Experimental Study of Frost Heaving using Temperature Controlled Triaxial Cell

최근 들어 우리나라에 이상한파가 자주 발생하고 있으며, 이로 인해 지반에서는 동상에 따른 도로, 철도, 사면과 같은 구조물을 대상으로 지반변형에 따른 문제가 야기되고 있다. 동상현상은 가장 대표적인 동토지반의 공학적 특성으로, 구조물 설계에 있어서 동착 및 크리프 현상과 함께 주요한 설계정수로서 고려된다. 그러므로 극한지 지반구조물 설계에 관한 연구를 위해서는 동상현상에 대한 기초적 연구가 선행되어야 한다. 이미 다양한 동상 관련 실험장비가 개발되어 연구에 활용되고 있지만, 기존의 동상 연구를 위한 실험장비들은 기초의 설계정수로서 동상현상을 분석하기에는 한계점이 나타난다고 판단된다. 국내에는 동상을 실험적 모사하기에는 필요한 장치와 냉동챔버의 고비용으로 시험방법 및 기준이 전무한 실정이다. 이에 본 논문에서는 다양한 방법으로 동결-융해를 모사할 수 있는 투명 온도제어형 삼축셀 을 소개하고자 한다. 새롭게 개발된 동결-융해 실험장치를 활용해 동상 실내실험을 수행하였으며, 본 장치를 활용한 실내실험법을 제안하고자 한다. Nowadays abnormal coldness happens frequently in Korea and frost heaving causes unexpected ground deformation which results in severe problems for structures such as roadway, railroad and cutoff slope. 'Frost heave' as one of the primary phenomenon is considered to be an important factor together with 'adfreeze bond-strength' and 'creep deformation' for structural design process in permafrost area. Therefore, the fundamental study for frost heave has to be preceded for design of geo-structures in cold region. While various experimental apparatuses have been developed, there still exist a certain level of limitation to evaluate the frost-heave characteristics as design parameters. There are no standard testing method and criteria for analyzing frost heaving in Korea because temperature controlled testing apparatuses including a freezing chamber are expensive. In this paper, a new standard freezing and thawing testing apparatus is introduced, which simulates various freezing and thawing conditions in a soil specimen by using a temperature controlled triaxial cell. Frost heaving tests were performed to assess the new testing apparatus and experimental procedure to evaluate frost heaving for soils is proposed.