본 연구에서는 석분슬러지 혼합토를 복구토로 활용할 경우 조성되는 매립사면의 안정성 기준을 마련하였다. 이를 위하여 먼저 석분슬러지와 원지반토의 혼합비율을 5가지로 구분하고 각각에 대한 토질시험을 실시하였다. 실험결과 석분슬러지의 혼합비율이 감소할수록 전단강도 및 최대건조단위중량이 증가하는 경향을 나타내었다. 성토사면에 대한 국내외의 사면안전율 기준에 대한 조사를 토대로 석분슬러지 혼합토 매립사면의 사면안정등급을 불안정, 주의 및 안정의 3단계로 구분하였다. 석분슬러지 혼합토 매립사면에 대한 사면안정해석을 실시하여 안전한 사면높이, 사면경사 및 석분슬러지 혼합비율을 제안하였다. 매립사면에 대한 사면안정해석결과 석분슬러지 혼합토 성토사면의 사면높이를 10 m로 할 경우 사면경사는 1 : 1.8 이상 되도록 매립하여야 안정함을 알 수 있다. 그리고 사면높이를 15 m로 할 경우 석분슬러지 함유율이 50%이하로 하고 사면경사는 1 : 1.8 이상 되도록 매립하여야 안정함을 알 수 있다. 사면경사, 사면높이 및 석분슬러지 함유율이 동일한 조건일 경우 채석현장 내부의 절취암반에 접하여 매립된 사면과 평지에 성토하여 매립된 사면의 사면안정해석결과는 유사함을 알 수 있다. 이와 같은 석분슬러지 혼합토 매립사면의 안정성 기준은 채석현장에서 실무적으로 이용할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 석분슬러지 혼합토를 복구토로 활용할 경우 조성되는 매립사면의 안정성 기준을 마련하였다. 이를 위하여 먼저 석분슬러지와 원지반토의 혼합비율을 5가지로 구분하고 각각에 대한 토질시험을 실시하였다. 실험결과 석분슬러지의 혼합비율이 감소할수록 전단강도 및 최대건조단위중량이 증가하는 경향을 나타내었다. 성토사면에 대한 국내외의 사면안전율 기준에 대한 조사를 토대로 석분슬러지 혼합토 매립사면의 사면안정등급을 불안정, 주의 및 안정의 3단계로 구분하였다. 석분슬러지 혼합토 매립사면에 대한 사면안정해석을 실시하여 안전한 사면높이, 사면경사 및 석분슬러지 혼합비율을 제안하였다. 매립사면에 대한 사면안정해석결과 석분슬러지 혼합토 성토사면의 사면높이를 10 m로 할 경우 사면경사는 1 : 1.8 이상 되도록 매립하여야 안정함을 알 수 있다. 그리고 사면높이를 15 m로 할 경우 석분슬러지 함유율이 50%이하로 하고 사면경사는 1 : 1.8 이상 되도록 매립하여야 안정함을 알 수 있다. 사면경사, 사면높이 및 석분슬러지 함유율이 동일한 조건일 경우 채석현장 내부의 절취암반에 접하여 매립된 사면과 평지에 성토하여 매립된 사면의 사면안정해석결과는 유사함을 알 수 있다. 이와 같은 석분슬러지 혼합토 매립사면의 안정성 기준은 채석현장에서 실무적으로 이용할 수 있을 것으로 판단된다.
In this paper, the stability standards of slopes reclaimed by soils mixed with stone dust were proposed to manage the stone dust as recovery soils. First of all, the mixed ratio between stone dust and natural soil is classified into 5 groups, and a series of soil test was performed in each group. As...
In this paper, the stability standards of slopes reclaimed by soils mixed with stone dust were proposed to manage the stone dust as recovery soils. First of all, the mixed ratio between stone dust and natural soil is classified into 5 groups, and a series of soil test was performed in each group. As the results of tests, the shear strength and the maximum dry unit weight were increased in decrease of the mixed ratio of stone dust. On the basis of the investigation to the safety factor standards of embankment slopes in and outside the country, a slope stability rank of slopes reclaimed by mixed soils were divided into 3 stages such as unstable stage, attention stage and stable stage. The slope angle, the slope height and the mixed ratio with stone dust were proposed by the result of stability analysis of slopes reclaimed by mixed soils. As the result of slope stability analysis, the slope angle of 1 : 1.8 at the reclaimed slope should be constructed in case of the slope height of 10 m. Also, the slope angle of 1 : 1.8 and the mixed ratio of stone dust less than 50% should be constructed in case of the slope height of 15 m. The analysis result of reclaimed slope constructed inside the quarry is similar to that of reclaimed slope constructed on the open ground in same conditions of the slope angle, the slope height and the mixed ratio with stone dust. The proposed stability standards of slopes reclaimed by soils mixed with stone dust can be used practically at the quarrying site.
