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- 저자 : 유재은(Ryou, Jae-Eun) (검색결과 18 건)
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친환경 지반 보강을 위한 바이오폴리머 구아검 수용액의 주입특성
유재은(Ryou, Jae-Eun),정종원(Jung, Jongwon) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.1
최근 친환경 지반 개량을 위한 바이오폴리머 활용 연구가 활발히 수행되고 있다. 바이오폴리머 지반 처리는 지반의 강도 증진, 투수계수 저감, 식생 증진 등 다양한 효과를 보인다. 본 연구에서는 바이오폴리머 기반 주입재 개발을 위해 구아검 수용액의 유동 및 주입특성을 분석하였다. 유동 및 주입특성 분석을 위해 점도 측정, 마이크로모델 실험을 수행하였다. 점도 측정 결과, 구아검 수용액은 전단 변형률 속도 증가에 따라 겉보기 점도가 감소하는 전단담화의 경향을 보인다. 또한, 대표적인 전단담화 유체 모델인 Power-law 적용 시 구아검 수용액의 농도가 증가할수록 Consistency index가 증가하는 경향을 보이나 Behavior index는 뚜렷한 경향을 찾을 수 없었다. 마이크로모델 실험 결과, 주입 유량 및 구아검 수용액의 농도가 증가할수록 공극 포화도가 증가하는 경향을 보였다. 이는 주입압력 및 겉보기 점도의 증가에 기인한다. 실제 현장에 적용 시 지반 조건에 따라 요구되는 주입압력은 달라진다. 따라서, 본 연구 결과는 지반 조건에 맞는 구아검 수용액의 농도 결정을 위한 기초 자료로 활용될 것으로 사료된다. Recently, research on the use of biopolymers for environmentally friendly soil improvement has been actively conducted. Biopolymer soil treatment has various effects, such as the enhancement of soil strength, reduction of hydraulic conductivity, and enhancement of vegetation. In this study, the flow and injection characteristics of guar gum solutions were analyzed to develop biopolymer-based injection materials. Viscosity measurements and micromodel experiments were conducted to analyze the flow and injection properties. Viscosity measurements indicated that the guar gum solution showed a tendency of shear-thinning, in which the viscosity decreased as the shear rate increased. By applying the Power-law, the consistency index tended to increase as the concentration of aqueous guar gum solution increased. However, no clear trend was observed for the behavior index. As a result of the micromodel experiment, the pore saturation tended to increase as the volumetric flow rate and concentration of the guar gum solution increased. This is because of an increase in the injection pressure and apparent viscosity. When applied to an actual field, the required injection pressure varies depending on the ground conditions. Therefore, the results of this study will be used as fundamental data for determining the concentration of aqueous guar gum solution suitable for ground conditions.
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지반 보강 시 바이오폴리머 용액의 주입 성능 평가를 위한 공극 네트워크 모델링
유재은 ( Ryou Jae-eun ),정종원 ( Jung Jongwon ) 충북대학교 건설기술연구소 2023 建設技術論文集 Vol.42 No.1
친환경 지반개량용 바이오폴리머는 지반강도 증진, 투수성 감소, 식생 향상 등 다양한 효과를 보인다. 기존 연구는 주로 바이오폴리머-토양 혼합물의 역학적 성능을 평가하여 지반 내 주입에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 공극크기 분포와 주입압력을 고려한 공극 네트워크 해석을 수행하였다. 개발된 공극 네트워크 모델은 Hagen-Poiseuille 방정식을 Power-law 모델과 통합하여 바이오폴리머 수용액의 유변학적 거동이 적용되었다. 공극 분포는 전체 공극의 평균 및 표준편차값을 변화하여 수립되었다. 분석 결과, 공극 분포의 편차비가 높을수록 공극 포화도가 감소하는 반면, 주입률은 증가하는 경향을 보였다. 더욱이, 높은 주입압력은 공극 포화도 및 동일 편차비에서 주입률의 증진을 야기하였다. 공극의 편차비는 흙의 입도 분포와 밀접한 관련이 있으며 편차비가 높을수록 입도 분포가 양호하다는 것을 의미한다. 결과적으로, 본 연구의 결과는 낮은 주입압력 조건에서 입도 분포가 양호한 지반 대상으로 균일한 주입을 달성하는 것이 작은 크기 공극의 존재로 인해 발생하는 여과 현상으로 인해 어려울 수 있음을 시사한다. Biopolymers for eco-friendly ground improvement are known to show various effects such as ground strength enhancement, vegetation enhancement and permeability reduction. Existing studies have predominantly examined the mechanical performance of biopolymer-soil mixtures, neglecting comprehensive investigations of the injection process. To bridge this research gap, we conducted pore network modeling, considering pore size distribution and injection pressure, to assess injection performance. Our developed pore network model incorporates the modified Hagen-Poiseuille equation with Power-law properties to account for the rheological behavior of aqueous biopolymer solutions. The pore distribution was manipulated by altering the mean and standard deviation values of the total pores. Analysis of the results revealed that increasing the deviation ratio of the pore distribution led to decreased pore saturation, while the injectivity tended to increase. Moreover, higher injection pressures correlated with increased pore saturation and injectivitys at the same deviation ratio. The deviation ratio of pores was found to be closely associated with the particle size distribution of the soil, indicating that higher deviation ratios corresponded to more favorable particle size distributions. Consequently, our analytical study suggests that achieving uniform injection may be challenging in soils with high injectivity, such as sandy soil, due to the filtering phenomenon caused by the presence of a well graded particle size distribution.
