• 한국지반공학회논문집
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• 제39권8호
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• pp.29-39
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• 2023

흙은 간극수와 이중층수를 통해 전기적 흐름이 발생하기 때문에 간극수 및 이중층수의 연결성, 즉 포화도에 따라 전기전도도가 변화한다. 본 연구에서는 간극수 전도가 지배적인 사질토와 표면 전도 효과가 두드러진 세립토에서 포화도에 따른 전기전도도를 분석하고, 수정된 Archie의 방정식을 통해 불포화토의 전기전도도를 표면 전도와 간극수 전도의 합으로 표현하고자 한다. 4개의 전극이 설치된 플라스틱 셀에 다양한 포화도(40%-100%)와 간극률(0.45-0.82)를 갖는 시료를 조성하였으며, 간극수의 농도를 조절하기 위해 시료 조성에 사용된 간극수는 0M(증류수)-0.5M NaCl 용액을 사용하였다. 시험 결과, 사질토의 전기전도도는 포화도의 지수함수로 표현되었으며, 포화도의 지수는 간극수의 농도와 관계없이 1.93로 결정되었다. 반면 세립토의 경우, 포화도의 지수는 간극수의 농도에 따라 큰 차이를 보였다. 이는 각 간극수의 농도에서 흙의 전기전도도에 대한 표면전도의 상대적인 크기가 다르기 때문이다. 다시 말해, 포화도가 간극수전도와 표면전도에 미치는 영향이 다르며, 수정된 Archie의 방정식으로 흙의 전기전도도를 예측하기 위해서는 간극수 전도와 표면 전도에 각각 다른 포화도의 지수를 사용해야함을 의미한다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제24권6호
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• pp.531-543
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• 2021

Freezing and thawing of pore water within backfill can affect the stability of retaining wall as the phase change of pore water causes changes in the mechanical characteristics of backfill material. In this study, the effects of freezing and thawing on the mechanical performance of retaining wall with granular backfill were investigated for various temperature and groundwater level (GWL) conditions. The thermal and mechanical finite element analyses were performed by assigning the coefficient of lateral earth pressure according to phase change of soil for at-rest, active and passive stress states. For the at-rest condition, the mobilized lateral stress and overturning moment changed markedly during freezing and thawing. Active-state displacements for the thawed condition were larger than for the unfrozen condition whereas the effect of freezing and thawing was small for the passive condition. GWL affected significantly the lateral force and overturning moment (Mo) acting on the wall during freezing and thawing, indicating that the reduction of safety margin and wall collapse due to freezing and thawing can occur in sudden, unexpected patterns. The beneficial effect of an insulation layer between the retaining wall and the backfill in reducing the heat conduction from the wall face was also investigated and presented.

• Computers and Concrete
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• 제32권6호
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• pp.567-576
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• 2023

In this study, a 3D microstructure-based model is established to simulate the effective thermal conductivity of cement paste, covering varying influencing factors associated with microstructure and thermal transfer mechanisms. The virtual cement paste divided into colloidal C-S-H and heterogeneous paste are reconstructed based on its structural attributes. Using the two-level hierarchical cement pastes as inputs, a lattice Boltzmann model for heat conduction is presented to predict the thermal conductivity. The results suggest that due to the Knudsen effect induced by the nanoscale pore, the thermal conductivity of air in C-S-H gel pore is significantly decreased, maximumly accounting for 3.3% thermal conductivity of air at the macroscale. In the cement paste, the thermal conductivities of dried and saturated cement pastes are stable at the curing age larger than 100 h. The high water-to-cement ratio can decrease the thermal conductivity of cement paste.

• Geomechanics and Engineering
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• 제3권2호
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• pp.131-151
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• 2011

The electrical conductivity of a soil-water system is related to its engineering properties. By measuring the soil electrical conductivity, one may obtain quantitative, semi-quantitative, or qualitative information to estimate the in-situ soil behavior for site characterization. This paper presents the results of electrical conductivity measured on compacted kaolin clay samples using a circular two-electrode cell in conjunction with a specially designed compaction apparatus, which has the advantage of reducing errors due to sample handling and increasing measurement accuracy. The experimental results are analyzed to observe the effects of various parameters on soil electrical conductivity, i.e. porosity, unit weight, water content and pore water salinity. The performance of existing analytical models for predicting the electrical conductivity of saturated and unsaturated soils is evaluated by calculating empirical constants in these models. It is found that the Rhoades model gives the best fit for the kaolin clay investigated. Two general relationships between the formation factor and soil porosity are established based on the experimental data reported in the literature and measured from this study for saturated soils, which may provide insight for understanding electrical conduction characteristics of soils over a wide range of porosity.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제9권3호
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• pp.1-11
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• 2004

