• Research Article

    Characteristics of Dynamic Shear Behavior of Pile-Soil Interface Considering pH Conditions of Groundwater

    지하수 pH조건을 고려한 말뚝-지반 접촉면의 동적 전단거동 특성

    Kwak, Chang-Won

    곽창원

    A pile is a type of medium for constructing superstructures in weak geotechnical conditions. A pretensioned spun high-strength concrete (PHC) pile is …

    말뚝(pile)은 연약한 지반에 구조물을 설치하기 위하여 지중에 관입시키는 매개체로서, 특히 PHC말뚝은 설계기준강도 80MPa 이상의 고강도 콘크리트를 사용하여 제작하므로 압축력과 휨모멘트에 대한 저항성이 …

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    A pile is a type of medium for constructing superstructures in weak geotechnical conditions. A pretensioned spun high-strength concrete (PHC) pile is composed of high-strength concrete with a specified strength greater than 80 MPa. Therefore, it has advantages in resistance to axial and bending moments and quality control and management since it is manufactured in a factory. However, the skin friction of a pile, which accounts for a large portion of the pile bearing capacity, is only approximated using empirical equations or standard penetration test (SPT) N-values. Particularly, there are some poor research results on the pile-soil interface under the seismic loads in Korea. Additionally, some studies do not consider geoenvironmental elements, such as groundwater pH values. This study performs sets of cyclic simple shear tests using submerged concrete specimens for 1 month to consider pH values of groundwater and clay specimens composed of kaolinite to generate a pile-soil interface. 0.2 and 0.4 MPa of normal stress conditions are considered in the case of pH values. The disturbed state concept is employed to express the dynamic behavior of the interface, and the disturbed function parameters are newly suggested. Consequently, the largest disturbance increase under basic conditions is observed, and an early approach to the failure under low normal stress conditions is presented. The disturbance function parameters are also suggested to express this disposition quantitatively.


    말뚝(pile)은 연약한 지반에 구조물을 설치하기 위하여 지중에 관입시키는 매개체로서, 특히 PHC말뚝은 설계기준강도 80MPa 이상의 고강도 콘크리트를 사용하여 제작하므로 압축력과 휨모멘트에 대한 저항성이 우수하다. 또한 강관말뚝 대비 경제성에서 유리하며 공장에서 생산되므로 품질확보 및 관리가 용이하다. 하지만 PHC말뚝의 설계 시 지지력에 영향을 미치는 주면마찰력은 단순히 경험식 또는 N값 등을 이용한 추정치에 의한 설계가 이루어지고 있으며, 특히 최근 빈도수가 급증하고 있는 국내 지진에 대하여 PHC말뚝 주면부에 형성되는 지반과의 접촉면 동적거동에 관한 실험적 연구 사례는 미미한 실정이다. 또한 지반 내 지하수의 pH 값과 같은 지반환경적 요소 역시 고려되지 않고 있다. 본 연구에서는 지하수의 pH 값을 고려하여 산성, 중성, 염기성 용액에 1개월간 수침시킨 콘크리트 시료를 점토의 구성광물인 카올리나이트 시료와 접촉시키고, 반복 단순전단시험을 수행하였다. 반복 단순전단시험은 상재압 0.2MPa 및 0.4MPa에 대하여 각각 수행하였고 그 결과를 비교하였다. 또한 접촉면의 동적 거동을 합리적으로 표현하기 위하여 교란상태개념(Disturbed State Concept)을 도입하여 교란상태함수를 구성하는 매개변수를 도출하였다. 그 결과 염기성 수침시료에 대하여 접촉면의 교란도가 가장 급격히 증가하였고 구속압이 작을 경우 보다 작은 누적 전단변형률에서 조기에 접촉면이 파괴상태에 근접하는 결과를 나타내었다. 또한 이러한 경향을 정량적으로 표현하는 교란상태함수의 매개변수를 새로이 제시하였다.

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    31 May 2022
  • Research Article

    Verification of the Seismic Performance Evaluation Methods for Enclosure Dam

    기존 방조제의 내진성능평가 방법 검증

    Kim, Kwangjoon, Kim, Hyunguk, Kim, Sung-Ryul and Lee, Jinsun

    김광준, 김현국, 김성렬, 이진선

    Newmark’s sliding block analysis is the most commonly used method for predicting earthquake-induced permanent displacement of embankment slopes. Additionally, it yields the …

    지진시 성토사면의 잔류변위 예측에 가장 많이 사용되는 방법은 Newmark변위법이다. Newmark변위법은 지진시 강체원호의 관성력에 의한 미끌어짐량을 산정하는 방법으로 한계상태평형이론에 근거하여 산정된다. 따라서, 원호의 …

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    Newmark’s sliding block analysis is the most commonly used method for predicting earthquake-induced permanent displacement of embankment slopes. Additionally, it yields the amount of slip circle sliding using the limit equilibrium theory. Thus, permanent displacement does not occur until the seismic load exceeds the yield acceleration, which induces sliding of the slip circle. The evolution of Newmark’s sliding block analysis has been made by introducing the numerical seismic response analysis results since it was introduced. This study compares seismic performance evaluation results for the example enclosure dam section with the analysis methods. As a result, earthquake-induced permanent displacement using Newmark’s sliding block analysis did not occur for the enclosure dam, indicating a high safety factor. However, nonlinear response history analysis gave reasonable results.