In this paper, the stability standards of slopes reclaimed by soils mixed with stone dust were proposed to manage the stone dust as recovery soils. First of all, the mixed ratio between stone dust and natural soil is classified into 5 groups, and a series of soil test was performed in each group. As the results of tests, the shear strength and the maximum dry unit weight were increased in decrease of the mixed ratio of stone dust. On the basis of the investigation to the safety factor standards of embankment slopes in and outside the country, a slope stability rank of slopes reclaimed by mixed soils were divided into 3 stages such as unstable stage, attention stage and stable stage. The slope angle, the slope height and the mixed ratio with stone dust were proposed by the result of stability analysis of slopes reclaimed by mixed soils. As the result of slope stability analysis, the slope angle of 1 : 1.8 at the reclaimed slope should be constructed in case of the slope height of 10 m. Also, the slope angle of 1 : 1.8 and the mixed ratio of stone dust less than 50% should be constructed in case of the slope height of 15 m. The analysis result of reclaimed slope constructed inside the quarry is similar to that of reclaimed slope constructed on the open ground in same conditions of the slope angle, the slope height and the mixed ratio with stone dust. The proposed stability standards of slopes reclaimed by soils mixed with stone dust can be used practically at the quarrying site.
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문제 정의
본 연구에서는 석분슬러지 혼합토를 복구토로 활용할 경우 조성되는 매립사면의 안정성 기준을 마련하였다. 이를 위하여 먼저 석분슬러지와 원지반토의 혼합비율에 따른 지반 물성치의 변화를 조사하였다.
본 연구에서는 석분슬러지를 원지반토와 혼합하여 복 구토로 활용할 때 매립된 사면의 안정성을 검토하기 위하여 국내에서 개발된 SLOPILE(Ver 3.0)프로그램을 사 용하였다. SLOPILE(Ver 3.
본 연구에서는 석분슬러지와 원지반토의 혼합토를 대상으로 석분슬러지 혼합비율에 따른 공학적 특성을 분석하고, 이를 토대로 석분슬러지 혼합토 매립사면의 안정성을 검토하고자 한다. 현재 시공되었거나 시공되고 있는 사례를 중심으로 시공방법, 사면경사, 사면높이, 석분슬러지의 혼합비율을 선정하여 석분슬러지 혼합사면의 안정성 검토를 실시한다.
성토사면에 대한 국내외의 사면안전율 기준을 조사하고, 이를 토대로 하여 연구지역에 적용할 수 있는 사면안전율의 기준을 제시하고자 한다. 그리고 사면안전율의기준을 근거로 사면안정성 등급을 선정하고자 한다.
사면안정해석법은 한계평형해석으로 사면안정성을 평가하기 위해 가장 많이 이용되고 있는 Bishop의 간편법(Bishop, 1955)을 적용한다. 이상의 결과를 토대로 하여 석분슬러지와 원지반토의 혼합 토를 복구토로 활용할 경우 조성되는 매립사면의 안정성을 검토함으로써 각 채석현장들에서 실무적으로 이용할 수 있도록 적절한 시공기준을 제시하고자 한다.
그리고 석분슬러지와 원지반토의 혼합비율(석 분슬러지 : 원지반토)을 75%:25%, 50%:50% 및 25% : 75% 로 각각 구분하고, 사면의 높이가 10 m와 15 m일 경우를 대상으로 하여 사면안정해석을 실시하였다. 이상의 해석결과를 토대로 하여 석분슬러지를 원지반토와 흔 합해서 복구토로 활용할 때 적절한 사면의 시공기준을 제시하고자 한다.
