Analysis via classical soil mechanics theory is either ineffective or inappropriate for fully describing stress distribution or failure conditions in cold regions, since mechanical properties of soils in cold regions are different from those reported in the classical soil mechanics theory. Therefore, collecting and analyzing technical data, and systematic and specialized research for cold regions are required for design and construction of the structure in cold regions. Freezing and thawing repeat in active layer of permafrost region, and a loading condition affecting the structure changes. Therefore, the reliable analysis of mechanical properties of frozen soils according to various conditions is prerequisite for design and construction of the structure in cold regions, since mechanical properties of frozen soils are sensitive to temperature condition, water content, grain size, relative density, and loading rate. In this research, the direct shear apparatus which operates at 30 degrees below zero and large-scaled low temperature chamber are used for evaluating shear strength characteristics of frozen soils. Weathered granite soil is used to analyzed the shear strength characteristics with varying freezing temperature condition, vertical confining pressure, relative density, and water content. This research shows that the shear strength of weathered granite soil is sensitively affected by various conditions such as freezing temperature conditions, normal stresses, relative densities, and water contents.
KIM, JAEMIN;CHOI, BYOUNG-JU;LEE, SANG-HO;BYUN, DO-SEONG;KANG, BOONSOON
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.24
no.2
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pp.351-373
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2019
The cold eddies around the Ulleung Basin in the East Sea were identified from satellite altimeter sea level data using the Winding-Angle method from 1993 to 2015. Among the cold eddies, the Dokdo Cold Eddies (DCEs), which were formed at the first meandering trough of the East Korea Warm Current (EKWC) and were pinched off to the southwest from the eastward flow, were classified and their migration patterns were analyzed. The vertical structures of water temperature, salinity, and flow velocity near the DCE center were also examined using numerical simulation and observation data provided by the Hybrid Coordinate Ocean Model and the National Institute of Fisheries Science, respectively. A total of 112 DCEs were generated for 23 years. Of these, 39 DCEs migrated westward and arrived off the east coast of Korea. The average travel distance was 250.9 km, the average lifespan was 93 days, and the average travel speed was 3.5 cm/s. The other 73 DCEs had moved to the east or had hovered around the generated location until they disappeared. At 50-100 m depth under the DCE, water temperature and salinity (T < $5^{\circ}C$, S < 34.1) were lower than those of ambient water and isotherms made a dome shape. Current faster than 10 cm/s circulates counterclockwise from the surface to 300 m depth at 38 km away from the center of DCE. After the EKWC separates from the coast, it flows eastward and starts to meander near Ulleungdo. The first trough of the meander in the east of Ulleungdo is pushed deep into the southwest and forms a cold eddy (DCE), which is shed from the meander in the south of Ulleungdo. While a DCE moves westward, it circumvents the Ulleung Warm Eddy (UWE) clockwise and follows U shape path toward the east coast of Korea. When the DCE arrives near the coast, the EKWC separates from the coast at the south of DCE and circumvents the DCE. As the DCE near the coast weakens and extinguishes about 30 days later after the arrival, the EKWC flows northward along the coast recovering its original path. The DCE steadily transports heat and salt from the north to the south, which helps to form a cold water region in the southwest of the Ulleung Basin and brings positive vorticity to change the separation latitude and path of the EKWC. Some of the DCEs moving to the west were merged into a coastal cold eddy to form a wide cold water region in the west of Ulleung Basin and to create a elongated anticlockwise circulation, which separated the UWE in the north from the EKWC in the south.
Mechanical energy is accumulated in the object when stress is exerted on rock specimens, and the failure is occurred when the stress is larger than critical stress. The accumulated energy is emitted as various forms including physical deformation, light, heat and sound. Uniaxial compression strength test and point load strength test were carried out in low temperature environment, and thermal variation of rock specimens were observed and analyzed quantitatively using thermal infrared camera images. Temperature of failure plane was increased just before the failure because of concentration of stress, and was rapidly increased at the moment of the failure because of the emission of thermal energy. The variations of temperature were larger in diorite and basalt specimens which were strong and fresh than in tuff specimens which were weak and weathered. This study can be applied to prevent disasters in rock slope, tunnel and mine in cold regions and to analyze satellite image for predicting earthquake in cold regions.
