• 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.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권3호
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• pp.21-27
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• 2012

동토를 대상으로 건설되는 지반구조물과 방사능 폐기물 처리장의 점토벽체의 성능을 결정하기 위해서는 정확한 세립토의 열전도계수 산정이 중요하다. 그러나 세립토의 경우 시료 성형과정에서의 교란, 포화상태 유지, 그리고 측정 장치의 장기발열로 인해 함수비 구배 발생과 같은 기존 열전도계수 측정 장비의 문제점으로 인해 열전도계수 측정에 오차가 발생한다. 본 연구에서는 압밀장비를 개조하여 열전도계수 측정용 니들프로브를 삽입한 상태에서 압밀시험을 활용하여 하중조건과 건조밀도의 변화에 따른 열전도계수를 연속적으로 측정하였다. 또한 실내실험 결과를 토대로 흙입자 구성성분의 열전도계수를 고려한 예측 모델의 신뢰성을 분석하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권7호
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• pp.71-80
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• 2010

지리학적 특성으로 국내는 계절 동토지역으로 겨울철에는 동상현상이 발생하고 봄철에는 지반이 해빙된다. 도로는 다양한 재료와 단면으로 구성된 구조물이기 때문에 환경성과 재료 물성뿐만 아니라 포장체 각 층의 구조적 적정성 또는 지지력을 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 현재 기존 동상방지층 설계법에 따르면, 동상방지층은 포장체의 구조적 적정성과는 무관하게 온도조건에 따른 동결깊이에 따라 일률적으로 결정되고 있다. 이러한 동결깊이를 포장구조설계에 적용함으로써 포장의 과다설계 우려가 있다. 따라서 본 논문에서는 노상층, 동상방지층, 보조기층의 역학적 실험을 실시하여 동상민감성을 판단하고 실규모 현장도로 모형축소 실험을 실시하였다. 동상민감성을 판단하기 위하여 토층별 온도, 동결팽창량, 부동수분 및 동결깊이를 측정하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제41권5호
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• pp.533-541
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• 2021

옹벽 구조물은 철도, 도로, 원자력 발전소, 댐, 하천 시설 등 토압 저항을 통한 사면 붕괴방지에 활용된다. 동토압 산정 및 지진시 거동에 대한 특성을 파악하기 위해 많은 연구자들은 다양한 수치해석 프로그램(FLAC, PLAXIS, ABAQUS 등)을 활용하여 동적 하중에 대한 구조물과 지반의 비선형 거동을 분석하고 있다. 또한, 구조물의 지진에 대한 안전성을 확보하기 위해 지진취약도 곡선을 산정하여 확률론적 지진안전성 평가를 수행하고 있다. 본 연구에서는 수치해석프로그램 FLAC2D를 활용하여 뒷채움토의 사면 경사도가 있는 역T형 옹벽의 지진거동 특성을 파악하고, 옹벽 벽체의 상대적인 수평변위를 고려하여 지진취약도 평가를 수행하였다. 다양한 지진하중을 고려하기 위해 암반에서 계측된 7개의 지진파를 활용하여 각 지반특성 별(S2, S4) 비선형 지반응답해석을 수행하였고, 산정된 지진파의 크기를 5가지(0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9 g의 최대지반가속도)로 조정하였다. 본 연구에 활용된 수치해석 모델은 다른 수치해석결과와 실험결과, 주동토압 산정식을 활용하여 비교 검증하였다. 옹벽 높이에 대한 상대수평변위를 손상지수로 고려하여 옹벽의 손상상태를 결정하여 지진취약도 곡선을 산정하였다. 상대적으로 깊고 토층 평균 전단파 속도가 느린 S4 지반에서 S2 지반보다 옹벽 벽체의 수평 변위에 대한 지진취약도가 크게 산정되었음을 확인하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권4호
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• pp.15-24
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• 2009

우리 나라는 계절 동토지대로서 겨울에는 기온이 영하로 떨어져 지반에 동상현상이 발생하고, 봄에는 얼었던 지반이 융해하면서 도로포장을 파손하거나 그 수명을 단축시킨다. 이러한 동상 및 융해로 인한 도로포장의 파손을 방지하기 위하여 도로포장 하부에 동상방지층을 설치하고 있다. 그런데 국내에서는 도로 동상방지층의 두께 결정시 사용되는 동결깊이 추정식으로서 미국이나 일본에서 개발된 식을 이용하고 있다. 그러나 이 식들은 자국의 기후 및 지반 조건에서 만들어진 것이므로 국내에서 그대로 적용하는 것이 합리적이라고 말하기는 어렵다. 우리 나라의 기후 및 지반조건에 맞지 않는 동결깊이 산정식을 도로 설계시 적용할 경우 전국에 새로 설치하는 도로 동상방지층의 두께가 달라질 수 있으며, 이에 따라 공사비가 잘못 산정될 수도 있다. 따라서 도로 공사비의 효율적인 집행과 도로의 내구성 향상을 위해 국내 기후 조건과 지반 여건에 맞는 동결깊이 산정식의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 전국 89개 포장국도에서 측정한 동결깊이와 기상청 측정 기온으로부터 산정한 동결지수를 함수로 하여 동결깊이 산정식(안)을 만들어 보았다. 아울러 지역별, 음/양지(陰/陽地) 조건별로 동결깊이가 어떻게 다르게 나타나는지 분석하였다. 또한 국내에서 기존에 이용하고 있던 동결깊이 산정식 및 외국의 동결깊이 산정식들과 그 결과가 어떻게 다르게 나타나는지 분석하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제11권7호
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• pp.51-56
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• 2010

