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모듈러 도로시스템의 동결-융해에 대한 수치해석적 연구
Numerical Study on Freezing and Thawing Process in Modular Road System 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.33 no.3, 2017년, pp.49 - 62  

신호성 (울산대학교 건설환경공학부) ,  김진욱 (울산대학교 건설환경공학부) ,  이장근 (한국건설기술연구원) ,  김동규 (한국건설기술연구원)

초록
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지반의 동결-융해 과정에 의한 지반구조물의 거동 특성을 이해하기 위해서는 지반내 간극수의 상변화와 지반과 구조물의 상호작용에 대한 이해가 필요하다. 본 연구에서는 모듈러 도로시스템의 동결융해의 영향에 대한 수치해석적 연구를 수행하였다. Neumann의 동결-융해 이론식을 이용하여 기본 지반 물성치와 지중과 지표면의 온도조건에 대한 동결심도와 히빙량을 예측할 수 있으나, 지반의 완전포화 및 완전동결의 제한된 경우에만 적용할 수 있다. 동결지수에 따른 모듈러 도로시스템의 수치해석은 다양한 지반조건과 지하수위에 대하여 수행되었다. 동결 히빙량은 화강풍화토이나 모래지반에 비하여 실트질 지반에서 매우 크게 발생하였으며, 지하수위의 저하는 동결 히빙량을 감소시켰다. 실트질 지반에 설치된 도로시스템의 온도이력에 대한 수치해석은 지표면의 동결-융해 과정을 거치면서 지표면에 잔류히빙을 예측하였다. 이는 지반의 강성과 지지력을 급격하게 감소시켜 모듈화 도로시스템의 안정성과 사용성을 저해할 수 있다. 다만, 화강풍화토와 모래지반의 경우는 잔류 히빙량은 미비한 것으로 나타났다. 모듈러 도로시스템은 기존 도로포장 시스템과 달리 지지구조 상부에 설치된 포장 구조물이므로, 포장 구조물의 균등 연직변위와 부등 변형에 대한 엄격한 기준이 적용되어야 할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to understand response of geo-structures to the freezing-thawing process in the ground, it is necessary to consider phase change of the pore water of the ground and also to understand soil interaction with structures. In this study, numerical analysis was carried out for freezing and thawin...

주제어

#Modular road system   #Frozen soil   #THM coupling numerical analysis  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
도로시스템에서 지반의 동결 및 융해 현상은 무엇을 야기하는가? 도로시스템에서 지반의 동결 및 융해 현상은 노상토의 불균등한 변형을 발생시켜 도로시스템에 손상을 야기한다. 지반 동상에 의한 부등 융기는 도로시스템에 추가적인 하중으로 작용하여 포장체의 손상을 유발하며, 해빙기의 융해에 의한 지반 함수비의 증가는 도로포장 하부지반의 강성과 강도를 감소시키게 된다(Kweon, 2003).
유동 가능한 간극수의 양이 지반 종류에 영향을 받는 이유는 무엇인가? 지반의 동결현상은 대기온도가 0℃이하로 지속되면서 지반 공극수의 상변화에 의하여 발생한다. 그리고 지반 공극내 얼음과 물의 경계면에 형성된 온도구배는 부의 간극수압인 cryogenic suction을 유발하여 부동지반의 간극수를 동결주변부(frozen fringe)로 끌어들이게 된다(Thomas et al., 2009). 지반 공극이 커질수록, cryogenic suction은 감소하지만 지반의 투수계수는 증가하게 된다. 따라서 유동 가능한 간극수의 양은 지반종류, 즉 지반의 공극 구조에 직접적인 영향을 받게 된다.
지반의 동결현상이 발생하는 이유는 무엇인가? 지반의 동결현상은 대기온도가 0℃이하로 지속되면서 지반 공극수의 상변화에 의하여 발생한다. 그리고 지반 공극내 얼음과 물의 경계면에 형성된 온도구배는 부의 간극수압인 cryogenic suction을 유발하여 부동지반의 간극수를 동결주변부(frozen fringe)로 끌어들이게 된다(Thomas et al.
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참고문헌 (19)

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