Candida Antarctica lipase A (CalA) has been used because of its suitability in industrial applications. CalA has unique features capable to accept tertiary and sterically hindered alcohols among many hydrolases. CalA gene was cloned and constructed in expression vector such as pColdIII/CalA and $pPICZ{\alpha}A$/CalA. The gene encoding pColdIII/CalA was functionally expressed in the cytoplasm of Escherichia coli $Origami^{TM}$ B (DE3) cells. The plasmid $pPICZ{\alpha}A$/CalA linearized by BstX I was integrated into 5'AOX1 region of the chromosomal DNA and was functionally expressed in the methyl atrophic yeast Pichia pastoris. Expressed CalA in P. pastoris (0.7 Unit/mL) showed 35 times higher activity than that in E. coli expression system (0.02 Unit/mL).
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.6
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pp.1177-1192
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2018
The objective of this study is to develop the existing drainage system for catching the partial leakage of tunnel structures operating in cold region. The drainage system consists of drainage board, Hotty-gel as a waterproofing material, cover for preventing protrusion of Hotty-gel, air nailer, fixed nail, pipe for collecting ground leak, pipe for conveying ground leak, wire-mesh, and sprayed cement mortar. The drainage systems were installed in conventional concrete lining tunnels to evaluate the site applicability and constructability. The performances of waterproof and the drainage in the drainage system were evaluated by injecting 1,000 ml of red water in the back of the drainage system at 7 days, 14 days, 21 days, 28 days, 2 months, 3 months, 4 months, 5 months, 6 months, 7 months and 8 months. During 8 months of field test, the average daily temperature of the tunnel site was measured from $-16.0^{\circ}C$ to $25.6^{\circ}C$. The daily minimum temperature was $-21.3^{\circ}C$ and the daily maximum temperature was $30.8^{\circ}C$. There was no problem in waterproof and drainage performance of the drainage board in the drainage system. However, the pipe for conveying ground leak had the leakage problem from 14 days. It is considered that the leakage of the pipe for conveying ground leak was caused by the deformation of the pipe of the flexible plastic material having a thickness of 0.2 cm by using the high pressure air nailer and the fixing pin and the insufficient thickness and width of the hotty-gel for preventing the leakage.
A vacuum metering device for garlic seeds was developed, and its metering performance was tested according to the design factors. Three design factors were as follows: suction surface diameter (Edge), suction surface curvature (Type), and guide height (Guide). The suction surface curvature represents the distance between the center of the grooved suction plate and the bottom of suction plate. The metering rate and multiple metering rate were analyzed as the metering performance of the developed device with two varieties of garlic seeds: Namhae (warm region-adapted garlic) and Uiseong (cold region-adapted garlic). The best metering performance for the Namhae seeds were found with the following conditions: An Edge, Guide and Type of 40, 4, and 35 mm, respectively. In the case of the Uiseong seeds, the best conditions were as follows: An Edge, Guide and Type of 35, 4, and 30 mm, respectively. The guide height was found to be the most influential design factor on the metering performance of the metering rate and multiple rate for both Namhae seeds and Uiseong seeds. Additionally, the interaction between the area of the suction surface and the curvature of the suction surface had some effects on the multiple rate for the Uiseong seeds. It was concluded that the guide height should be 4 mm or higher so that more than 90% of the metering rate could be achieved for the tested garlic seeds with the developed metering device.
