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문제 정의
- 이 때문에 분석결과를 단층의 역학적 안정성 해석이나 지하구조물의 파괴거동과 같은 다양한 역학적 분석에 직접적으로 적용하는 것에는 한계가 있다. 본 연구에서는 토목 관련업계에서 측정한 현생지반응력의 크기와 방향 자료를 수집하여 한반도 남동부의 응력장을 분석하였다. 이러한 응력장 분석을 통하여 연구지역의 응력장 분포 특성을 알아보고 현생 응력 장의 특성에 근거한 단층의 역학적 안정성 분석을 시도하였다.
가설 설정
- 수압파쇄법을 통한 주응력 방향의 유추는 연직 방향이 하나의 주응력 축이고 다른 두 주웅력은 수평면에 위치한다는 가정 하에 이루어진다. 실제로 수압파쇄 균열의 방향이 연직적인지 기울어져 있는지가 이 가정의 적합성을 판별할 수 있지만 우리가 이용한 대부분의 자료에서 그러한 정보를 구체적으로 얻을 수 없었으므로 그 타당성을 직접적으로 증명하기에는 한계가 있다.
제안 방법
- 5는 응력 측정지역에서의 1少林와 K血값을 기준으로 그 사이 지역들을 선형 내삽하여 전 지역에서의 측압계수 변화양상을 나타낸 그림이다. 다만 각 지역에서의 측압계수는 응력측정 심도에 따라 일부 영향(Fig. 4참조)을 받기 때문에 이를 고려하여 최대 응력측정심도에 따라 원의 크기를 달리하여 도시하였다.
- 4에 보인 바와 같이 측압계수는 심도에 따라 그 값이 변하기 때문에 단순히 측정심도가 다른측압계수 값의 비교만으로는 지역에 따른 일관적인 응력 장 비교를 할 수 없다. 따라서 일정심도(100 m)로 그 값을 보정하여 응력특성을 비교하였다(Fig. 6). 그 결과 삼척 울진을 포함하는 연구지역의 북동부와 양산과 거제를 포함호}는 연구지역의 남서부에서 측압계수가 상대적으로 높은 경향(1.
- 단지 각각의 자료 취득 기관들에 자료를 요청하여 확인하는 작업을 거쳐 최대한 신뢰성을 높이려는 노력을 하였다. 또한 자료수집과 더불어 본 연구의 일환으로 양산단층 서편 인접 지역(경남양산시 물금읍)에 연직심도 300 m의 연구용 시추공을 굴착하였으며 수압파쇄응력측정을 수행하여 기존 응력 자료와 비교함으로써 자료의 신뢰성을 높이려는 시도를 하였다.
- 본 연구에서는 기존에 측정된 응력의 크기와 방향 자료를 수집하여 한반도 남동부의 응력장을 분석하였으며 그 결과를 이용하여 현생응력에 근거한 단층의 역학적 안정성 분석을 시도하였다. 본 연구를 통하여 얻어진 결론은 다음과 같다.
- 앞에 분석된 한반도 남동부의 응려상태를 토대로 정수압으로 가정된 공극압을 고려하여 각 지역에서의 유효주응력을 계산하였다. 아를 통해 해당지역의 방향에 따른 유효수직응력(#과 전단응력 (t)을 산정하여 식 (5)로 주어지는 단층강도식과 비교하였다.
- 연구지역의 응력 특성을 알아보기 위하여 측압계수 (K=수평응력, 연직응력)를 계산하였다. 연직응력은 상재 하중(또는 밀도)에 비례하여 심도에 따라 거의 선형적으로 증가하므로 연직응력에 대한 수평응력의 비인 측압계수는 해당 지역의 응력 특성을 나타낸다.
- 본 연구에서는 토목 관련업계에서 측정한 현생지반응력의 크기와 방향 자료를 수집하여 한반도 남동부의 응력장을 분석하였다. 이러한 응력장 분석을 통하여 연구지역의 응력장 분포 특성을 알아보고 현생 응력 장의 특성에 근거한 단층의 역학적 안정성 분석을 시도하였다.
