• Geomechanics and Engineering
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• 제22권3호
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• pp.219-226
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• 2020

Unconfined compression test (UCT) is widely conducted in laboratories to evaluate the mechanical behavior of frozen soils. However, its results are sensitive to the initial conditions of sample creation by freezing as well as the end-surface conditions during loading of the specimen into the apparatus for testing. This work compared ice samples prepared by three-dimensional and one-dimensional freezing. The latter created more-homogenous ice samples containing fewer entrapped air bubbles or air nuclei, leading to relatively stable UCT results. Three end-surface conditions were compared for UCT on ice specimens made by one-dimensional freezing. Steel disc cap with embedded rubber was found most appropriate for UCT. Three frozen materials (ice, frozen sand, and frozen silt) showed different failure patterns, which were classified as brittle failure and ductile failure. Ice and frozen sand showed strain-softening, while frozen silt showed strain-hardening. Subsequent investigation considered the influence of fines content on the unconfined compression behavior of frozen soil mixtures with fines contents of 0-100%. The mixtures showed a brittle-to-ductile transition of failure patterns at 10%-20% fines content.

• 한국해양공학회지
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• 제26권6호
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• pp.19-26
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• 2012

Recently the world has been suffering from difficulties related to the demand and supply of energy due to the democratic movements sweeping across the Middle East. Consequently, many have turned their attention to never-developed extreme regions such as the polar lands or deep sea, which contain many underground resources. This research investigated the strength and initial elastic modulus values of eternally frozen ground through a uniaxial compression test and indirect tensile test using frozen artificial soil specimens. To ensure accurate test results, a sandymud mixture of standard Jumunjin sand and kaolinite (20% in weight) was used for the specimens in these laboratory tests. Specimen were prepared by varying the water content ratio (7%, 15%, and 20%). Then, the variation in the strength value, depending on the water content, was observed. This research also established three kinds of environments under freezing temperatures of $-5^{\circ}C$, $-10^{\circ}C$, and $-15^{\circ}C$. Then, the variation in the strength value was observed, depending on the freezing environment. In addition, the tests divided the loading rate into 6 phases and observed the variation in the stress-strain ratio, depending on the loading rate. The test data showed that a lower freezing temperature resulted in a larger strength value. An increase in the ice content in the specimen with the increase in the water content ratio influenced the strength value of the specimen. A faster load rate had a greater influence on the uniaxial compression and indirect tensile strengths of a frozen specimen and produced a different strength engineering property through the initial tangential modulus of elasticity. Finally, the long-term strength under a constant water content ratio and freezing temperature was checked by producing stress-strain ratio curves depending on the loading rate.

• Geomechanics and Engineering
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• 제23권2호
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• pp.179-187
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• 2020

Freezing-thawing cycles have significant effect on soils engineering behavior in frozen areas. This effect is more considerable in fine-graded than coarse-grained soils. The objective of this study is improving soil durability and strength in continues freezing-thawing cycles. For getting this purpose mixture of Polyvinyl Acetate (PVAc) and Ethylene Glycol Monobutyl Ether (EGBE) has been added to fine-grained soil and final prepared samples were tested at different freezing-thawing cycles. PVAc was mixed with 1%, 2% and 3% of soil weight. Half of PVAc weight was used as weight of EGBE. Freezing-Thawing cycles were exposed to samples and they were tested at different cycles. Results showed that adding mixture of PVAc+EGBE improved strength and durability of samples up to 10 freezing-thawing cycles. Unconfined compress strength tests were applied to samples and stress and strain of samples were tested on failure time. Behavior of samples was different at different percentages of mixture. Results showed that increasing amount of PVAc from 1% to 2% had more considerable effect on final stress than 2% to 3%. Using higher percentages of PVAc + EGBE mixture leaded to that samples carried more strain before collapsing. Another result gained from tests was that, freezing-thawing effect was more considerable after fourth cycles. It means differences between first and fourth cycles were more considerable than differences between fourth and tenth.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권10호
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• pp.25-32
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• 2012