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세립토 기반 토석류의 유동학적 물성 영향요인 및 측정방법 분석
유재은(Ryou,Jae-Eun),이창훈(Lee,Changhoon),정종원(Jung,Jongwon) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.6
최근 이상기후 현상의 증가로 토석류 피해는 국내외적으로 급증하고 있다. 항복응력 및 소성점도는 점성토 흐름에 의존적인 토석류의 유동학적 물성으로 이동거리 및 이동속도에 영향을 미친다. 따라서;본 연구에서는 토석류의 직⋅간접적 유동학적 물성 측정 시험방법 및 유동학적 물성에 영향을 미치는 요인에 대해 분석하였다. 유동학적 물성 측정방법은 레오미터;전단 크리프;낙하 콘;경사판 및 전단 시험 활용 측정법이 존재하며 각각의 장⋅단점이 존재하여 연구의 범위 및 목적에 따라 적합한 측정방법 활용이 중요하다. 유동학적 물성에 영향을 미치는 요인은 함수특성;액성지수;흙 입자의 크기 등에 영향을 받는다. 본 연구를 통해 연구의 범위 및 목적에 적합한 시험법 및 유동학적 물성 선정이 가능할 것으로 판단된다. Abnormal weather phenomena debris damage has recently been increasing worldwide. As primary rheological properties;the yield stress and plastic viscosity of muddy materials affect the flow distance and velocity. Therefore;in this study;direct and indirect measurement test methods for rheological properties and factors affecting the these properties were analyzed. Measurement methods utilize rheometers;shear creep;fall cones;inclined planes;direct shear;and ring shear;with each method having its respective advantages and disadvantages. Factors that affect rheological properties are water content;liquidity index;and the size of soil particles. This study enables determination of the best test and rheological properties suitable for the selected range and selected object.
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공극 네트워크 모델을 활용한 공극의 크기 분포 및 주입압력에 따른 바이오폴리머 수용액의 주입성 분석
유재은(Jae Eun Ryou),정종원(Jongwon Jung) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.6
친환경 지반 개량을 위한 바이오폴리머는 지반의 강도 증진, 투수계수 저감, 식생 증진 등 다양한 효과를 보인다고 알려져 있다. 그러나, 현재까지 수행된 연구는 바이오폴리머와 흙의 단순 혼합에 따른 역학적 성능 평가에 의존한다. 본 연구에서는 주입 성능 평가를 위해 공극의 크기 분포 및 주입압력에 따른 공극 네트워크 모델링을 수행하였다. 개발된 공극 네트워크 모델은 바이오폴리머 수용액의 유변학적 특성 고려를 위해 Power-law 특성이 적용된 Modified Hagen-Poiseuile 식을 활용하였다. 공극 분포의 구성은 전체 공극 크기의 평균 및 표준편차 값의 변화를 통해 이루어졌다. 해석 결과, 공극 분포의 평균 크기 증가에 따라 공극 포화도 및 주입율은 증가하는 경향을 보인다. 반면에 공극 분포의 표준편차 증가에 따라 공극 포화도는 감소하는 경향을 보인다. 또한, 주입압력 증가에 따라 표준편차로 인한 공극 포화도 및 주입율의 차이가 감소한다. 본 연구에서 개발된 공극 네트워크 모델을통해 유변학적 특성을 고려한 주입재의 지반 내 주입 예측이 가능할 것으로 기대된다. Biopolymers used for ecofriendly ground improvement lead to various effects, such as strength increase, hydraulic conductivity reduction, and vegetation enhancement. However, related studies evaluate the mechanical performance of a biopolymer-stabilized soil by simple mixing of the biopolymer and the soil. In this study, the injection performance of a biopolymer solution was evaluated by pore network modeling based on the pore size distribution and the injection pressure. The developed pore network model applies the power law behavior to a modified Hagen-Poiseuille equation to consider the rheological properties of the biopolymer solution. The pore size distribution was obtained by changing the average and standard deviation of the overall pore size. The results showed that as the average pore size increased, the pore saturation and injectivity increased. However, as the standard deviation of the pore size distribution increased, the pore saturation decreased. In addition, as the injection pressure increased, the effects of the standard deviation on the pore saturation and the injectivity decreased. The pore network model developed in this study can predict the injection properties of a grout material into the ground considering rheological properties.
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