• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권12호
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• pp.79-88
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• 2011

수분이 동결하여 이질 재료의 표면에 부착하는 동착현상에 의해 접착된 동결토사와 기초구조물의 접촉면에 발현되는 동착강도는 동결온도, 토사종류 및 물성, 재료표면의 거칠기, 구속응력 등 다양한 영향인자들에 동시다발적인 영향을 받는 것으로 보고되고 있다. 특히 재료의 표면 거칠기는 동착강도에 가장 큰 영향을 미치는 대표적인 영향인자로 인식되어 동토지반 기초설계를 위한 동착강도 산정 시 반드시 고려된다. 기존의 연구사례들을 통해 제안되어온 동착강도 산정방법들은 대표적인 말뚝의 재료에 따른 고정된 수정계수를 적용하는 방식으로 말뚝표면의 거칠기를 고려하고 있다. 하지만 같은 재료로 제작된 말뚝이라 하여도 제작조건과 환경에 따라 재료표면 거칠기에 차이가 날 수 있으며, 이는 동착강도에 큰 변화를 일으킬 수도 있다. 그러므로 본 연구는 프랙탈 차원의 개념을 적용함으로서, 수치화된 재료의 단면 거칠기가 동착강도에 미치는 영향을 분석하는 것을 목적으로 직접전단방식의 실내 동착강도 측정실험을 수행하였다. 실험결과 동착강도는 동결온도가 낮아질수록, 수직응력이 증가할수록, 재료 표면이 거칠수록 증가하는 경향을 나타냈다. 동착강도는 비동결 상태에서 동결상태로 넘어가는 $-2^{\circ}C$까지의 구간에서 재료 표면 거칠기에 민감하게 반응한 반면, 동결된 이후 동결온도가 $-2^{\circ}C$에서 $-5^{\circ}C$로 저하되는 구간에서는 거칠기에 대한 민감도가 저감되었다. 이는 비동결 상태에서 보다 동결된 토사에 대하여 지중 구조물의 표면 거칠기가 미치는 영향이 크지만, 약 $-2^{\circ}C$ 부근으로 예상되는 소정의 동결온도 이하로 넘어가면 거칠기가 동착강도의 증가율에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 의미하는 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권10호
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• pp.13-23
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• 2011

동토기반 말뚝기초의 지지력은 말뚝구조물 표면과 주변 토사의 접촉면에서 발현되는 동착강도에 의해 산정되며, 이는 동착-강도가 동토지반 기초설계를 위한 가장 주요한 설계정수임을 의미한다. 동착강도는 토사종류, 동결온도, 말뚝표면에 수직방향으로 작용하는 지중응력, 재하속도, 말뚝구조물의 표면 거칠기 등 다양한 인자들에 동시다발적인 영향을 받는 것으로 보고되고 있다. 1960년대부터 동토지반 기초설계를 위한 동착강도 산정방법들이 제안되어 왔으나, 대부분 동결온도와 말뚝구조물 표면특성에 대한 영향은 고려하고 있는 반면 동착강도의 주요 영향인자 중 하나인 지중응력에 의한 영향을 고려하지 않고 있어 소정깊이 이상의 말뚝기초 설계를 위한 동착강도 산정방법으로 활용되기에는 한계가 있는 것으로 판단된다. 본 연구에서는 동결온도뿐 아니라 지중응력이 동착강도에 미치는 영향을 파악하기 위하여 직접전단시험기를 활용한 동결토 전단강도 및 동착강도 측정실험을 각각 수행하였다. 실험결과 전단강도와 동착강도는 모두 동결온도 조건이 낮아질수록, 혹은 수직응력 조건이 커질수록 증가하는 경향을 보였다. 전단강도와 동착강도의 정량적 관계분석을 위해 정의된 전단강도와 동착강도의 비 $r_s$는 초기 동결온도에서는 급격하게 감소하는 경향을 나타냈으나, 동결온도가 낮아질수록 증가하며 수렴구간을 형성해가는 경향을 보였다. 본 연구에서는 최종적인 연구결과로서 동결온도 및 수직응력 조건을 바탕으로 결정된 $r_s$값을 이용하여 동결토의 전단강도로부터 동착강도를 예측할 수 있는 방법을 제안하고 있다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제14권12호
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• pp.23-30
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• 2013

비동결된 지반에서의 말뚝기초 지지력은 주면마찰력과 선단지지력에 의해 지배되는 것과 달리 동토지역에서의 말뚝기초지지력은 일반적으로 주면마찰력에 의해 지배된다. 동토지역에서 말뚝기초와 동결토 사이 접촉면에서 발현하는 주면마찰력은 동착강도로 정의하며, 동착강도는 동토지역 말뚝기초의 설계 지배정수로 알려져 있다. 동토지역에서 말뚝기초의 지지력을 지배하는 설계정수인 동착강도 특성을 분석하기 위하여 지난 50여 년 동안 많은 연구가 수행되었으며, 현재에도 활발히 연구가 수행 중에 있다. 하지만 동착강도의 경우 토사의 물성특성, 말뚝표면의 거칠기 및 외부적인 시험조건에 의하여 민감하게 반응하는 것으로 알려져 있어 현재까지 진행된 많은 연구들은 제한된 영향인자를 고려하여 수행되었다. 본 연구에서는 동결온도 및 수직응력 조건에 따른 동착강도 특성을 분석하기 위하여 대형 냉동챔버 내에서 직접전단시험을 수행하였으며, 시험결과를 바탕으로 기존에 동일한 조건으로 측정된 동결토 전단강도와 상관관계를 분석하였다. 또한, 향후 동결토 전단강도를 활용하여 동착강도를 추정할 수 있는 동착강도 비례계수를 산정하였으며, 기존 연구와의 비교분석을 통하여 기존 계수에 대한 문제점을 고찰하였다.