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동남극 테라노바만 흙 시료의 동상특성에 관한 실험적 연구
홍승서(Hong, Seungseo),박정희(Park, Junghee),이종섭(Park, Junghee),이장근(Lee, Jangguen),강재모(Kang, Jaemo),김영석(Kim, Youngseok) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.12
우리나라는 세종과학기지에 이어 두 번째로 남극에 과학기지를 건설하는 사업을 진행하고 있다. 남극은 영구동토지역으로 분류되지만 일부 지반의 상부에는 활동층이 존재한다. 이 활동층이 동결되면 동결팽창으로 인해 지반의 융기가 발생하고 구조물에 부가적인 응력이 유발되어 구조물 안정에 심각한 영향을 미치게 된다. 그러므로 남극 기지 건설지에 대한 동상 특성을 파악하는 것은 구조물의 수명 및 안정성을 확보하기 위해 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구의 목적은 남극 제2기지 건설지에 대한 동상민감성을 정량적으로 평가하고 흙 입자의 크기와 부동수분량이 동상에 미치는 영향을 파악하는 것이다. 이를 위해 동남극 테라노바만 주변 기지 건설지 표층에서 채취한 흙 시료에 대해 기본물성실험과 부동수분실험, 동상실험을 수행하였다. 동상실험의 경우 공시체상부에 냉기를 주입하고 하부에는 물을 지속적으로 공급하여 동상이 발생하도록 유도하였다. 동상실험으로부터 공시체의 동상량과 동상비, 동상속도를 도출하였고, 실험 결과가 흙 입자의 크기 및 부동수분량과 어떤 상관관계가 있는지 분석하였다. 분석 결과 채취한 시료의 미세분 함량이 일정비율을 넘으면 흙 시료의 동상이 크게 발생하였고, 동결토 내의 부동수분에 따라 동상정수는 영향을 받는 것으로 나타났다. 본 연구는 동남극 테라노바만 흙 시료에 대하여, 동결토의 동상에 중요한 영향인자인 흙 입자의 크기 및 부동수분량과 동상량 사이의 관계를 실험적으로 규명하였다는 데에 그 의의가 있다. The second scientific antarctic station of South Korea is under construction at Terra Nova Bay located in eastern Antarctica. Ground condition in the Antarctica is frozen in general, but there are seasonal frozen grounds with active layers sporadically. When the active layer is frozen, frost heaving occurs that might cause the differential movement of frozen ground and the failure of structures. Therefore, it is necessary to determine the frost heaving susceptibility of soils at Terra Nova Bay before starting antarctic station construction. This study presents experimental investigation of the frost heaving susceptibility of soil samples with variation of particle sizes and unfrozen water contents. The soil samples were taken from five different locations at Terra Nova Bay and physical properties, unfrozen water content, and frost heaving tests were performed. For the frost heaving tests, soil specimens were frozen with constant freezing temperatures at the top and with drainage at the bottom in order to stimulate the frost heaving. The frost heaving tests provide volume expansion, volumetric strain, and heaving rate which can be used to analyze the relationship between the frost heaving vs. particle size and the frost heaving vs. unfrozen water content. Experimental results show that the more the fine contents exist in soils, the more frost heaving occurs. In addition, the frost heaving depends on unfrozen water content. Experimental data can be used to evaluate the frost heaving susceptibility of soils at the future construction site in the Antarctica.