동토지반을 구성하는 지층 중 표층에 분포하는 활동층은 계절에 따라 동결과 융해를 반복하여 지표면의 동상을 야기한다. 동상 높이는 활동층의 두께에 큰 영향을 받으므로, 동토지반 상부 인프라시설의 안전한 설계 및 시공을 위하여 활동층의 두께 산정은 매우 중요한 부분을 차지한다. 본 연구에서는 경량화된 원위치 관입시험 방법인 동적 콘 관입기를 이용하여 동토지반에서 활동층이 분포하는 심도를 평가하고자 하였다. 동적 콘 관입시험을 적용하기 위한 대상현장으로서 알래스카에 위치한 솔로몬 지역의 동토지반이 선택되었으며, 해당 지역의 두 개소에서 지중온도계측 및 동적 콘 관입시험이 수행되었다. 적용실험 결과 동적 콘 관입시험으로부터 획득된 동적 콘 관입지수는 활동층 및 영구동토층에서 서로 상이한 값을 나타내는바 동적 관입특성에 따른 활동층과 영구동토층의 경계부 심도가 산정되었으며, 경계부 심도에서 아이스 렌즈층으로 판단되는 구간이 감지되었다. 해당 개소에서 획득된 지중온도분포도에서 영상 및 영하 온도의 경계 심도는 본 연구의 동적 콘 관입시험으로부터 획득된 활동층 분포 심도와 부합하는 결과를 보였다. 본 연구에서 적용된 동적 콘 관입기는 대형장비의 접근 및 적용에 한계가 있는 극한지 동토 지역의 활동층 심도평가를 위하여 활용될 수 있을 것이라 기대된다.
동토지반을 구성하는 지층 중 표층에 분포하는 활동층은 계절에 따라 동결과 융해를 반복하여 지표면의 동상을 야기한다. 동상 높이는 활동층의 두께에 큰 영향을 받으므로, 동토지반 상부 인프라시설의 안전한 설계 및 시공을 위하여 활동층의 두께 산정은 매우 중요한 부분을 차지한다. 본 연구에서는 경량화된 원위치 관입시험 방법인 동적 콘 관입기를 이용하여 동토지반에서 활동층이 분포하는 심도를 평가하고자 하였다. 동적 콘 관입시험을 적용하기 위한 대상현장으로서 알래스카에 위치한 솔로몬 지역의 동토지반이 선택되었으며, 해당 지역의 두 개소에서 지중온도계측 및 동적 콘 관입시험이 수행되었다. 적용실험 결과 동적 콘 관입시험으로부터 획득된 동적 콘 관입지수는 활동층 및 영구동토층에서 서로 상이한 값을 나타내는바 동적 관입특성에 따른 활동층과 영구동토층의 경계부 심도가 산정되었으며, 경계부 심도에서 아이스 렌즈층으로 판단되는 구간이 감지되었다. 해당 개소에서 획득된 지중온도분포도에서 영상 및 영하 온도의 경계 심도는 본 연구의 동적 콘 관입시험으로부터 획득된 활동층 분포 심도와 부합하는 결과를 보였다. 본 연구에서 적용된 동적 콘 관입기는 대형장비의 접근 및 적용에 한계가 있는 극한지 동토 지역의 활동층 심도평가를 위하여 활용될 수 있을 것이라 기대된다.
An active layer distributed on surface of an extreme cold region causes a frost heave by repeating the freezing and thawing according to the seasonal temperature change. Since the height of frost heave is greatly affected by the thickness of active layer, an accurate evaluation of the thickness of a...
An active layer distributed on surface of an extreme cold region causes a frost heave by repeating the freezing and thawing according to the seasonal temperature change. Since the height of frost heave is greatly affected by the thickness of active layer, an accurate evaluation of the thickness of active layer is necessary for the safe design and construction of the infrastructure in the extreme cold region. In this study, dynamic cone penetrometer, which is miniaturized in-situ penetration device, is applied for the evaluation of active layer depth distribution. As the application tests, two dynamic cone penetration tests were conducted on the study sites located in Solomon and Alaska. In addition, ground temperature variations were obtained. As the results of the application tests, the depth of interface between the active layer and the permafrost was evaluated from the difference in dynamic cone penetration indexes of the active layer and the permafrost, and a layer was detected around the interface considered as an ice lens layer. Also, the interface depths between the above zero and the below zero temperature determined from the ground temperature variations correspond with the interface depths evaluated from the dynamic cone penetration tests. This study demonstrates that the dynamic cone penetrometer may be a useful tool for the evaluation of the active layer in the extreme cold region.
