의 변화를 통해 수행되어 왔다. 동결토는 일반 토질과는 달리 토립자, 물, 공기뿐만 아니라 얼음을 포함한 4상으로 구성되어 있으며, 동토의 역학적인 성질의 변화는 일반적으로 온도, 수직구속응력, 동토의 구성물질에 따라 영향을 받는다. 이와 같은 동결토의 전단강도 특성을 측정하기 위하여 영하 30도의 저온환경에서도 동작이 가능하도록 설계된 동결토 직접전단시험기를 활용하였으며, 동토지역의 저온환경을 모사하기 위하여 대형 냉동챔버 내에 직접전단시험기를 설치하였다. 동결토의 전단강도 특성을 측정하기 위하여 비교적 균질한 입경분포를 지닌 주문진표준사 및 실리카모래와 입도분포가 좋은 화강풍화토를 활용하였다. 각각 세가지 시료에 대하여 전단시험은 세가지 동결온도 조건 및 수직구속응력 조건에서 수행되었으며, 그 결과를 바탕으로 동결온도조건 및 수직구속응력이 동결토의 전단강도에 미치는 영향을 분석하였다. 전반적으로 동결토의 전단강도는 동결온도가 낮아질수록 증가하는 경향을 보였으나, 수직구속응력에 의한 영향은 미미한 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권8호
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• pp.7-15
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• 2022

대부분의 선행연구는 동결 삼축압축시험 수행 시, 몰드를 사용하여 시료를 조성하고 단방향으로 동결을 진행하였다. 이는 동결된 시료에 잔류응력이 발생할 가능성이 있기 때문에 인공동결공법이 적용된 지반을 모사하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 기존 시험방법의 한계를 보완할 수 있는 시험장비 및 시험방법을 제안하고, 제안된 방법으로 온도 및 구속압력에 따른 동결 사질토의 역학적 특성을 평가하였다. 동결온도가 낮아질수록 동결 사질토는 취성이 증가하였고, 부동수분의 감소 및 얼음자체의 강도 증가로 인하여 강도가 증가하였다. 구속압력의 증가는 강도저감 효과를 발생시키는 압력융해 현상과 강도증진 효과를 발생시키는 흙 입자의 마찰력 증가 모두를 야기하였다. 이처럼 동결 사질토의 역학적 거동은 구속압력과 동결온도의 복합적인 영향을 받는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.31-35
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• 2017

Chae et al.(2015)에 따르면 동결 사질토의 역학적 거동은 동결온도와 세립분 함유량에 따라 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 이러한 원인으로 동결온도에 따른 부동수분의 차이일 것이라는 의견과 세립분 함유량 및 간극 내 얼음에 의해 사질토 입자들 이격거리 차이에 의한 것이라는 의견이 제시되었다. 제시된 두 가지 의견 중 사질토 입자들 이격거리의 확인을 위해 micro X-ray CT 촬영을 수행하였다. X-ray CT 촬영에 의한 비파괴 검사는 최근 지반공학 분야에서 진행되고 있는 다양한 융복합 연구 중 하나로 CT 촬영을 통하여 지반재료의 내부 구조를 마이크로미터 단위의 높은 해상도를 통해 평가할 수 있는 방법이다. 본 연구에서는 -5, -10, $-15^{\circ}C$의 동결온도에서 성형된 5, 10, 15%의 세립분을 포함하고 있는 동결 사질토 공시체에 대하여 micro X-ray CT 촬영을 수행하고 기존의 개발된 이미지 해석 기법을 적용하여 동결 사질토 내의 조립질 입자들의 최단거리 및 평균거리를 통하여 세립분 함유량 및 동결온도가 조립질 입자간의 거리에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. X-ray CT 촬영 결과, 동결온도 및 세립분 함유량은 동결 사질토 내 입자간 거리에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

• 한국해양공학회지
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• 제22권2호
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• pp.42-49
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• 2008

Recently many countries have become interested in the development of cold or arctic regions. The construction of engineered structures in those regions demands an understanding of the deformation characteristics of frozen soil. However, an understanding of frozen soil behavior poses difficult problems owing to the complex interaction between the soil particles and the ice matrix. In this research, a series of laboratory tests was performed to investigate the variations in the unconfined compression strength and split tensile strength of weathered granite soil and mixed soil (standard sand and kaolinite) in 15 degrees below zero environments. In the frozen soil tests, specimens were prepared with various water and clay contents, and then the interrelationships between four factors (water content, clay content, unconfined compression strength, split tensile strength) were analyzed. The test results were summarized as follows; as the water content was increased, the unconfined compressive and split tensile strengths also increased in frozen soil. However as the clay content was increased, the unconfined compressive and split tensile strengths were lowered. In the case of frozen soil that contained little clay content, the strength decreased rapidly in mixed soil (standard sand and kaolinite) when the frozen specimen was broken. On the other hand, in the cases of mixed soil that contained a high clay content and weathered granite soil, the strength decreased relatively slowly.

