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초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In winter season, the pore water inside the ground freezes and thaws repetitively due to the cold air temperature. When the freezing-thawing processes are repeated on the ground, the change in soil particle structure occurs and thus the damage of the infrastructure may be following. This study was p...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 동결-융해과정이 흙에 미치는 영향을 탄성파를 통하여 알아보기 위한 실험이 수행되었다. 실트 함량이 40 %, 60 %, 80 %로 각기 다른 모래-실트 혼합토를 조성하여 동결-융해용 셀에 조성하였다.
  • 본 연구는 모래-실트 혼합토가 동결-융해과정을 거치는 과정에서의 전단파 및 탄성파의 특성을 파악하고, 이를 통하여 흙의 미소변위 거동 특성을 파악하기 위하여 수행되었다. 본 논문은 실험을 위하여 조성된 시료의 특성으로부터 시작하여 본 실험을 수행하기 위하여 제작된 셀의 특징, 탄성파 측정 시스템에 대하여 기술하였으며, 마지막으로 시료의 동결 및 융해과정에서의 온도변화에 따른 탄성파 특성에 대하여 분석하였다.
  • 본 연구는 모래-실트 혼합토가 동결-융해과정을 거치는 과정에서의 전단파 및 탄성파의 특성을 파악하고, 이를 통하여 흙의 미소변위 거동 특성을 파악하기 위하여 수행되었다. 본 논문은 실험을 위하여 조성된 시료의 특성으로부터 시작하여 본 실험을 수행하기 위하여 제작된 셀의 특징, 탄성파 측정 시스템에 대하여 기술하였으며, 마지막으로 시료의 동결 및 융해과정에서의 온도변화에 따른 탄성파 특성에 대하여 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
온도, 전단파, 그리고 압축파를 활용한 흙의 거동 변화를 분석한 결과는 어떠한가? (1) 모래-실트 혼합토가 동결 및 융해되는 과정에서, 간극수 의 상변화로 인하여 0 ℃ 이하에서 탄성파의 속도는 상온에 비하여 급격히 증가하고 주파수도 크게 증가하는 모습을 보인다. 이는 간극수가 액체에서 고체로 상변화 함에 따라 입자 간의 결합력과 접촉면적이 크게 증가하여 강성이 증가하였기 때문이다. (2) 상온에서 모래-실트 혼합토의 동결 이전의 탄성파 속도 에 비하여 융해 이후의 탄성파 속도가 감소하는 모습을 나타내었다. 탄성파의 속도는 입자구조, 강성, 접촉면의 수에 좌우되며, 탄성파 속도의 감소는 동결-융해로 인해 입자구조가 느슨해져 입자 간의 접촉면이 감소한 결과 로 보인다. (3) 실트의 함량이 증가함에 따라 전단파 및 압축파가 증가 하는 모습을 보이며, 이는 입자 입경이 작은 실트의 비율이 커짐에 따라 입자 비표면적이 증가하고 접촉면이 증가하였기 때문으로 판단된다. (4) 동결-융해 이전과 이후의 전단파의 속도변화 비율이 압 축파의 속도변화 비율에 비하여 크게 나타났다. 이는 본 실험에 사용된 40 % 포화도는 압축파의 속도의 경우 수 렴구간에 속하는 반면 전단파의 속도는 민감하게 변화 하는 구간에 속하기 때문으로 판단된다. 즉 동결-융해가 지반에 미치는 영향을 관찰하기 위한 비파괴 실험을 위 하여, 압축파보다 전단파의 활용이 더 효과적일 것으로 판단된다.
흙의 동결-융해작용은 흙에 어떤영향을 끼치는가? 동결-융해작용이 지반에 미치는 영향을 분석하기 위하여 다양한 연구가 수행되었다. 흙의 동결-융해작용은 흙의 입자구조를 느슨하게 하고, 결합력을 감소시키며 강성의 저 하를 일으킨다(Graham & Au, 1985; Qi et al., 2008).
많은 연구자들에 의하여 지반의 특성 규명을 위해 주로 사용하는 방법은? 탄성파는 흙의 미소변위에서의 거동을 비파괴적으로 판 단할 수 있는 방법으로서, 많은 연구자들에 의하여 지반의 특성 규명을 위하여 사용되었다(Lee & Lee, 2006; Yoon et al., 2009).
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참고문헌 (31)

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  31. Zumdahl, S.S. and Zumdahl, S.A. (2008), Chemistry (8th edition), Florence, Kentucky: Cengage Learning, 1184 p. 

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