[논문]포화도에 따른 동결토의 탄성파 특성 변화

박정희; 강민구; 이종섭

doi:10.12652/ksce.2013.33.3.1063

포화도에 따른 동결토의 탄성파 특성 변화
Variation in Characteristics of Elastic Waves in Frozen Soils According to Degree of Saturation 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.33 no.3, 2013년, pp.1063 - 1075

박정희 (고려대학교 건축사회환경공학부) , 강민구 (고려대학교 건축사회환경공학부) , 이종섭 (고려대학교 건축사회환경공학부)

초록
AI-Helper

극한지 지반의 설계정수 산정을 위해 동결토의 강도 특성은 매우 중요한 요인이며 이를 파악하기 위해서는 동결토의 기본적인 특성을 파악하는 것이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 동결토의 구성 성분 및 물리적 구조를 반영하는 탄성파에 대한 기초적인 정보를 제공하기 위해 포화도에 따른 동결토의 탄성파 특성을 파악하고자 하였다. 시료를 동결시키기 위해 동결 용 셀을 제작하였으며 포화도가 각각 10%, 40%, 100%인 시료를 조성하였다. 시료가 동결되는 동안 탄성파를 측정하기 위해 전단파 트랜스듀서로서 벤더엘리먼트를 사용하였으며, 압축파 트랜스듀서로서 피에조 디스크 엘리먼트를 사용하였다. 포화도가 다른 세 가지 시료의 온도가 $20^{\circ}C$에서 $-10^{\circ}C$까지 변하는 동안 압축파 및 전단파 신호를 측정하였으며, 이를 토대로 탄성파 속도, 공진주파수 및 진폭의 변화를 파악하였다. 또한 탄성파 속도를 이용해 포화도가 다른 동결토의 포아송 비를 분석하였다. 시료가 동결된 이후에 포화도가 큰 시료의 탄성파 속도가 가장 크게 나타났다. 또한 탄성파 속도와 공진주파수의 변화는 매우 유사하게 나타났고 그 변화는 동시에 발생하였다. 압축파와 전단파의 진폭은 시료가 동결되는 $0^{\circ}C$에서 각기 다른 양상을 나타내었다. 본 연구는 동결토의 구조적 매커니즘에 대한 정보를 제공하는 탄성파 특성을 시료의 포화도에 따라 파악하고자 하였다는 점에서 의의가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The strength of frozen soils is one of the significant design parameters for the construction in frozen ground. The properties of frozen soils should be investigated to understand the strength of frozen soils. The objective of this study is to figure out the characteristics of elastic waves in frozen soils, which reflect the constituent and physical structure of frozen soils in order to provide fundamental information of those according to the degree of saturation. Freezing cell is manufactured to freeze specimens, which are prepared with the degree of saturation of 10%, 40%, and 100%. Piezo disk elements are used as the compressional wave transducers and Bender elements are used as the shear wave transducers. While the temperature of specimens changes from $20^{\circ}C$ to $-10^{\circ}C$, the velocities, resonant frequencies and amplitudes of the compressional and shear waves are investigated based on the elastic wave signatures. Experimental results reveal that the elastic wave velocities increase as the degree of saturation increases. The variation of resonant frequencies coincide with that of elastic wave velocities. A marked discrepancy in amplitudes of compressional and shear waves are observed at the temperature of $0^{\circ}C$. This study renders the basic information of elastic waves in frozen soils according the degree of saturation.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	액침법의 측정방법은?	2006; Christ and Park, 2009). 액침법은 저온의 온도(≈-20℃)로 동결된 시료를 등유로 채운 수조에 넣은 후, 동결된 시료를 녹이면서 탄성파 속도만을 측정한다. 여기서 동결토의 압축파 속도는 압축파 트랜스듀서를 이용하여 직접 측정되지만 동결된 시료의 전단파 속도는 모드변환(mode conversion)의 원리를 이용하여 간접적으로 측정된다.
	탄성파를 적용할 수 있는 분야는?	1988; Rose, 1999)이다. 탄성파를 이용하여 연약지반의 탄성계수 및 간극비 평가, 흙의 특성연구, 록볼트의 건전도 평가, 지반내의 불연속 물질 탐측등과 같이 탄성파의 적용분야는 점점 확대되고 있다(Yoon et al. 2010; Cho and Santamarina, 2001; 유정동 등.
	액침법을 이용한 동결토의 탄성파 특성 파악의 한계는?	액침법을 이용한 동결토의 탄성파 특성 파악은 다음과 같은 한계를 보여준다. 첫째, 시료를 등유 속에 넣고 탄성파를 측정하기 때문에 시료의 자립을 위해서 시료를 저온으로 얼린 후, 녹이면서 탄성파를 측정해야 한다. 둘째, 등유 속의 시료는 표면부터 녹기 때문에 시료의 자립이 어려워지는 0℃ 근처에서의 탄성파 속도를 산정할 수 없다. 마지막으로 속도, 주파수 및 진폭으로 구성되는 탄성파의 특성 중 동결토의 탄성파 속도만을 파악할 수 있다.

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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