• Geomechanics and Engineering
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• 제22권3호
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• pp.219-226
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• 2020

Unconfined compression test (UCT) is widely conducted in laboratories to evaluate the mechanical behavior of frozen soils. However, its results are sensitive to the initial conditions of sample creation by freezing as well as the end-surface conditions during loading of the specimen into the apparatus for testing. This work compared ice samples prepared by three-dimensional and one-dimensional freezing. The latter created more-homogenous ice samples containing fewer entrapped air bubbles or air nuclei, leading to relatively stable UCT results. Three end-surface conditions were compared for UCT on ice specimens made by one-dimensional freezing. Steel disc cap with embedded rubber was found most appropriate for UCT. Three frozen materials (ice, frozen sand, and frozen silt) showed different failure patterns, which were classified as brittle failure and ductile failure. Ice and frozen sand showed strain-softening, while frozen silt showed strain-hardening. Subsequent investigation considered the influence of fines content on the unconfined compression behavior of frozen soil mixtures with fines contents of 0-100%. The mixtures showed a brittle-to-ductile transition of failure patterns at 10%-20% fines content.

• Geomechanics and Engineering
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• 제29권3호
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• pp.281-290
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• 2022

The direct shear test is commonly used to evaluate the shear behavior of frozen soil-structure interfaces under normal stress. However, failure criteria, such as the Mohr-Coulomb failure criterion, are needed to obtain the unconfined shear strength. Hence, the punch shear test, which is usually used to estimate the shear strength of rocks without confinement, was examined in this study to directly determine the adfreezing strength. It is measured as the shear strength of the frozen soil-structure interface under unconfined conditions. Different soils of silica sand, field sand, and field clay were prepared inside the steel and concrete ring structures. Soil and ring structures were frozen at the target temperature for more than 24 h. A punch shear test was then conducted. The test results show that the adfreezing strength increased with a decrease in the target temperature and increase in the initial water content, owing to the increase in ice content. The adfreezing strength of field clay was the smallest when compared with the other soil specimens because of the large amount of unfrozen water content. The field sand with the larger normalized roughness showed greater adfreezing strength than the silica sand with a lower normalized roughness. From the experiment and analysis, the applicability of the punch shear test was examined to measure the adfreezing strength of the frozen soil-structure interface. To find a proper sample dimension, supplementary experiments or numerical analysis will be needed in further research.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.25-36
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• 2020

동토의 세립분 함유량에 따른 파괴특성을 파악하기 위해 -10℃의 온도에서 다양한 세립분 함유량과 초기 노치(notch)의 위치를 조정한 직사각형 공시체를 제작하여 Three-point bending 시험을 수행하였다. 시험결과를 바탕으로 동토의 mode I 파괴인성(fracture toughness)을 산정하였으며, 하중-변형 곡선의 최대점까지의 fracture energy를 산정하여 동토의 mixed-mode(mode I + II) 파괴특성을 파악하였다. 시험결과, 최대하중 및 mode I 파괴인성은 세립분 함유량 10%까지 증가하다가 15%에서 다시 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 노치의 위치가 공시체 중심에서 멀어질수록 mode II 하중의 증가로 인해 균열이 진행하는데 필요한 fracture enenrgy가 증가하는 것으로 나타났으며, 세립분 함유량이 증가할수록 mode II 하중의 증가비율 또한 증가하는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권12호
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• pp.59-67
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• 2016

