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한국도로학회논문집 = International journal of highway engineering v.12 no.2 = no.44, 2010년, pp.71 - 79   피인용횟수: 6
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실내동결시스템을 이용한 노상토의 동상 특성
The Frost Heaving Characteristics of Subgrade Soils Using Laboratory Freezing System

신은철    (인천대학교 건설환경공학과   ); 류병현    (인천대학교 건설환경공학과   ); 박정준    (인천대학교 건설환경공학과  );
  • 초록

    겨울에는 시베리아기단의 영향으로 한랭 건조한 대륙성 고기압의 영향을 받아 춥고 건조하여 1월 평균기온이 $-6{\sim}-7^{\circ}C$ 의 영하의 온도로 낮아져 지반동결시 수분이동으로 동상현상이 발생하여 도로의 불균형 동결팽창을 초래하며, 결국 포장체를 파손시킨다. 동상발생시 토립자는 모관력에 의해 지하수를 흡수하여 아이스렌즈를 형성하며, 이 모관 흡수력은 토립자의 크기에 영향을 받는다. 도로는 다양한 재료와 단면으로 구성된 구조물이기 때문에 환경성과 재료 물성뿐만 아니라 포장체 각 층의 구조적 적정성 또는 지지력을 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 현재 기존 동상방지층 설계법에 따르면, 동상방지층은 포장체의 구조적 적정성과는 무관하게 온도 조건에 따른 동결깊이에 따라 일률적으로 결정되고 있다. 이러한 동결깊이를 포장구조설계에 적용함으로써 포장의 과다설계 우려가 있다. 따라서 본 논문에서는 도로 동상방지층의 효용성 검증 및 설치기준 확립을 위해 실내동결시스템을 활용하여 도로 노상토의 동상 특성에 대한 민감성을 판별, 도로건설 현장 노상토에 대한 역학적 특성과 실내 동결 시험을 수행하였으며, 외부 동결온도의 지속 조건에 대한 시료의 온도변화, 동상팽창압, 동상팽창량, 부동수분 등의 결과값을 통하여 동결 과정에 따른 지반공학적 특성을 평가하였다.


    The influence of fines of the frost susceptibility of subgrade soils were established by laboratory freezing system test simulating closely the thermal conditions in the field. During the winter season, the climate is heavily influenced by the cold and dry continental high pressure. Because of siberian air mass, the temperature of January is $-6{\sim}-7^{\circ}C$ on average. This chilly weather generate the frost heaving by freezing the moisture of soil and damage potential of the road structure. In the freezing soil, the ice lenses increase the freeze portion of soil by absorbing the ground water with capillary action. However, the capillary characteristics differ from the sort of soil on the state of freezing condition. In the current design codes for anti-freezing layer, the thickness of anti freezing layer is calculated by freezing depth against the temperature condition. Therefore, they have a tendency of over-design and uniform thickness without the considerations of thermal stability, bearing capacity and frost susceptibility of materials. So, it is essential for studying the appropriateness and bearing capacity besides the seasonal and mechanical properties of pavement materials to take a appropriate and reasonable design of the road structure. In this Paper, the evaluation of frost susceptibility was conducted by means of the mechanical property test and laboratory freezing system apparatus. The temperature, heaving amount, heaving pressure and unfrozen water contents of soil samples, the subgrade soils of highway construction site, were measured to determine the frost susceptibility.


  • 주제어

    동상 .   빙정분리 .   실내동결시스템 .   노상토 .   부동수분.  

  • 참고문헌 (19)

