표 (a) 액상화 피해 사례, (b) 액상화 취약 지반의 미생물 보강 기법 모식도 표 바이오폴리머와 미생물 cell 의 SEM 이미지(Kwon and Ajo-Franklin, 2013) 표 본 연구진의 바이오폴리머 관련 선행 연구 결과: (a) 모래의 투수성 감소, (b) P-wave 감쇠 증가, (c) 침식 저항성 증가 표 (a) Glass beads 내 박테리아로 인한 탄산염의 고결화의 Xray-CT 이미지(Armstrong and Ajo-Franklin, 2011), (b) Glass beads 주변에 생성된 바이오필름 (Ostvar et al., 2018), (c)공극 내에 축적된 바이오매스로에 대한 이미지(Kim and Fogler, 2000) 표 박테리아에 의한 지반 물성 변화에 대한 대표적인 국내 연구 현황 표 대표적인 액상화 보강 공법 (Mitchell, 2008) 표 박테리아에 의한 지반 물성 변화에 대한 대표적인 국외 연구 현황 표 (a) 광학 현미경을 이용한 모델 박테리아 Leuconostoc mesenteroides의 모습과 (b) 생성 후 여과된 불용성 덱스트란의 모습. (c) 광학 밀도를 이용한 모델 박테리아의 세포 밀도 측정 결과 표 미생물 배양에 이용된 배지의 조성 표 서로 다른 영양분 함유량에 따른 덱스트란 생성량의 변화 표 Sucrose 농도에 따른 바이오폴리머의 생성량 표 농도에 따른 젤라틴의 물리적 특성 변화: (a) 일축 압축 실험을 통해 얻은 응력-변형률 곡선, (b) 일축 압축 강도, (c) 영률(E)과 전단강도(G) 표 고정-자유단 조건에서의 젤라틴의 공진 실험 구성 및 이를 통해 얻은 (b) 젤라틴의 영률(E)과 전단 탄성 계수 (G), 그리고 (c) 감쇠율 표 덱스트란 샘플 준비과정 표 덱스트란 내의 형광비드의 이동 경로 표 (a) 덱스트란의 ESEM 이미지, (b) ESEM 이미지 분석을 통한 공극 크기 분포, (c,d) 덱스트란 시료의 TEM 이미지 표 덱스트란 내 입자의 Mean square displacement(MSD) 표 불용성 덱스트란의 유변학적 성질 표 (a) 실험에 사용된 미생물, 미생물 배양액, 사질토 시료의 준비 과정, (b) 준비된 시료의 사진, (c) 실험 구성 모식도, (d) 시간에 따른 바이오폴리머 생성 사진 표 각 실험에 대한 실험 조건 표 pH 완충용액 유무 및 시료에 작용하는 압력에 따른 투수계수 감소 실험 결과 표 (a) pH 완충용액 유무, (b) 시료에 작용하는 압력에 따른 투수계수 감소 실험 결과와 (c) 공극 내 바이오폴리머의 포화도에 따른 투수계수 변화 결과 표 바이오폴리머의 포화도에 따른 투수계수 감소 모델: (a) 선행 연구에 의한 모델과 본 연구에서 제시한 ‘Generalized model’, (b) 선행 연구 및 본 연구의 실험 결과와 선행 모델, (c) 선행 연구 및 본 연구의 실험 결과와 본 연구에서 제시한 모델 표 국내에 서식하는 토양 미생물 수집: (a) 수집 장소 (전라북도 고창군), (b) 실험실 배양, (c) NGS 분석을 통한 고창군 (GC1, GC2)과 청주시 (CJ1, CJ2) 샘플의 서식 미생물 군집 분석 표 토양 미생물을 이용한 투수계수 변화 실험 표 L.mesenteroides의 배양을 위한 배지의 조성 표 S. oneidensis의 배양을 위한 배지의 조성 표 시료 준비 과정. a) 시료의 다짐, b) Water base에 시료 삽입, c) Drive plate에 Top cap 설치, d) 조립된 시스템 표 공진주 실험의 개략도 표 공진주 실험을 통해 얻어진 전단파 속도의 변화 표 바이오필름 생성에 따른 전단 감쇠비의 변화 표 Xray-CT 촬영을 이용한 바이오폴리머 처리된 사질토의 이미지: (a) 포화상태, (b) 건조상태, (c) 추출한 바이오폴리머 이미지 표 젤라틴 처리된 사질토 시료의 공진주시험 셋업 모식도 표 젤라틴의 양생동안 사질토의 동적물성변화 (젤라틴 농도 20%) 표 전단변형 증가에 따른 젤라틴 처리에 의한 사질토의 감쇠비 변화 표 