    지진시 성토사면의 잔류변위 예측에 가장 많이 사용되는 방법은 Newmark변위법이다. Newmark변위법은 지진시 강체원호의 관성력에 의한 미끌어짐량을 산정하는 방법으로 한계상태평형이론에 근거하여 산정된다. 따라서, 원호의 미끌어짐이 발생하지 않는 항복가속도 이하의 지진이 발생하는 경우 잔류변위가 발생하지 않는다고 가정한다. Newmark변위법은 최초 제안 이후 지진응답해석기법의 결과를 도입하는 방향으로 개선되었다. 본 논문에서는 방조제 예제 단면에 대해서 Newmark변위법의 적용방법과 비선형응답이력 해석을 통한 내진성능평가 결과의 차이를 살펴보았다. 검토 결과, 설계안전율이 큰 방조제 제체에서는 Newmark변위법에 의한 잔류변위는 거의 발생하지 않았다. 반면, 비선형 응답이력해석의 결과는 비교적 유의미한 잔류변위를 나타냄을 알 수 있었다.

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    31 May 2022
  • Research Article

    Assessment of the Coupled Electric-Thermal Numerical Model for Microwave Sintering of KLS-1

    한국형 인공월면토(KLS-1) 마이크로파 소결을 위한 전기장-열 연계해석 모델 평가

    Jin, Hyunwoo, Go, Gyu-Hyun, Lee, Jangguen, Shin, Hyu-Soung and Kim, Young-Jae

    진현우, 고규현, 이장근, 신휴성, 김영재

    The in-situ resource utilization (ISRU) for sustainable lunar surface and deep space explorations has recently gained attention. Also, research on the development …

    최근 지속가능한 달 표면 탐사 및 심우주 탐사를 위해 현지자원활용 개념이 주목받으며 월면토를 이용한 건설재료 생산 기술 개발 관련 연구들이 진행되고 있다. …

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    The in-situ resource utilization (ISRU) for sustainable lunar surface and deep space explorations has recently gained attention. Also, research on the development of construction material preparation technology using lunar regolith is in progress. Microwave sintering technology for construction material preparation does not require a binder and is energy efficient. This study applies microwave sintering technology to KLS-1, a Korean lunar simulant. It is crucial to secure the homogeneity to produce a sintered specimen for construction material. Therefore, understanding the interactions between microwaves, cavities, and raw materials is required. Using a numerical model in terms of efficient assessment of several cases and establishment of equipment operating conditions is a very efficient approach. Therefore, this study also proposes and verifies a coupled electric-thermal numerical model through cross-validation and comparison with experimental results. The numerical model proposed in this study will be used to present an efficient method for producing construction material using microwave sintering technology.


    최근 지속가능한 달 표면 탐사 및 심우주 탐사를 위해 현지자원활용 개념이 주목받으며 월면토를 이용한 건설재료 생산 기술 개발 관련 연구들이 진행되고 있다. 특히, 마이크로파 소결 기술은 에너지 효율 측면에서 유리할 뿐 아니라 별도의 바인더를 필요로 하지 않는다는 장점이 있다. 본 연구에서는 한국형 인공월면토인 KLS-1에 마이크로파 소결 기술을 적용해 보았다. 향후 실제 건설재료로 활용 가능한 크기의 소결체 제작을 위해서는 균질도 확보가 매우 중요한 실정으로 마이크로파, 공동, 재료 간 상호작용에 관한 이해가 요구된다. 따라서 수많은 경우의 수에 관한 효율적 평가 및 장비가동 조건 정립 측면에서 수치모델의 활용은 매우 효율적인 방법이다. 본 연구에서는 전기장-열 연계 해석모델을 제안하고 있으며 교차검증 및 실험결과와의 비교 등을 통해 수치모델의 신뢰성을 검증하였다. 이는 향후 마이크로파 소결 기술을 적용한 건설재료 생산 시 효율적인 방법을 제시하는데 활용 가능할 것으로 판단된다.

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    31 May 2022
  • Research Article

    Consideration of Engineering Strength and Filling Characteristics for Rubble-Ground Modification Method with Grout Injection

    그라우트 주입식 사석기초 보강 공법의 개량체 강도 및 충전성에 대한 실험적 검토

    Kim, Hyeong-Ki, Han, Jin-Gyu, Kim, Jeong Eun, Ryu, Yong-Sun, Nguyen, Anh Dan, Kang, Gyeong-O and Kim, Young-Sang

    김형기, 한진규, 김정은, 유용선, 응웬안단, 강경오, 김영상

    A series of experiments were performed to investigate the design and application of a rubble-ground modification method with grout injection. A small-sized …