실시하였다. 혼합비율에 따른 혼합토의 전체 단위중량을 직접적으로 산정하기 어려우므로, 다짐시험을 통하여 최적함수비와 최대건조단위중량을 산정하고 이때 최대건조단위중량을 사면안정해석시 활용하고자 하였다. Table 5는 석분슬러지와 원지반토의 혼합비율에 따른 최대건조단위중량을 정리한 것이다.
가설 설정
경기도 양주시의 S사와 충청남도 공주시의 A사 현장에서 채취된 석분슬러지와 원지반토를 일정한 비율로 섞은 혼합토를 복구토로 활용하는 것으로 가정하여 사면안정해석을 실시하였다. 사면안정해석을 수행함에 있어 혼합토층의 물성치는 석분슬러지와 원지반토의 혼합비율(석분슬러지 :원지반토)을 75%: 25%, 50% : 50% 및 25%: 75%일 때를 대상으로 하였으며, 경암층의 물성치는 기존의 사면설계시 사용되었던 값(한국도로공사, 1998)을 적용하였다.
제안 방법
2. 석분슬러지와 원지반토의 혼합토에서 석분슬러지의 혼합비율에 따라 5가지로 구분하고 각각에 대한 토질 특성을 조사하였다. 조사결과 석분슬러지의 혼합비율이 증가할수록 점착력이 증가하고 내부마찰각 및 최대건조단위 중량은 감소함을 알 수 있다.
3. 국내외에서 적용되고 있는 성토사면에 대한 소요사면 안전율 기준들과 석분슬러지 혼합토 성토사면의 현장 상황을 고려하여 소요 사면안전율을 제안하였다. 그리고 이를 토대로 석분슬러지 혼합토의 매립사면에 대한 사면안정 등급을 불안정, 주의 및 안정의 3단계로 구분하였다.
기준을 제시하고자 한다. 그리고 사면안전율의기준을 근거로 사면안정성 등급을 선정하고자 한다.
8 및 1 : 2의 세가지 경우로 구분하여 각각에 대한 사면안정해석을 실 시하였다. 그리고 석분슬러지와 원지반토의 혼합비율(석 분슬러지 : 원지반토)을 75%:25%, 50%:50% 및 25% : 75% 로 각각 구분하고, 사면의 높이가 10 m와 15 m일 경우를 대상으로 하여 사면안정해석을 실시하였다. 이상의 해석결과를 토대로 하여 석분슬러지를 원지반토와 흔 합해서 복구토로 활용할 때 적절한 사면의 시공기준을 제시하고자 한다.
이를 위하여 먼저 석분슬러지와 원지반토의 혼합비율에 따른 지반 물성치의 변화를 조사하였다. 그리고 성토사면에 대한 국내외의 사면안전율 기준을 조사하여 석분슬러지의 혼합토 매립사면에 대한 사면안전율의 기준을 제시하였다. 이를 토대로 석분슬러지 혼합토 매립사면조성시 안전한 시공방법, 사면높이, 사면경사 및 석분슬러지 혼합비율을 제안하였다.
국내외에서 적용되고 있는 성토사면에 대한 소요사면 안전율 기준들과 석분슬러지 혼합토 성토사면의 현장 상황을 고려하여 소요 사면안전율을 제안하였다. 그리고 이를 토대로 석분슬러지 혼합토의 매립사면에 대한 사면안정 등급을 불안정, 주의 및 안정의 3단계로 구분하였다.
8로 시공하도록 규정하고 있다. 따라서 본 연구에서는 사면의 경사를 1 :1.5, 1:1.8 및 1 : 2의 세가지 경우로 구분하여 각각에 대한 사면안정해석을 실 시하였다. 그리고 석분슬러지와 원지반토의 혼합비율(석 분슬러지 : 원지반토)을 75%:25%, 50%:50% 및 25% : 75% 로 각각 구분하고, 사면의 높이가 10 m와 15 m일 경우를 대상으로 하여 사면안정해석을 실시하였다.
먼저 석분슬러지와 원지반토에 대한 각각의 공학적 특성을 조사하기 위하여 각각에 대한 토질시험을 실시 하였으며, 석분슬러지와 원지반토의 혼합토에 대한 특성을 조사하기 위하여 혼합비율을 조절하여 토질시험을 실 시하였다
사면안정해석은 실제 현장에서 수행되고 있는 매립형태를 고려하여 채석현장 내부에 절취암반에 인접하여 매립된 사면과 평지에 성토되어 매립된 사면을 대상으로 실시하였다. Fig.