실험에 이용된 장비 구성 표 젤라틴을 이용한 삼축 압축 실험 조건 표 CbG 조건에서 유효 구속 응력 (a) 100 kPa, (c) 400 kPa 일 때의 응력 변형률 거동 및 바이오폴리머가 처리되지 않은 조건에서 유효 구속응력 (b) 100 kPa, (d) 400 kPa 일 때의 간극 수압 및 전단파 속도 변화 표 (a) 젤라틴 농도에 따른 비배수 전단 강도 및 (b) 정규화된 전단 강도의 변화 표 비배수 하중 중, 점탄성의 바이오폴리머가 모래의 수축성 거동에 미치는 영향 표 CbG 조건에서(a)σ´o= 100 kPa, (b) σ´o= 400 kPa 일때의 유효 응력 경로 표 진동 단순 전단시험기 표 순수한 사질토의 진동 단순 전단 시험기를 이용한 순수한 사질토에서의 constant volume 상태에서의 전단 거동 (a) 유효수직응력 100kPa, (b) 유효수직응력 400kPa 표 점탄성 물질인 젤라틴으로 처리한 사질토의 진동 단순 전단 시험기를 이용한 순수한 사질토에서의 constant volume 상태에서의 전단 거동 (a) 젤라틴 농도 8%, 유효수직응력 100kPa, (b) 젤라틴 농도 12%, 유효수직응력 100kPa, (c) 젤라틴 농도 20%, 유효수직응력 100kPa, (d) 젤라틴 농도 8%, 유효수직응력 400kPa, (e) 젤라틴 농도 12%, 유효수직응력 400kPa, (f) 젤라틴 농도 20%, 유효수직응력 400kPa 표 (a) 진동대-센트리퓨지 실험 장비와 (b) 미생물 배양액으로 포화된 사질토 시료 표 (a) L. mesenteroides에 의해 바이오폴리머(덱스트란)이 생성된 Ottawa F110 사질토 사진과 (b) SEM 이미지 표 실험에 사용된 시료와 가속도계 및 벤더의 배치: (a) 바이오폴리머 처리를 하지 않은 사질토와 (b) 바이오폴리머 처리를 한 사질토 시료 표 각 실험의 실험조건 표 (a) 가속도 측정을 통한 전단 응력 및 전단 변형률 계산, (b) 계산된 전단 응력과 전단 변형률을 이용해 전단 탄성 계수와 감쇠비 계산에 대한 모식도 표 사질토의 바이오폴리머 처리 유무에 따른 (a) 깊이에 따른 미소변형 전단탄성계수와 b) 80 kPa 이하의 응력조건에서 전단변형률-전단탄성계수 결과 표 바이오포리머 처리 사질토의 동적 물성 증진 효과 표 배치 모델 시뮬레이션을 위한 초기 조건 및 영양분 조건 표 배치 모델 시뮬레이션 결과: (a) 박테리아 셀 성장, (b) 불용성 덱스트란 생성 표 배치 실험결과와 매칭을 통해 배치 시뮬레이션으로부터 얻어진 매개변수 표 흙 다짐 모델의 초기 조건과 주입 유체의 구성 표 (a) 실험을 통한 투수 계수 감소와 (b) 실험과 모델링의 비교를 통해 얻어진 차압 데이터 표 흙 다짐 시뮬레이션 중의 대사산물의 농도 변화: (a) 전체 기간의 결과와 (b) 특정 주입 기간 동안의 결과 표 흙 다짐 시료에서의 38일간의 시뮬레이션 결과: (a) 덱스트란 농도, (b) 평균 공극율과 투수계수의 변화 표 보강액 주입 수지해석 모델: (a) 3차원 모델, (b) 모델 단면도, (c) 단면의 메쉬 설정 표 공극률 0.4의 지반에서 지반의 투수계수 이방성에 따른 유체 주입 형의 단면 (a) kh/kv = 0.01, (b) kh/kv = 100 표 수치해석 분석 입력 변수 표 지반의 투수계수 이방성에 따른 (a) 수평, (b) 수직방향 유체 침투 범위 표 지반 내 유체의 임계 포화도에 따른 수평·수직 유효 반경 분석 결과: (a) kh/kv = 0.01, (b) kh/kv = 1, (c) kh/kv = 100 표 지반의 투수계수 이방성에 따른 수평(a-c)·수직(d-f) 방향 유효 반경 결과: 임계포화도 (a,d) 10%, (b,e) 50%, (c,f) 90% 표 보강 지반의 수평·수직 투수계수 비에 따른 미생물 접종액 주입구 및 주입공 간격 표 대표적인 액상화 보강 공법 (Mitchell, 2008) 표 박테리아에 의한 지반 물성 변화에 대한 대표적인 국외 연구 현황