An active layer distributed on surface of an extreme cold region causes a frost heave by repeating the freezing and thawing according to the seasonal temperature change. Since the height of frost heave is greatly affected by the thickness of active layer, an accurate evaluation of the thickness of active layer is necessary for the safe design and construction of the infrastructure in the extreme cold region. In this study, dynamic cone penetrometer, which is miniaturized in-situ penetration device, is applied for the evaluation of active layer depth distribution. As the application tests, two dynamic cone penetration tests were conducted on the study sites located in Solomon and Alaska. In addition, ground temperature variations were obtained. As the results of the application tests, the depth of interface between the active layer and the permafrost was evaluated from the difference in dynamic cone penetration indexes of the active layer and the permafrost, and a layer was detected around the interface considered as an ice lens layer. Also, the interface depths between the above zero and the below zero temperature determined from the ground temperature variations correspond with the interface depths evaluated from the dynamic cone penetration tests. This study demonstrates that the dynamic cone penetrometer may be a useful tool for the evaluation of the active layer in the extreme cold region.
동토지반이 분포하는 극한지 지역은 큰 부피와 무게를 차지하는 기존 지반조사 장비의 접근이 매우 어려우므로 경량화되어 높은 이동성을 보유한 조사장비의 적용이 요구된다. 본 연구에서는 동적 콘 관입기(Dynamic Cone Penetrometer, DCP)를 이용하여 동토지반의 활동층 심도를 평가하고자 하였다.
본 연구에서는 동적 콘 관입기를 이용하여 동토지반의 활동층 심도를 평가하고자 동토지반이 분포하는 현장을 대상으로 동적 콘 관입시험을 수행하였다. 동적 콘 관입시험결과로부터 대상지반의 활동층 및 영구동토층의 경계부 심도를 산정하였으며, 지중 온도센서로부터 획득된 지중온도분포와 상호비교하였다.
제안 방법
대상 동토지반에 대한 동적 콘 관입시험은 약 100m 간격으로 총 2회 수행되었으며, 총 관입심도는각각 900mm 및 850mm이다. 대상 동토지반에서 수행된 동적 콘 관입시험을 통하여 심도에 따른 동적 콘 관입지수를 획득하였으며 활동층 두께, 아이스 렌즈층 두께 및 영구동토층의 경계심도를 산정하였고 각각의 개소에 설치된 온도센서를 통한 지중온도 계측값과 상호비교하였다. 각 층에서 평균동적 콘 관입지수는 활동층의 경우 40.
본 연구에서는 동적 콘 관입기를 이용하여 동토지반의 활동층 심도를 평가하고자 동토지반이 분포하는 현장을 대상으로 동적 콘 관입시험을 수행하였다. 동적 콘 관입시험결과로부터 대상지반의 활동층 및 영구동토층의 경계부 심도를 산정하였으며, 지중 온도센서로부터 획득된 지중온도분포와 상호비교하였다. 본 논문은 활동층 및 동적 콘 관입기에 대하여 개략적으로 설명하며 적용 현장 및 실험과정, 결과의 분석내용을 다룬다.
대상 데이터
동적 콘 관입기를 이용한 활동층 심도평가 대상현장으로서 Fig. 3과 같이 알래스카 솔로몬(Solomon, AK)에 위치한 동토지반이 선택되었다. 해당 현장의 위도 및 경도는 각각 64°50′N, 163°42′W이며 고도는 약 200m이다.
동적 콘 관입기를 이용한 활동층 심도평가를 위하여 알래스카에 위치한 솔로몬 지역(Solomon, AK)의 지반이 대상현장으로써 선택되었다. 대상 동토지반에 대한 동적 콘 관입시험은 약 100m 간격으로 총 2회 수행되었으며, 총 관입심도는각각 900mm 및 850mm이다.
각 온도센서를 통하여 해당 심도의 지중온도를 1시간 간격으로 획득하였으며 24시간 동안 획득된 지중온도를 각각의 심도에 대하여 평균함으로써 관입시험 수행 당시 심도에 따른 평균 지중온도 분포도를 작성, 동적 콘 관입시험의 결과와 상호비교하였다. 본 연구에서의 동적 콘 관입시험은 알래스카 솔로몬 지역의 평균기온이 가장 높은 시기인 7～8월에 수행되었으며, 관입시험 위치에서의 평균기온은 지표면(심도 0mm)에 설치된 온도센서로부터 획득되었다.
성능/효과
동적 콘 관입기를 이용한 활동층 심도평가를 위하여 알래스카에 위치한 솔로몬 지역(Solomon, AK)의 지반이 대상현장으로써 선택되었다. 대상 동토지반에 대한 동적 콘 관입시험은 약 100m 간격으로 총 2회 수행되었으며, 총 관입심도는각각 900mm 및 850mm이다. 대상 동토지반에서 수행된 동적 콘 관입시험을 통하여 심도에 따른 동적 콘 관입지수를 획득하였으며 활동층 두께, 아이스 렌즈층 두께 및 영구동토층의 경계심도를 산정하였고 각각의 개소에 설치된 온도센서를 통한 지중온도 계측값과 상호비교하였다.