전기비저항은 이온의 이동성에 의존하며 전기비저항의 활용도는 지하공동, 단층조사, 지하오염도 측정 등 다양한 지반조사 분야에서 증가하고 있다. 본 연구의 목적은 흙의 온도변화에 의한 전기비저항의 변화를 파악하는 것이다. 모래와 실트가 혼합된 시료를 동결시키기 위해 나일론 셀을 제작하였으며 시료의 온도를 변화시키기 위해 시료를 냉동고에 고정하였다. 온도변화에 따른 시료의 전기저항을 측정하기 위해 네 개의 전극을 정사각형 배열로 셀의 옆면에 설치하였다. 시료의 온도가 $20^{\circ}C$에서 $-10^{\circ}C$까지 변화하는 동안 옴의 범칙을 이용하여 포화도가 다른 각 시료(0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 40%, 60%, 100%)의 전기저항을 측정하였으며 측정된 전기저항은 보정과정을 거쳐 전기비저항으로 환산되었다. 실험결과, 실험 초기 $20^{\circ}C$에서는 시료의 포화도가 증가할수록 전기비저항은 감소하였다. 상온에서 온도가 감소함에 따라 전기비저항은 서서히 증가하였으며, 본 연구에서 사용된 시료의 경우 포화도가 15% 이상인 시료들의 전기비저항은 $0^{\circ}C$ 근처에서 급격히 증가하였다. 또한, 동결된 시료의 전기비저항은 포화도와 관계없이 매우 크게 나타났다. 본 연구는 흙의 온도변화와 동결에 따른 전기비저항의 기초적인 정보를 제공하며 동결 깊이 추정과 같은 지반조사 시 전기비저항은 효과적인 방법이 될 수 있음을 보여준다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권5호
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• pp.27-36
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• 2010

본 연구에서는 동상성이 높은 대상 시료에 입경이 다른 3종의 폐타이어분말을 대상으로 서멀 프루브법을 이용하여 $-20^{\circ}C{\sim}+10^{\circ}C$의 온도변화에 따른 열전도율을 실측하는 것과 동시에 펄스형NMR장치를 이용하여 동토중의 부동수분량을 측정하였고 이를 온도함수로 나타내었다. 또한 열전도율 계산모델의 하나인 2상계모델을 발전시켜 3상계 동결토영역에 적용 가능한 새로운 모델을 제안하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.47-56
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• 2014

겨울철의 낮은 기온으로 인하여 지반 내부의 간극수는 동결과 융해를 반복한다. 지반에 이러한 동결-융해작용이 반복되면 흙의 입자구조 변형이 발생하며 이는 지중 기반시설에 손상을 가져올 수 있다. 본 연구는 흙의 동결-융해 과정에서의 탄성파 속도변화를 통하여 흙의 강성 변화 양상을 알아보기 위하여 수행되었다. 40 %, 60 %, 80 %의 3가지 모래-실트의 무게비를 가진 모래-실트 혼합토를 포화도 40 %, 상대밀도 70 %로 동일하게 조성하였다. 각 시료를 동결-융해를 위해 제작된 사각형 형태의 셀에 다짐법으로 조성하였다. 탄성파를 측정하기 위하여 한 쌍의 벤더 엘리먼트와 피에조 디스크 엘리먼트를 시료 양편에 설치하였으며, 시료의 온도 변화 양상을 관찰하기 위하여 탄성파 트랜스듀서와 같은 깊이의 중앙부에 열전대를 설치였다. 조성한 시료에 대하여 시료를 $20^{\circ}C$에서 $-10^{\circ}C$까지 동결시킨 후 $-20^{\circ}C$를 18시간 동안 유지하였으며, 다시 실험실 상온($20^{\circ}C$)까지 온도를 서서히 올려 융해시켰다. 이 과정에서 온도, 전단파, 그리고 압축파를 측정하였다. 연구결과, 융해 이후의 탄성파 속도는 같은 온도의 동결 이전보다 감소하였다. 이때 전단파의 속도가 압축파의 속도보다 더 큰 비율로 감소하는 모습을 보였다. 실트의 함량이 40 %에서 80 %까지 증가함에 따라 탄성파의 속도는 증가하는 양상을 보였다. 본 연구를 통해 동결-융해가 불포화토의 입자구조를 느슨하게 만들며, 그 영향은 압축파에 비해 전단파 속도의 변화에서 잘 나타남을 알 수 있었다.