사면안정해석은 채석현장 내부의 절취암반에 접하여 매립되는 경우와 평지에 성토하여 매립하는 경우로 나누어 실시하였다. 어떤 채석현장들은 지하 깊이까지의 암반을 채석함으로써 생긴 지하공간에 원지반토와 석분 슬러지를 혼합해서 되메우기를 하는 경우가 있는데, 이러한 경우는 사면이 형성되지 않으므로 검토대상에서 제 외하였다.
화강암질 편마암이다. 석분슬러지 및 원지반토의공학적 특성을 조사하기 위하여 함수비시험 (KSF 2306), 액성한계 및 소성한계시험(KSF 2303), 입도시험(KSF 2302) 등을 실시하였다. Table 2는 대상지역의 석분슬러지와 원지반토의 공학적 특성을 나타낸 것이다.
석분슬러지와 원지반토의 혼합비율에 따른 전단강도즉, 점착력 및 내부마찰각의 변화를 살펴보기 위하여 일련의 직접전단시험(KSF 2343)을 실시하였다. 직접전단시험은 전단강도를 결정하기 위해서 가장 오래된 시험방법으로서 현재까지도 가장 많이 활용되고 있는 시험이다.
마련하였다. 이를 위하여 먼저 석분슬러지와 원지반토의 혼합비율에 따른 지반 물성치의 변화를 조사하였다. 그리고 성토사면에 대한 국내외의 사면안전율 기준을 조사하여 석분슬러지의 혼합토 매립사면에 대한 사면안전율의 기준을 제시하였다.
한다. 이를 위하여 석분슬러지와 원지반토의 혼합비율을 조절하여 다양한 흔합토를 만들고, 각각에 대한 토질시험을 실시하여 혼합비율에 따른 혼합토의 공학적 특성을 조사하였다. 특히, 석분슬러지와 원지반토의 혼합토를 이용하여 매립된 사면의 안정성을 검토하기 위하여 전단 강도 정수를 산정하였다.
그리고 성토사면에 대한 국내외의 사면안전율 기준을 조사하여 석분슬러지의 혼합토 매립사면에 대한 사면안전율의 기준을 제시하였다. 이를 토대로 석분슬러지 혼합토 매립사면조성시 안전한 시공방법, 사면높이, 사면경사 및 석분슬러지 혼합비율을 제안하였다. 이상의 결과들을 정리하면 다음과 같다.
이를 위하여 석분슬러지와 원지반토의 혼합비율을 조절하여 다양한 흔합토를 만들고, 각각에 대한 토질시험을 실시하여 혼합비율에 따른 혼합토의 공학적 특성을 조사하였다. 특히, 석분슬러지와 원지반토의 혼합토를 이용하여 매립된 사면의 안정성을 검토하기 위하여 전단 강도 정수를 산정하였다. Table 3은 석분슬러지와 원지반 토의 혼합비율을 나타낸 것으로 크게 5가지로 구분하였다.
검토하고자 한다. 현재 시공되었거나 시공되고 있는 사례를 중심으로 시공방법, 사면경사, 사면높이, 석분슬러지의 혼합비율을 선정하여 석분슬러지 혼합사면의 안정성 검토를 실시한다. 사면안정해석법은 한계평형해석으로 사면안정성을 평가하기 위해 가장 많이 이용되고 있는 Bishop의 간편법(Bishop, 1955)을 적용한다.
대상 데이터
Table 1은 석분슬러지 및 원지반토 시료를 채취한 연구대상 채석장을 나타낸 것이다. Table 1 에서 보는 바와 같이 시료채취는 경기도 양주시의 S 사와 충청남도 공주시의 A사이다. 각종 토질시험을 수행하기 위한 시료는 현장에서 발생직후의 석분슬러지와 매립용으로 사용 중에 있는 원지반토를 시료상자에 담아서 채취하였다.
Table 1 에서 보는 바와 같이 시료채취는 경기도 양주시의 S 사와 충청남도 공주시의 A사이다. 각종 토질시험을 수행하기 위한 시료는 현장에서 발생직후의 석분슬러지와 매립용으로 사용 중에 있는 원지반토를 시료상자에 담아서 채취하였다. Fig.