대상 동토지반에서 수행된 동적 콘 관입시험을 통하여 심도에 따른 동적 콘 관입지수를 획득하였으며 활동층 두께, 아이스 렌즈층 두께 및 영구동토층의 경계심도를 산정하였고 각각의 개소에 설치된 온도센서를 통한 지중온도 계측값과 상호비교하였다. 각 층에서 평균동적 콘 관입지수는 활동층의 경우 40.4mm/blow, 아이스 렌즈층의 경우 2.2mm/blow, 영구동토층의 경우 2.62mm/blow로 나타나 활동층과 아이스 렌즈층은 경계면의 심도가 명확히 판단되었으나 아이스 렌즈층과 영구동토층의 경우 평균 동적 콘 관입지수의 차이가 매우 작으므로 심도별 누적 타격횟수를 도시함으로써 기울기 변화를 통하여 경계부 심도를 더욱 명확히 판단할 수 있었다. 또한 동적 콘 관입시험 결과로부터 획득된 각각의 활동층 경계부 심도는 온도센서를 이용하여 계측된 영상･영하 경계부와 부합하는 결과를 보여 본 연구에서 수행된 동적 콘 관입시험 결과 및 분석방법은 활동층 두께 및 영구동토층 경계심도를 높은 신뢰도로 산정할 수 있음을 보였다.
62mm/blow로 나타나 활동층과 아이스 렌즈층은 경계면의 심도가 명확히 판단되었으나 아이스 렌즈층과 영구동토층의 경우 평균 동적 콘 관입지수의 차이가 매우 작으므로 심도별 누적 타격횟수를 도시함으로써 기울기 변화를 통하여 경계부 심도를 더욱 명확히 판단할 수 있었다. 또한 동적 콘 관입시험 결과로부터 획득된 각각의 활동층 경계부 심도는 온도센서를 이용하여 계측된 영상･영하 경계부와 부합하는 결과를 보여 본 연구에서 수행된 동적 콘 관입시험 결과 및 분석방법은 활동층 두께 및 영구동토층 경계심도를 높은 신뢰도로 산정할 수 있음을 보였다.
후속연구
본 연구에서 적용된 동적 콘 관입기는 극한지 지역에서의 높은 이동성과 간결한 시험절차로써 활동층의 심도평가를 위한 관입시험 방법으로 유용하게 활용될 수 있을 것이라 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
동토지반은 어떻게 구성되나요?
북극권 동토지반은 러시아, 알래스카, 캐나다, 노르웨이 등에 걸쳐 전 육지의 23%에 해당하는 면적을 차지한다. 동토지반은 계절의 변화에 상관없이 동결상태를 유지하는 영구동토층(Permafrost)과 계절변화에 따라 동결･융해를 반복하는 활동층(Active layer)으로 구성된다(U.S Army and Airforce, 1983).
극한지에서 동적 콘관입기를 사용하는 이유는?
극한지에 분포하는 동토지반은 도로, 철도 등 이송망의 부재로 접근성이 용이하지 않다. 그러므로 표준관입시험(Standard penetration test), 콘 관입시험(Cone penetration test) 등 대형 관입장비가 동반되어야 하는 원위치 관입시험 방법은 적용성에 한계가 있다. Scala(1956)에 의하여 소개된 동적 콘관입기(Dynamic Cone Penetrometer, DCP)는 소형화된 원위치 관입시험 장비로서, 장비의 유지보수가 용이하며 시험방법이 간소하고 이동성이 매우 우수하여 미연방도로국, 미공병단 등 널리 이용되고 있는 시험 방법이다(Mohammadi etal.
북극에는 어떤 자원이 있다고 보고되었나요?
극한지의 경우 철, 구리 등 천연광물이 극지방을 제외한 지역의 매장 총량보다 많을 것으로 예측되어 미래 자원의 보고로 불리고 있다. 특히 북극의 경우 전 세계 확인매장량의 15% 이상에 해당하는 석유자원을 보유하고 있으며, 미발견회수가능(Undiscovered, Technically recoverable) 자원 또한 다량 보존되어 있을 것으로 보고되었다(Smith, 2007). 이에 따라 북극 지역 자원개발을 위한 국내･외 건설업체의 인프라건설, 자원이송망 확보를 위한도로 및 철도건설 등 극한지 전반에 걸친 사업진출이 활발히 이루어지고 있다.
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