매립지 침출수로 오염된 지반의 오염도 조사에 유전상수 측정기법의 적용성을 평가하기 위하여 매립지 침출수로 오염된 간극수를 포함한 사질토 지반의 유전특성을 분석하였다. 본 연구에서는 75kHz-12MHz 범위의 주파수에서 유전 상수를 실수부와 허수부로 구분하여 분석을 수행하였다. 유전상수 실수부는 공간전하분극과 배향분극의 발현정도에 영향을 받기 때문에 침출수 농도가 증가함에 따라 저주파 영역에서는 유전상수의 실수부 값이 증가하는 경향을 나타내었으나, 고주파 영역에서는 감소하는 경향을 나타내었다. 유전상수 허수부의 경우에는 측정 주파수에 관계없이 침출수의 농도가 증가함에 따라 전류전도에 의한 에너지 손실량이 증대되어 유전상수 허수부가 증가하는 경향을 나타내었다. 유전상수의 실수부와 허수부가 간극수 내 침출수 농도에 따라 변하는 것에 기초하여 유전상수 측정기법이 침출수로 오염된 지반의 오염도 평가에 효과적으로 적용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.35-47
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• 2017

지반의 열적 거동은 대부분 열전도에 국한되어 연구가 진행되었으며, 자연대류 현상에 대한 연구는 매우 미비한 실정이다. 지반의 온도증가는 간극수의 밀도변화에 따른 부력을 유발하여 자연대류를 발생시키게 된다. 유체역학 관점에서 다공질 재료내의 자연대류 해석의 제약조건에 대하여 논의하고, 거시적 관점에서 완전 결합된 열-수리-역학적인 지배방정식을 이용한 대류현상에 대한 수치해석 기법을 제시하였다. 실내 열전도도 측정을 위한 탐침기 실험에 대한 수치실험은 자연대류를 무시하고 평가된 열전도도의 불확실성에 대하여 논의하고, 모델식과의 오류를 최소화하기 위한 적정한 실험조건을 제시하였다. 해저 전력선의 매설은 해저면 0.2m 깊이에서의 온도상승을 $2^{\circ}C$로 제한하고 있으나, 투수성이 큰 지반재료에 대한 수치해석결과는 기준온도를 초과하는 것으로 나타났다. 해저면의 온도와 열-수리-역학적 물성은 전력선의 매설설계에 중요한 설계인자이며 자연대류의 영향을 고려하여야 한다. 특히, 큰 투수성을 갖는 지반내에 열원이 존재하는 경우, 간극수의 밀도변화에 따른 자연대류가 중요한 열전달의 인자가 되므로 이를 고려한 해석을 수행하여야 한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.231-241
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• 2005

지반오염조사에 대한 유전상수 측정기법의 적용성을 평가하기 위하여 함수비와 중금속 오염도에 따른 흙의 유전특성 변화를 분석하였다. 유전상수의 실수부와 허수부 모두 체적함수비에 따른 증가경향을 나타내었으며, 특히 MHz 범위에서 유전상수 실수부는 쌍극자모멘트에 비례하기 때문에 흙의 유전상수는 체적함수비에 따른 선형적인 증가경향을 나타내었다. 중금속 용액은 50 kHz 이하의 저주파영역에서 전극분극효과에 의해 농도 증가에 따라 유전상수 실수부가 증가하였으나, 고주파 영역에서는 이온의 수화작용에 의한 물분자의 배향분극 발현의 감소로 인하여 감소하는 경향을 나타내었다. 유전상수 허수부는 중금속 농도 증가에 따라 전도손실의 증가에 의하여 모든 주파수 영역에서 증가하는 경향을 나타내었다. 흙과 중금속 혼합시료의 경우 함수비가 큰 시료에서는 중금속 용액 자체의 유전특성이 그대로 발현되었으나, 함수비가 작은 시료에서는 공간전하분극의 영향이 우세하여 유전상수 실수부가 $10-20\%$정도 증가하는 경향을 나타내었다. 유전상수 허수부의 경우에는 중금속 농도 증가에 따른 뚜렷한 증가경향을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과에 의하면 중금속의 오염감지에 대해서는 유전상수 실수부보다는 허수부의 적용성이 높은 것으로 나타났으며, 현장에서의 정확한 오염도 평가를 위해서는 함수비에 대한 평가가 선행되어야 할 것으로 판단된다.