Climate change has a broad impact on the entire water environment, and this impact is growing. Climate adaptation in water supply systems often involves quantity and quality control, but there has been a lack of research examining the impacts of climatic factors on water supply productivity and operation conditions. Therefore, the present study focused on, first, building a database of climatic factors and water purification operating conditions, and then identifying the correlations between factors to reveal their impacts. News big data was analyzed with keywords of climatic factors and water supply systems in either nationwide or region-wide analyses. Metropolitan area exhibited more issues with cold waves whereas there were more issues with drought in the Southern Chungcheong area. A survey was conducted to seek experts' opinions on the climatic impacts leading to these effects. Pre-chlorination due to drought, high-turbidity of intake water due to rainfall, an increase of toxins in intake water due to heat waves, and low water temperature due to cold waves were expected. Pearson correlation analysis was conducted based on meteorological data and the operating data of a water purification plant. Heavy rain resulted in 13 days of high turbidity, and the subsequent low turbidity conditions required 3 days of high coagulant dosage. This insight is expected to help inform the design of operation manuals for waterworks in response to climate change.
Park, Sun-Ha;Kwon, Sunghark;Lee, Chang Woo;Kim, Chang Min;Jeong, Chang Sook;Kim, Kyung-Jin;Hong, Jong Wook;Kim, Hak Jun;Park, Hyun Ho;Lee, Jun Hyuck
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.29
no.2
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pp.244-255
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2019
Xylose isomerase (XI; E.C. 5.3.1.5) catalyzes the isomerization of xylose to xylulose, which can be used to produce bioethanol through fermentation. Therefore, XI has recently gained attention as a key catalyst in the bioenergy industry. Here, we identified, purified, and characterized a XI (PbXI) from the psychrophilic soil microorganism, Paenibacillus sp. R4. Surprisingly, activity assay results showed that PbXI is not a cold-active enzyme, but displays optimal activity at $60^{\circ}C$. We solved the crystal structure of PbXI at $1.94-{\AA}$ resolution to investigate the origin of its thermostability. The PbXI structure shows a $({\beta}/{\alpha})_8$-barrel fold with tight tetrameric interactions and it has three divalent metal ions (CaI, CaII, and CaIII). Two metal ions (CaI and CaII) located in the active site are known to be involved in the enzymatic reaction. The third metal ion (CaIII), located near the ${\beta}4-{\alpha}6$ loop region, was newly identified and is thought to be important for the stability of PbXI. Compared with previously determined thermostable and mesophilic XI structures, the ${\beta}1-{\alpha}2$ loop structures near the substrate binding pocket of PbXI were remarkably different. Site-directed mutagenesis studies suggested that the flexible ${\beta}1-{\alpha}2$ loop region is essential for PbXI activity. Our findings provide valuable insights that can be applied in protein engineering to generate low-temperature purpose-specific XI enzymes.
Welding of structure produces welding residual stresses which influence buckling strength, brittle fracture strength and cold crack on the weld parts. Therefore, it is very important to accurately analyze the residual stress before welding in order to guarantee the safety of weldment. If the weld length is long enough compared to the thickness and the breadth of plate, thermal and mechanical behaviors in the middle portion of the plate are assumed to be uniform along the thickness direction(z-axis). Thus, the following conditions(so-called plane deformation) can be assumed for the plate except near its end;1) distributions of stress and strain are independent on the z-axis;2) plane normal to z-axis before deformation remains plane during and after deformation. In this paper, plane-deformation thermal elasto-plastic problem is formulated by being based on the finite element method. Moreover special regards and paid to the fact that material properties in elastic and plastic region are temperature-dependence. And the method to solve the plane-deformation thermal elasto-plastic problem is shown by using the incremental technique. From the results of analysis, the characterisics of distribution of welding residual stress and plastic strain with the production mechanism are clarified.
Field and laboratory investigations were performed for concrete pavement of the Yeongdong Expressway located in western part of the Kangwon Province where lots of the substantially large spatting distresses were found. The spatting distresses were investigated to the naked eye in the field, and splitting tensile strength, air void, and neutralization tests were performed for the cores obtained from the pavement. In addition, load transfers at joints and dynamic bearing capacities at slab centers were measured to identify the lowering of the structural capability of the pavement. It was judged that the investigated concrete slabs were affected by freezing and thawing action because the air voids of the cores were substantially low. Therefore, it was concluded that the low air voids affected the lots of the large spatting distress in the pavement located in the region of cold winter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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