• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제17권1호
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• pp.49-54
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• 2016

동토지반을 구성하는 지층 중 표층에 분포하는 활동층은 계절에 따라 동결과 융해를 반복하여 지표면의 동상을 야기한다. 동상 높이는 활동층의 두께에 큰 영향을 받으므로, 동토지반 상부 인프라시설의 안전한 설계 및 시공을 위하여 활동층의 두께 산정은 매우 중요한 부분을 차지한다. 본 연구에서는 경량화된 원위치 관입시험 방법인 동적 콘 관입기를 이용하여 동토지반에서 활동층이 분포하는 심도를 평가하고자 하였다. 동적 콘 관입시험을 적용하기 위한 대상현장으로서 알래스카에 위치한 솔로몬 지역의 동토지반이 선택되었으며, 해당 지역의 두 개소에서 지중온도계측 및 동적 콘 관입시험이 수행되었다. 적용실험 결과 동적 콘 관입시험으로부터 획득된 동적 콘 관입지수는 활동층 및 영구동토층에서 서로 상이한 값을 나타내는바 동적 관입특성에 따른 활동층과 영구동토층의 경계부 심도가 산정되었으며, 경계부 심도에서 아이스 렌즈층으로 판단되는 구간이 감지되었다. 해당 개소에서 획득된 지중온도분포도에서 영상 및 영하 온도의 경계 심도는 본 연구의 동적 콘 관입시험으로부터 획득된 활동층 분포 심도와 부합하는 결과를 보였다. 본 연구에서 적용된 동적 콘 관입기는 대형장비의 접근 및 적용에 한계가 있는 극한지 동토 지역의 활동층 심도평가를 위하여 활용될 수 있을 것이라 기대된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권10호
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• pp.67-80
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• 2014

동시베리아 지역에 분포하는 영구 동토층의 두께는 평균적으로 200~500m이며, 기온에 따라 지반물성이 변화하는 계절동토층이 지역에 따라 지표면에서 약 0~4m까지 형성되어 있다. 계절 동토의 전단파 속도는 흙의 종류에 따라 여름에는 약 80m/s에서 겨울철 동결상태에서는 약 1500m/s까지 크게 변이한다. 융해시 계절 동토층과 하부의 영구 동토층 사이의 전단파 속도 차이 때문에 매우 큰 임피던스가 발생하고 이로 인해 지진파가 증폭될 수 있다. 특히, 경계면에서 큰 변위가 발생할 수 있으므로 내진설계 시 이의 영향을 고려해야 한다. 본 연구에서는 계절 동토층의 두께와 전단파 속도 변화에 따른 영향이 지반 증폭특성 및 지반변형에 미치는 영향을 규명하기 위하여 1차원 등가정적 지반응답해석을 수행하였다. 동시베리아의 Yakutsk와 Chara 지역에 대한 지질보고서를 바탕으로 지반주상도를 선정하였으며 입력지진파의 영향을 증명하기 위해 총 20개의 계측지진파를 사용하였다. 계절 동토층의 두께가 증가할수록 증폭현상이 크게 발생하였으며, 계절동토층과 영구 동토층 사이의 전단파 속도 차이가 클수록 증폭계수가 증가하는 것으로 나타났다. 특히 동시베리아 지역에 넓게 분포되어 있는 유기질토인 토탄은 증폭에 큰 영향을 미치므로 설계시 이를 반드시 고려해야 할 것으로 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제25권7호
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• pp.29-34
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• 2024

동토지반의 중요한 공학적 특성 중 하나인 동상으로 인해 다양한 피해가 발생한다. 동상 거동을 예측하고자 열-수리 연계 해석이 개발되었으나, 입력변수가 과도하고 주로 점토성 토양의 동상에 대한 신뢰성 평가만 수행되었다. 동상은 점토성 토양과 비교하여 상대적으로 투수계수가 높은 실트질 토양에서 주로 발생하고 있어 주의가 필요하다. 본 연구에서는 비교적 간단하게 동상 거동 예측이 가능한 경험적 모델을 소개하고 실트질 토양을 대상으로 모델의 신뢰성을 검증하였다. 검증이 완료된 모델을 이용하여 핵심 입력변수의 상관관계를 제시하였다. 본 연구에서 도출된 경험적 모델의 상관관계는 향후 동토지반을 대상으로 지반구조물의 열-역학 해석에 활용성이 높을 것으로 예상된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제14권7호
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• pp.19-29
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• 2013