    본 연구에서는 사석지반 충진을 위한 그라우트 주입공법의 설계 및 시공에 대한 일련의 기초 실험을 진행하였다. 먼저 소형 그라우트 주입장치를 설계제작해 25mm 단입도 …

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    A series of experiments were performed to investigate the design and application of a rubble-ground modification method with grout injection. A small-sized injection machine was designed, and the grouts with various mix proportions were injected into 25 mm aggregate using the designed small-sized injection machine. With the compressive strength of the grout ranging from 20 to 80 MPa, the uniaxial compressive strength of the grout-filling bodies with clean gravels was higher than 1/6th of the strength of grouts themselves. However, this fraction may reduce depending on the interface conditions. The erosion resistance of the hardened grout was evaluated, and it was determined that the grout with a strength greater than 15 MPa did not require erosion consideration. Moreover, a full-scale injection test was performed for 25 cm-sized rubbles in cages with a diameter greater than 1 m and a height of 1.2 m to evaluate the filling characteristics of the grout. Results from this test indicated that the grout flowability sensitively influenced the filling characteristics.


    본 연구에서는 사석지반 충진을 위한 그라우트 주입공법의 설계 및 시공에 대한 일련의 기초 실험을 진행하였다. 먼저 소형 그라우트 주입장치를 설계제작해 25mm 단입도 골재에 수중주입 하였다. 이 축소실험 결과, 그라우트의 압축강도 범위가 20-80MPa 수준일 때, 표면이 깨끗한 자갈을 그라우트로 보강한 개량체의 일축압축강도는 그라우트 자체의 강도에 비해 약 1/6 수준이었다. 하지만, 이 개량체의 강도는 골재 계면의 조건에 따라 크게 감소할 수 있음을 확인하였다. 또한, 개량체용 그라우트의 수중마모 저항성을 평가하였으며, 실험결과 15MPa 이상의 그라우트는 유수에 의한 마모를 고려하지 않아도 되는 것으로 확인 되었다. 마지막으로 25cm 크기의 사석부에 지름 약 1m 높이 1.2m 수준의 대형 구근을 제작해 충전성을 검토하였으며, 이 결과 그라우트의 유동성에 의해 사석 충전성능이 크게 영향 받는다는 것을 알 수 있었다.

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    31 May 2022
  • Research Article

    Using the CIELAB Color System for Soil Color Identification Based on Digital Image Processing

    디지털 이미지 프로세싱 기반 토색 분석을 위한 CIELAB 색 표시계 활용 연구

    Baek, Sung-Ha, Park, Ka-Hyun, Jeon, Jun-Seo and Kwak, Tae-Young

    백성하, 박가현, 전준서, 곽태영

    Soil color is used to determine soil classification and its physical, chemical, and biological properties. Visual determination is the most commonly used …

    토색은 흙을 분류하고 물리적, 화학적, 생물학적 특성을 예측하기 위한 기초 지표로 널리 활용된다. 일반적으로 토색은 육안으로 관찰해 결정하지만 관찰자의 예민도 혹은 주관이 …

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    Soil color is used to determine soil classification and its physical, chemical, and biological properties. Visual determination is the most commonly used method for identifying soil color. However, it is subjective and, in many cases, non-repeatable. Digital image processing obtains useful information from digital images, accelerates soil classification, and enables the rapid identification of soil types in a field. This study develops a digital image processing-based soil color analysis technology that can consider irregular light conditions in the field. The digital image studio was designed to simulate the characteristics of natural light (illuminance and color temperature). Also, digital images of two soil samples (Jumoonjin sand and Anseong weathered soil) were captured under 12 different light conditions. For the RGB and CIELAB color systems, soil color intensities of 24 images were obtained using digital image processing. CIELAB was suitable for dealing with irregular light conditions in the field.


    토색은 흙을 분류하고 물리적, 화학적, 생물학적 특성을 예측하기 위한 기초 지표로 널리 활용된다. 일반적으로 토색은 육안으로 관찰해 결정하지만 관찰자의 예민도 혹은 주관이 개입될 가능성이 높으며 많은 시간이 소요된다. 디지털 이미지 프로세싱은 디지털 이미지를 이용해 원하는 정보를 획득하는 일련의 과정으로, 이를 통해 빠르고 정확한(수치적인 혹은 통계적인) 토색 분석이 가능할 것으로 기대된다. 본 연구는 현장의 불규칙한 광조건을 고려할 수 있는 디지털 이미지 프로세싱 기반 토색 분석 기술 개발을 위한 기초단계로서 수행되었다. 자연광의 특성(조도 및 색온도)을 모사할 수 있는 디지털 이미지 촬영 스튜디오를 구축하고, 두 가지 흙 시료(주문진 표준사 및 안성 풍화토)를 대상으로 광조건을 12회 씩 바꿔가며 디지털 이미지를 촬영했다. 디지털 이미지 프로세싱을 통해 촬영된 시료의 토색을 두 가지 색 표시계(RGB, CIELAB)에 대해 추출한 결과, CIELAB 색 표시계를 활용해 현장의 불규칙한 광조건을 고려할 수 있음을 확인했다.

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    31 May 2022