표 (a) 액상화 피해 사례, (b) 액상화 취약 지반의 미생물 보강 기법 모식도 표 바이오폴리머와 미생물 cell 의 SEM 이미지(Kwon and Ajo-Franklin, 2013) 표 본 연구진의 바이오폴리머 관련 선행 연구 결과: (a) 모래의 투수성 감소, (b) P-wave 감쇠 증가, (c) 침식 저항성 증가 표 (a) Glass beads 내 박테리아로 인한 탄산염의 고결화의 Xray-CT 이미지(Armstrong and Ajo-Franklin, 2011), (b) Glass beads 주변에 생성된 바이오필름 (Ostvar et al., 2018), (c)공극 내에 축적된 바이오매스로에 대한 이미지(Kim and Fogler, 2000) 표 박테리아에 의한 지반 물성 변화에 대한 대표적인 국내 연구 현황 표 대표적인 액상화 보강 공법 (Mitchell, 2008) 표 박테리아에 의한 지반 물성 변화에 대한 대표적인 국외 연구 현황 표 (a) 광학 현미경을 이용한 모델 박테리아 Leuconostoc mesenteroides의 모습과 (b) 생성 후 여과된 불용성 덱스트란의 모습. (c) 광학 밀도를 이용한 모델 박테리아의 세포 밀도 측정 결과 표 미생물 배양에 이용된 배지의 조성 표 서로 다른 영양분 함유량에 따른 덱스트란 생성량의 변화 표 Sucrose 농도에 따른 바이오폴리머의 생성량 표 농도에 따른 젤라틴의 물리적 특성 변화: (a) 일축 압축 실험을 통해 얻은 응력-변형률 곡선, (b) 일축 압축 강도, (c) 영률(E)과 전단강도(G) 표 고정-자유단 조건에서의 젤라틴의 공진 실험 구성 및 이를 통해 얻은 (b) 젤라틴의 영률(E)과 전단 탄성 계수 (G), 그리고 (c) 감쇠율 표 덱스트란 샘플 준비과정 표 덱스트란 내의 형광비드의 이동 경로 표 (a) 덱스트란의 ESEM 이미지, (b) ESEM 이미지 분석을 통한 공극 크기 분포, (c,d) 덱스트란 시료의 TEM 이미지 표 덱스트란 내 입자의 Mean square displacement(MSD) 표 불용성 덱스트란의 유변학적 성질 표 (a) 실험에 사용된 미생물, 미생물 배양액, 사질토 시료의 준비 과정, (b) 준비된 시료의 사진, (c) 실험 구성 모식도, (d) 시간에 따른 바이오폴리머 생성 사진 표 각 실험에 대한 실험 조건 표 pH 완충용액 유무 및 시료에 작용하는 압력에 따른 투수계수 감소 실험 결과 표 (a) pH 완충용액 유무, (b) 시료에 작용하는 압력에 따른 투수계수 감소 실험 결과와 (c) 공극 내 바이오폴리머의 포화도에 따른 투수계수 변화 결과 표 바이오폴리머의 포화도에 따른 투수계수 감소 모델: (a) 선행 연구에 의한 모델과 본 연구에서 제시한 ‘Generalized model’, (b) 선행 연구 및 본 연구의 실험 결과와 선행 모델, (c) 선행 연구 및 본 연구의 실험 결과와 본 연구에서 제시한 모델 표 국내에 서식하는 토양 미생물 수집: (a) 수집 장소 (전라북도 고창군), (b) 실험실 배양, (c) NGS 분석을 통한 고창군 (GC1, GC2)과 청주시 (CJ1, CJ2) 샘플의 서식 미생물 군집 분석 표 토양 미생물을 이용한 투수계수 변화 실험 표 L.mesenteroides의 배양을 위한 배지의 조성 표 S. oneidensis의 배양을 위한 배지의 조성 표 시료 준비 과정. a) 시료의 다짐, b) Water base에 시료 삽입, c) Drive plate에 Top cap 설치, d) 조립된 시스템 표 공진주 실험의 개략도 표 공진주 실험을 통해 얻어진 전단파 속도의 변화 표 바이오필름 생성에 따른 전단 감쇠비의 변화 표 Xray-CT 촬영을 이용한 바이오폴리머 처리된 사질토의 이미지: (a) 포화상태, (b) 건조상태, (c) 추출한 바이오폴리머 이미지 표 젤라틴 처리된 사질토 시료의 공진주시험 셋업 모식도 표 젤라틴의 양생동안 사질토의 동적물성변화 (젤라틴 농도 20%) 표 전단변형 증가에 따른 젤라틴 처리에 의한 사질토의 감쇠비 변화 표 실험에 이용된 장비 구성 표 젤라틴을 이용한 삼축 