본 연구에서는 2개의 채석장을 직접 방문하여 골재를 생산할 때 발생된 석분슬러지와 함께 매립 또는 야적시에 석분슬러지와 혼합해서 사용되는 현장주변의 원지반 토를 채취하였다. Table 1은 석분슬러지 및 원지반토 시료를 채취한 연구대상 채석장을 나타낸 것이다.
실시하였다. 사면안정해석을 수행함에 있어 혼합토층의 물성치는 석분슬러지와 원지반토의 혼합비율(석분슬러지 :원지반토)을 75%: 25%, 50% : 50% 및 25%: 75%일 때를 대상으로 하였으며, 경암층의 물성치는 기존의 사면설계시 사용되었던 값(한국도로공사, 1998)을 적용하였다. 사면안정해석에 적용된 혼합토층 및 경암층의 지반물성치를 정리하면 Table 10과 같이 나타낼 수 있다.
3은 경기도의 S사 봉재사업소에서 채취한 석분슬러지 및 원지반토를 나타낸 것이다. 현장에서 채취한 석분슬러지와 원지반토는 밀봉한 상태로 현장조건이 최대한 유지되도록 실험실로 운반하였다.
이론/모형
현재 시공되었거나 시공되고 있는 사례를 중심으로 시공방법, 사면경사, 사면높이, 석분슬러지의 혼합비율을 선정하여 석분슬러지 혼합사면의 안정성 검토를 실시한다. 사면안정해석법은 한계평형해석으로 사면안정성을 평가하기 위해 가장 많이 이용되고 있는 Bishop의 간편법(Bishop, 1955)을 적용한다. 이상의 결과를 토대로 하여 석분슬러지와 원지반토의 혼합 토를 복구토로 활용할 경우 조성되는 매립사면의 안정성을 검토함으로써 각 채석현장들에서 실무적으로 이용할 수 있도록 적절한 시공기준을 제시하고자 한다.
성능/효과
1. 대상지역의 석분슬러지는 비중 2.72-2.77, 함수비 22.24%-22.63%, 소성지수 12.23%-14.31% 범위에 있으며, 통일분류법에 의한 토질분류에서는 점토질 모래(SC) 로 분류할 수 있다. 한편, 대상지역 원지반토의 비중은 2.
4. 석분슬러지 혼합토 매립사면에서 사면경사, 사면높이 및 석분슬러지 함유율이 동일한 조건일 경우 채석현장 내부의 절취암반에 접하여 매립된 사면과 사면과 평지에 성토하여 매립된 사면의 사면안정해석결과는 유사함을 알 수 있다.
5. 석분슬러지 혼합토 매립사면 조성시 사면높이를 10m로 할 경우 사면경사는 1:1.8 이상 되도록 매립하여야 하며, 사면높이를 15 m로 할 경우 석분슬러지 함유율이 50%이하로 하고 사면경사는 1 : 1.8 이상 되도록 매립하여야 안정함을 알 수 있다.
57t/m2일 경우 혼합토에서 석분슬러지의 혼합비율에 따른 전단강도를 나타낸 것이다. Fig. 4에서 보는 바와 같이 석분슬러지의 혼합비율이 감소됨에 따라 전단강도는 증가하는 것으로 나타났으며,석분슬러지의 혼합비율이 25%인 경우가 가장 큰 전단강도를 가지는 것으로 분석되었다. 이러한 결과에 따르면 석분슬러지의 혼합비율이 증가될수록 전단강도가 작아지는 경향을 나타내므로 혼합토의 사면활동에 대한 저항력 역시 감소될 것으로 예상된다.
Table 11, 12에서 보는 바와 같이 석분슬러지 혼합토 매립사면에서 사면경사, 사면높이 및 석분슬러지 함유율이 동일한 조건일 경우 채석 현장 내부의 절취암반에 접하여 매립할 경우와 사면과 평지에 성토하여 매립할 경우 사면안정해석 결과는 유사한 것으로 나타났다. 각각의 조건에 대한 사면안정해석 결과를 살펴보면 사면의 높이가 15 이인 경우 사면 경사가 1 : 2이면 안정한 것으로 나타났으며, 석분슬러지 함유량이 50%이상 이고 사면경사가 1 : 1.2이면 불안정한 것으로 나타났다. 만약 사면경사가 1:1.