최근 우리나라는 산업화 및 현대화로 국토의 유효면적이 인구에 비해 부족한 실정이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 국가적인 대단위 국토개발을 수행하여 용지 확보에 노력을 기울이고 있다. 하지만 이러한 대규모공사를 진행함에 있어 모래와 같은 성토재 및 매립재 등이 부족한 실정이다. 이에 대한 대체재로 모래와 비슷한 특성을 가진 매립회의 활용에 관한 많은 연구가 진행되어왔고, 계절동토지역인 우리나라는 동결융해로 인해 철도 노반, 도로포장체 등 토목구조물이 파손되거나 기능이 저하되는 문제가 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 매립회를 사용한 저강도 고유동화재의 동결융해의 특징을 동결융해 cycle 반복 후 공시체와 습윤양생 공시체의 일축압축시험과 손실율시험을 통해 비교분석 하였다. 비교분석결과 매립회를 활용한 저강도 고유동화재에 8.2%의 시멘트를 첨가했을 때, 소정의 강도가 발현되었으며, 내구성 또한 PCA기준에 만족하는 것으로 나타났다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.43-51
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• 2015

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.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권10호
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• pp.5-13
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• 2014

본 연구에서는 철도노반에서의 동결융해로 인한 피해를 줄이고자 뛰어난 단열효과와 강도를 가진 XPS(eXtruded PolyStyrene)와 PE골재(polyethylene aggregates)를 사용하여 동상을 억제하는 방법을 연구하고자 대형동토실에서 모형시험을 수행하였다. 이를 위해 노반과 PE골재의 혼입비율을 변화시켜 건조밀도와 함수비, 온도에 따른 열전도율을 측정하였다. 시험결과 노반에 혼입된 PE골재 비율에 비례하여 단열효과가 증가하였지만, 간극의 함수비와 온도변화에 민감하였다. 또한 철도노반을 모사한 모형시험에서 각 단열재의 두께와 설치순서를 다르게 한 후 단열효과를 비교 결과, XPS의 단열효과가 우수한 것으로 나타났으며 XPS판자가 상부, PE골재가 하부에 설치될 때 그 반대의 경우보다 단열효과가 뛰어난 것으로 나타났다.

• 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.

• 대한원격탐사학회지
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• 제38권2호
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• pp.139-151
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• 2022

오일샌드 채굴에 널리 이용되고 있는 증기 주입식 중력 배수(Steam-Assisted Gravity Drainage, SAGD) 공법은 지표의 변형을 야기하며, 이는 오일샌드 플랜트의 안정성에 영향을 미칠 뿐만 아니라 다양한 지질 재해의 원인이 되므로 지속적인 모니터링이 필요하다. 이 연구에서는 캐나다 앨버타의 Athabasca 오일샌드 지역에 대해 2016년부터 2021년까지 획득된 Sentinel-1 시계열 영상레이더(synthetic aperture radar, SAR) 자료에 고정산란체 간섭기법(Permanent Scatterer Interferometric SAR, PSInSAR)을 적용하여 SAGD 운용에 의한 지표변위를 관측하였다. 그리고 SAGD의 건설 및 확장을 Landsat-7/8 시계열 영상으로부터 파악하고, 이를 통해 SAGD의 원유 생산성에 따른 지표변위의 특성을 분석하였다. Athabasca 오일샌드 지역의 SAGD 및 그 주변에서는 레이더 관측방향으로 0.3-2.5 cm/yr의 지반융기가 관측된 반면, SAGD에서 수 km 이상 떨어져 있고 오일샌드 채굴의 영향이 없는 지역에서는 -0.3--0.6 cm/yr의 침하가 관측되었다. Landsat-7/8 시계열 영상 분석을 통해 2012년 이후에 건설되어 높은 생산성을 보이는 SAGD는 증기의 주입으로 인해 1.6 cm/yr 이상의 지반융기를 야기하는 반면에 더 오랜 기간 동안 운용되어 생산성이 상대적으로 낮은 SAGD에서는 증기 주입에도 불구하고 지속적인 원유 회수에 따른 사암의 압축 때문에 연간 수 mm의 매우 작은 융기가 발생함을 추정할 수 있었다. SAGD 및 그 주변을 제외한 대부분의 지역에서 관측된 침하는 동토층의 융해에 의한 점진적 지반침하로 추정되었다. 동토층의 침하를 고려할 때 SAGD 운용에 기인하는 지반의 융기는 관측된 것보다 더 클 것이라고 예상되었다. 이 연구의 결과를 통해 PSInSAR 기법이 극한지 오일샌드 SAGD의 생산성과 안정성 평가에 유용한 수단으로 활용될 수 있음을 확인할 수 있었다.