압축 실험 조건 표 CbG 조건에서 유효 구속 응력 (a) 100 kPa, (c) 400 kPa 일 때의 응력 변형률 거동 및 바이오폴리머가 처리되지 않은 조건에서 유효 구속응력 (b) 100 kPa, (d) 400 kPa 일 때의 간극 수압 및 전단파 속도 변화 표 (a) 젤라틴 농도에 따른 비배수 전단 강도 및 (b) 정규화된 전단 강도의 변화 표 비배수 하중 중, 점탄성의 바이오폴리머가 모래의 수축성 거동에 미치는 영향 표 CbG 조건에서(a)σ´o= 100 kPa, (b) σ´o= 400 kPa 일때의 유효 응력 경로 표 진동 단순 전단시험기 표 순수한 사질토의 진동 단순 전단 시험기를 이용한 순수한 사질토에서의 constant volume 상태에서의 전단 거동 (a) 유효수직응력 100kPa, (b) 유효수직응력 400kPa 표 점탄성 물질인 젤라틴으로 처리한 사질토의 진동 단순 전단 시험기를 이용한 순수한 사질토에서의 constant volume 상태에서의 전단 거동 (a) 젤라틴 농도 8%, 유효수직응력 100kPa, (b) 젤라틴 농도 12%, 유효수직응력 100kPa, (c) 젤라틴 농도 20%, 유효수직응력 100kPa, (d) 젤라틴 농도 8%, 유효수직응력 400kPa, (e) 젤라틴 농도 12%, 유효수직응력 400kPa, (f) 젤라틴 농도 20%, 유효수직응력 400kPa 표 (a) 진동대-센트리퓨지 실험 장비와 (b) 미생물 배양액으로 포화된 사질토 시료 표 (a) L. mesenteroides에 의해 바이오폴리머(덱스트란)이 생성된 Ottawa F110 사질토 사진과 (b) SEM 이미지 표 실험에 사용된 시료와 가속도계 및 벤더의 배치: (a) 바이오폴리머 처리를 하지 않은 사질토와 (b) 바이오폴리머 처리를 한 사질토 시료 표 각 실험의 실험조건 표 (a) 가속도 측정을 통한 전단 응력 및 전단 변형률 계산, (b) 계산된 전단 응력과 전단 변형률을 이용해 전단 탄성 계수와 감쇠비 계산에 대한 모식도 표 사질토의 바이오폴리머 처리 유무에 따른 (a) 깊이에 따른 미소변형 전단탄성계수와 b) 80 kPa 이하의 응력조건에서 전단변형률-전단탄성계수 결과 표 바이오포리머 처리 사질토의 동적 물성 증진 효과 표 배치 모델 시뮬레이션을 위한 초기 조건 및 영양분 조건 표 배치 모델 시뮬레이션 결과: (a) 박테리아 셀 성장, (b) 불용성 덱스트란 생성 표 배치 실험결과와 매칭을 통해 배치 시뮬레이션으로부터 얻어진 매개변수 표 흙 다짐 모델의 초기 조건과 주입 유체의 구성 표 (a) 실험을 통한 투수 계수 감소와 (b) 실험과 모델링의 비교를 통해 얻어진 차압 데이터 표 흙 다짐 시뮬레이션 중의 대사산물의 농도 변화: (a) 전체 기간의 결과와 (b) 특정 주입 기간 동안의 결과 표 흙 다짐 시료에서의 38일간의 시뮬레이션 결과: (a) 덱스트란 농도, (b) 평균 공극율과 투수계수의 변화 표 보강액 주입 수지해석 모델: (a) 3차원 모델, (b) 모델 단면도, (c) 단면의 메쉬 설정 표 공극률 0.4의 지반에서 지반의 투수계수 이방성에 따른 유체 주입 형의 단면 (a) kh/kv = 0.01, (b) kh/kv = 100 표 수치해석 분석 입력 변수 표 지반의 투수계수 이방성에 따른 (a) 수평, (b) 수직방향 유체 침투 범위 표 지반 내 유체의 임계 포화도에 따른 수평·수직 유효 반경 분석 결과: (a) kh/kv = 0.01, (b) kh/kv = 1, (c) kh/kv = 100 표 지반의 투수계수 이방성에 따른 수평(a-c)·수직(d-f) 방향 유효 반경 결과: 임계포화도 (a,d) 10%, (b,e) 50%, (c,f) 90% 표 보강 지반의 수평·수직 투수계수 비에 따른 미생물 접종액 주입구 및 주입공 간격 표 대표적인 액상화 보강 공법 (Mitchell, 2008) 표 박테리아에 의한 지반 물성 변화에 대한 대표적인 국외 연구 현황
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