조사결과 석분슬러지의 혼합비율이 증가할수록 점착력이 증가하고 내부마찰각 및 최대건조단위 중량은 감소함을 알 수 있다. 그리고 석분슬러지의 혼합비율이 감소할수록 지반의 전단강도는 증가함을 알 수 있다.
사면안전율이란 주어진 사면활동면에 대해 토층의 전단강도를 현재의 전단응력으로 나눈 값이다. 따라서 이론상으로는 산정된 사면안전율이 1 보다 크면 사면은 안전한 셈이지만, 실제에 있어서는 안전율이 소요안전율이상이 되어야 안정한 것으로 판정한다. 사면의 활동에 대한 안전율은 해석방법에 따라 각각 다를 수 있으며, 설계할 때 자료의 불확실성을 보상하는계수로서의 뜻이 강하다.
23%로서 유사한 것으로 나타났다. 석분슬러지의 모래 및 점토의 함유율을 살펴보면 양주시 S 사의 경우 61.53% 및 38.47%, 공주시 A사의 경우 86.82% 및 13.18%로서 양주시 S사가 점토함유율이 더 큰 것으로 나타났다. 그러나 통일분류법에 의한 토질분류에서는 점토질 모래(SC)로 동일하게 분류되었다.
Table 2는 대상지역의 석분슬러지와 원지반토의 공학적 특성을 나타낸 것이다. 석분슬러지의 비중을 살펴보면 양주시 S사의 경우 2.72, 공주시 A사의 경우 2.77이며, 함수비 및 소성지수는 양주시 S사의 경우 22.24% 및 14.31%, 공주시 A사의 경우 22.63% 및 12.23%로서 유사한 것으로 나타났다. 석분슬러지의 모래 및 점토의 함유율을 살펴보면 양주시 S 사의 경우 61.
이상의 결과를 토대로 하여 석분슬러지 혼합토 성토사면의 사면높이를 10 m로 할 경우 사면경사는 1 : 1.8 이상 되도록 매립하여야 안정함을 알 수 있다. 그리고 사면높이를 15 m로 할 경우 석분슬러지 함유율이 50% 이하로 하고 사면경사는 1 : 1.
이상의 조사결과를 정리하여 보면, 국내외에서 적용 되고 있는 소요안전율은 대상지역과 규모, 구조물의 중 요성 등에 따라 서로 다르나 성토사면의 경우에는 일반적으로 정도의 범위의 사면안전율이 사용되고 있음을 알 수 있다.
석분슬러지와 원지반토의 혼합토에서 석분슬러지의 혼합비율에 따라 5가지로 구분하고 각각에 대한 토질 특성을 조사하였다. 조사결과 석분슬러지의 혼합비율이 증가할수록 점착력이 증가하고 내부마찰각 및 최대건조단위 중량은 감소함을 알 수 있다. 그리고 석분슬러지의 혼합비율이 감소할수록 지반의 전단강도는 증가함을 알 수 있다.
8이다. 해석결과 사면안전율은 한 층의 사면 높이가 10m일 경우 1.63로서 안정한 것으로 나타났으나, 사면높이가 15 m일 경우는 1.48으로 주의가 요망되는 것으로 나타났다. 한편, Fig.
8이다. 해석결과 사면안전율은 한 층의 사면높이가 10 m일 경우는 1.62로서 안정한 것으로 나타났으나, 사면높이가 15m일 경우는 1.48으로서 주의가 요망되는 것으로 나타났다.
후속연구
사면의 소요안전율은 지반의 물성 및 사면의 기하학 적 조건에 대한 불확실성, 사면의 시공비용, 사면붕괴시 피해정도, 영구 혹은 가설구조물 여부, 그리고 강우조건 등에 따라 결정된다. 즉, 사면의 안전율은 재하조건하에서 피해의 정도와 경제성에 따라 결정되며 이를 고려하여 타당성이 있는 소요안전율을 적용하여야 할 것이다.
Fellenius, W., 1936, 'Calculation of the stability of earth dams' Transactions Seond Congress on Large Dam, Int. Com. on Large Dams of the World Power Conference, 4, 445-462
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