동토지역에서 지반의 역학적인 특징은 기존 토질역학이론과 다르기 때문에 동토지반 내 응력분포와 파괴조건을 묘사하기 위하여 기존 토질역학을 동토에 적용하는 것은 효과적이지 못하거나 적합하지 않다고 할 수 있다. 따라서, 동토지역에서 구조물의 설계 및 시공을 위해서는 동토역학에 관한 기술 자료의 수집 및 분석, 그리고 체계적이고 전문화된 연구가 필수적으로 요구된다. 극한지에서 나타나는 영구동토지역은 계절에 따라 활동층이 동결 융해를 반복하게 되며, 이에 따라 구조물에 영향을 끼치는 하중조건 또한 변화된다. 특히, 동토의 역학적인 성질들은 온도, 함수비, 입도분포, 상대밀도, 하중을 가하는 속도에 따라 민감하게 반응하기 때문에 동토지역 구조물 설계 및 시공에 있어 다양한 조건에 따른 동토의 역학적인 특징들을 신뢰성 있게 분석할 수 있는 방법이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 동토의 전단강도 특성을 분석하기 위하여 영하 30도에서 작동 가능한 직접전단시험장비와 대형 냉동 챔버를 활용하였으며, 동결온도, 수직응력, 함수비 및 상대밀도를 달리하여 화강풍화토의 전단강도 특성을 분석하였다. 본 연구에 따르면 수직응력, 함수비 및 상대밀도는 동결온도 조건하에서 화강풍화토의 전단강도 특성에 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

• 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.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제38권6호
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• pp.71-75
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• 2022

• 한국지반공학회지:지반
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• 제9권2호
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• pp.15-26
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• 1993

기초 주위에 지반이 동결되어 발생하는 융기력에 의해 기초와 상부구조물이 들어 올려지는 것을 기초융기현상이라 한다. 기초융기 현상은 비교적 구조물의 하중이 작을 때 자주 나타나며, 따라서 동토지역의 저층건물, 전신주 및 가로등, 관로, 교량, 측량기준점 등에서 기초가 융기하여 파괴된 사례를 많이 볼 수 있다. 기초응기는 동토지역의 구조물 설계에 있어서 반드시 검토해야 할 가장 중요한 사항이며. 또한 동토지역의 구조물 기초에 대한 역학적 개념의 이해에 있어 기본적인 사항이다. 본 논문에서는 이 분야에 대해 오랜 연구와 실무 경험을 갖고 있는 소련에서의 기초융기의 검토방법을 고찰한 후, 소련의 "건설 기준 및 규정"에 의거 동토지역에서 수준말뚝을 설계할 수 있는 방법을 제시하고,야꾸쯔그 지역에 대해 간편하게 수준말뚝을 설계할 수 있는 도표를 제안 하였다.표를 제안 하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제25권7호
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• pp.21-27
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• 2024

동상은 동토지반의 중요한 공학적 특성 중 하나로, 겨울철에 국내에서는 동상으로 인한 다양한 피해가 발생한다. 미국과 일본은 동토지역을 포함하고 있어 동상에 대한 연구가 활발히 이루어졌으며, 표준화된 실험법을 보유하고 있다. 특히, 일본 동상 실험법은 시료 준비와 실험 과정이 비교적 간단하다는 장점이 있다. 그러나 동상 실험 결과의 공학적 해석이 모호하며, 동상 민감성 판정 기준이 제시되지 않아 실제 활용에 문제가 있다. 본 논문에서는 모래-실트 혼합토를 대상으로 일본 동상 실험법에 따라 온도제어형 셀을 활용한 실내실험을 수행하고, 동상속도 산정 과정을 면밀히 분석하였다. 더불어, 일본 동상 실험법으로 산정된 동상속도가 미국에서 제시한 동상 민감성 판정 기준에 적용 가능한지 검토하였다.

• 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.

• 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.