    1. 권기철(2002). "노상토의 종류에 따른 동결.융해 특성", 한국도로포장공학회지, 제 4권, 제 1호, pp. 33-39. 
    2. 김영진, 유 준, 김현민(1999). 동결심도 및 포장체 온도분포조사, 한국건설기술연구원, pp. 5-25. 
    3. 남영국, 조규태, 진정훈(2002), "도로포장의 동상방지층 실효성 검증을 위한 현장계측 및 실내시험 연구", 대한토목학회논문집, 제22권, 제5D호, pp. 913-921. 
    4. 신은철, 박정준(2003). "동결토의 동상팽창압 특성에 관한 실험적 연구", 한국지반공학회논문집, 제19권, 제2호, pp. 65-74.     
    5. 신은철, 강정구, 박정준(2009). "지반동결에 따른 지하구조물의 열적 안정성", 한국지반공학회논문집, 제25권, 제3호, pp. 65-74. 
    6. Akagawa, S., Yamamoto, Y., and Hashimoto, S.(1985). "Frost heave characteristics and scale effect of stationary frost heave", Proc. of 4th Inter. Symp. On Ground Freezing, pp.137-143. 
    7. America Society for Testing and Material(1996). "Standard Test Methods for Frost Heave and Thaw Weakening Susceptibility of Soils", Annual Book of ASTM Standard Designation : D 5916-06, pp. 823-834. 
    8. Anderson, D. M. and Mogenstern, N. R.(1973), "Physics, chemistry, and mechanics of frozen ground", North American Contribution to the Second International Conference on Permafrost, U. S. National Academy of Science, pp. 257-288. 
    9. Andersland, O. B. and Ladanyi, B.(1994). An Introduction to Frozen Ground Engineering, Chapman & Hall. 
    10. Dillon, H.B., and Andersland, O. B.(1966). "Predicting unfrozen water contents in frozen soils", Canadian Geotechnical Journal, 3(2), pp. 53-60. 
    11. Hoekstra, P., Chamberlain, E. and Frate, A.(1965). Frost heaving pressures, Cold Region Research Engineering Laboratory, Report 176. 
    12. McGaw, R. and Penner, E.(1972). Frost heaving versus depth to water table, Highway Res. Record, 393, pp. 45-55. 
    13. Miller, R. D., Baker, J. H. and Kolaian, J. H.(1960). "Particle size, overburden pressure, pore water pressure and freezing temperature of ice lenses in soil", Transactions International Congress Soil science, pp. 122-128. 
    14. Ohrai, T.(1986). Experimental Studies on the Effects of Ice and Unfrozen Water on the Compressive Strength of Frozen Soil, Ph.D. dissertation, Hokkaido University, Sapporo, Japan. 
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    18. Yong, R. N. and Warkentin, B. P.(1975). Soil properties and behaviour, Elsevier Scientific Publishing Company, pp. 383-419. 
    19. 日本土質工學會(1994), "土の凍結-その理論と實際-", 土質工學會編, 第一改訂版. 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (6)

    1. Shin, Eun-Chul ; Kim, Sung-Hwan ; Park, Jeong-Jun 2012. "Freezing and Bearing Capacity Characteristics of Road Foundations under Temperature Condition" 韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, 28(3): 5~14     
    2. Shin, Eun-Chul ; Hwang, Soon-Gab ; Park, Jeong-Jun 2012. "Freezing and Deflection Characteristics of Flexible Pavement Structure Using Frost Model Test" 한국토목섬유학회 논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, 11(3): 27~35     
    3. Shin, Eun Chul ; Ryu, Byung Hyun ; Park, Jeong Jun 2013. "The Frost Heaving Susceptibility Evaluation of Subgrade Soils Using Laboratory Freezing System" 한국토목섬유학회 논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, 12(2): 13~23     
    4. Jang, Changkyu ; Choi, Changho ; Lee, Jangguen ; Lee, Chulho 2014. "Evaluation on Thermal Performance of Thermosyphon by Numerical Analysis" 韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, 30(9): 57~66     
    5. Kang, Jae-Mo ; Lee, Jang-Guen ; Kim, Hak-Seung ; Lee, Sang-Yoon ; Ryu, Byung-Hyun ; Cho, Nam-Jun 2014. "Effects of Freezing a Backfill Material under Undrained Condition on a Buried Pipe" 韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, 30(8): 39~47     
    6. Kim, Sang Yeob ; Hong, Won-Taek ; Hong, Seung Seo ; Baek, Yong ; Lee, Jong-Sub 2016. "Unfrozen Water Content and Unconfined Compressive Strength of Frozen Soils according to Degree of Saturations and Silt Fractions" 韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, 32(12): 59~67     

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