동결토의 강도는 흙 입자의 크기와 모양, 그리고 얼음과 부동 수분의 양과 같은 요인에 영향을 받는다. 본 연구에서는 동결토의 포화도와 실트 함량에 따라 변화하는 부동 수분의 양과 강도를 평가하고자 하였다. 시료는 주문진사, 실트, 그리고 증류수를 혼합하여 사용하였다. 실트의 함량비(SF)는 주문진사의 중량($W_{sand}$)에 대한 실트 중량($W_{silt}$)의 비율이 10%와 30%가 되도록 혼합하고, 포화도는 5%, 10%, 15%, 그리고 20%가 되도록 조성하였다. 시료는 $-10^{\circ}C$의 챔버 내에서 동결하였고, 동결 시간을 선정하기 위하여 24 시간, 48 시간, 그리고 72 시간동안 동결한 시료에 대하여 일축압축실험을 수행하였다. 일축압축강도가 동결 시간 24 시간 이후에 유사하여 동결 시간은 24 시간으로 선정하였다. 또한, 동결 과정 중 부동 수분의 양을 파악하기 위해 TDR 시스템을 이용하여 시료의 함수비를 모니터링 하였으며, 실트의 함량과 포화도가 증가함에 따라 부동 수분의 양이 증가하였다. 동결이 완료된 시료에 대하여 일축압축실험을 수행하였고, 포화도의 증가에 따라 일축압축강도가 지수함수적으로 증가하는 것으로 나타났다. 포화도가 증가함에 따라 부동 수분의 양이 증가하였으나, 동결에 사용된 물 즉, 얼음이 강도 발현에 보다 큰 영향을 미친 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권1호
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• pp.93-103
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• 2017

남극 대륙은 연구가치가 높은 다양한 생명체들과 풍부한 자원이 매장되어 있어 세계의 많은 국가들이 남극 개발에 관심을 가지고 있다. 우리나라는 2014년 제2의 남극과학기지인 장보고 과학기지를 준공한데 이어 남극 활주로 건설과 제3의 남극 과학기지 건설을 준비하며 남극 개발에 박차를 가하는 중이다. 하지만 동토의 경우 일반적인 흙과는 달리 얼음과 부동수분의 영향으로 시간에 따른 변형이 크게 나타나기 때문에 크리프 변형 특성을 파악할 필요가 있다. 그러나 크리프 변형 특성을 파악하기 위한 시험의 경우 많은 비용과 시간이 소모되기 때문에 예전부터 동토의 크리프 거동을 추정할 수 있는 모델에 대한 연구들이 많이 진행되어 왔으며, 본 연구에서는 동결 사질토의 함빙비를 고려한 장기변형 모델인 Ting의 Tertiary creep model의 모델 도출 방법에 세립분 함량을 고려할 수 있는 계수를 추가하여 다양한 흙에 적용할 수 있는 크리프 모델을 제안하고자 하였다. 이를 위해 세립분 함량이 0, 5, 10, 15%인 동결 시료로 -5, -10, -$15^{\circ}C$의 온도에서 일축 크리프 시험을 수행하였고, 시험 결과를 바탕으로 세립분 함량을 고려한 장기변형 예측 모델을 제안하였다. 그 결과, Tertiary creep model의 모델 도출 방법만을 사용하여 세립분함량을 고려한 장기변형 예측 모델을 제안하는 것은 무리가 있는 것으로 판단되어 동토의 크리프 변형을 고려하기 위한 새로운 개념의 모델이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국식품조리과학회지
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• 제12권1호
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• pp.20-26
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• 1996

The present study was attempted to investigate and to evaluate various hydrocolloids as a stabilizer in improving texture of the frozen yogurt. Four kinds of hydrocolloids used in this study were CMC (carboxymethyll cellulose), PGA(propylene glycol alginate), LMP(low methoxyl pectin), and the combination of LBG(locust bean gum) and GG(guar gum). The viscosity of frozen yogurt mixes did not show any significant differences among four samples at 5$^{\circ}C$. However, as the temperature increased up to 50$^{\circ}C$, theviscosity of frozen yogurt mixes containing CMC, LMP, PGA decreased drastically except frozen yogurt containing the combination of LBG+GG. The overrun of frozen yogurt containing each hydrocolloid gradually increased and reached to about 53, 50, 54, and 35%, respectively, after 40 min of operating ice cream freezer. As the result of sensory evaluation in the texture of frozen yogurt and melt-down quality, the sample containing LMP was described as the most coarce & icy, crumbly, and sand-like characters. On the other hand, PGA sample was evaluated as not being icy, crumbly, but being chewy and soft in texture. However, any significant differences among four samples were not shown in melt-down quality.