- 4에서 보인 바와 같이 한반도 남동부 일대의 심도에 따른 응력 분포 경향을 일괄적으로 분석하기에는 자료의 분산정도가 크기 때문에 지역에 따라응력장 크기의 변화가 있을 것으로 유추된다. 이를 확인하기 위하여 각 응력장 크기의 자료를 근거로 하여 지역별 응력 변화 양상을 분석하였다. Fig.
- , 7에 도시하였다. 측정 심도의 차이를 배제하기 위해 유효연직응력으로 정규화하여 도시하였다. 즉, Fig.
대상 데이터
- 김수정(2002)은 토목 건설 목적으로 산업계에서 측정한 다수의 지반 응력 자료들을 수집하였다. Haimson et 以(2003)은 서울, 평택, 여수, 거제지역에서의 수압파쇄 시험결과를 보고하였으며 이들 자료 중 본 연구지역에 속하는 여수와 거제 자료를 본 연구에서 이용하였다. 현재 이 결과는 World Stress Map database에 등재되어 있다.
- 본 연구지역에서는 그동안 도로, 발전소, 지하저장소 등의 건설 및 대규모 토목공사 목적으로 다수의 지반응력 측정이 이루어졌으며 이들 기존의 자료들을 최대한 수집하여 한반도 남동부 지역의 응력장 분석에 이용하였다. 수집된 응력장 자료들은 대부분 수압파쇄법을 통해 얻어졌으며 일부 오버코어링법으로 얻어진 자료들을 포함한다.
- 본 연구지역은 한반도의 지체구조로 볼 때 경상분지를 주된 지역으로 일부의 소백산육계(영남육계)와 옥천대를 포함한다. 경상분지는 쥬라기 말과 백악기 초의 육성 퇴적층, 화산암류 그리고 화산쇄설성 퇴적암의 호충으로 구성되며, 후기 백악기 내지 저】3기 초기의 산성암류에 관입당하고 있다(대한지질학회, 1999).
- 중간, 최소 주응력이라 정의된다. 수압파쇄법과 오버코어링법을 통해 측정된 각 시추공 주변 해당 지역에 작용하는 최대수평주응력(oh)의 방향은 총 262개의 응력 자료 중에서 방沪] 측정되지 않은 15개의 자료를 제외한 247개의 자료 분석을 통해 도출되었다. Fig.
- 연직응력과 더불어 연구지역내 84개 시추공에서 측정된 총 262개의 수평응력 측정 자료를 Fig. 3에 심도의 함수로 도시하였다. 최대수평주응력(Fig.
- 총 84개의 시추공에서 규명된 응력자료를 편의상 27 개의 지역으로 나누어 본 연구에 이용하였다. 각 지역의 위치는 최대 응력측정심도에 따라 크기를 구분하여 Fig.
- 한반도 남동부 일대 60개의 시추공에서 수압파쇄 시험을 통해 측정된 총 254개의 응력자료(각 공당 깊이에 따라 2-11 개의 자료로 구성)를 수집하였으며 24개의 시추공에서 오버코어링법을 통해 측정된 8개의 응력자료 (3조의 시추공에서 1개의 응력텐서 측정)를 수집하였다 (임한욱과 이정인, 1991; 최성웅, 1997; 김수정, 2002; Haimscm et cd., 2003; 배성호 외 , 2005; 최성웅 외, 2005).
성능/효과
- (1) 한반도 남동부의 27개 지역에서 총 262회의 응력 자료 수집 및 분석 결과 최대수평주응력 방향은 평균 N66o±31°E로 나타났다.
- (2) 한반도 남동부의 응력상태는 normal fault stress regime 2개 지역 # 문경, 울산)과 strike-slip fault stress regime 1개 지역# 울진)을 제외한 대부분의 지역에서 thrust fault stress regime(ev<S<CH)을 보였다.
- (3) 등심도로 보정된 측압계수의 지역적 비교 결과 연구지역의 북동부(삼척, 울진포함)와 남서부(양산, 거제 포함)에서 상대적으로 측압계수가 높은 경향# 2.2 보였으며 연구지역의 북서부(영주,상주포함)와 남동부(부산, 경산포함)에서 상대적으로 측압계수가 낮은 경향#을 보였다.
- (4) 측압계수가 상대적으로 높은 지역(양산, 거제)에서는 Mohr원의 일부가 μ=0.6 기준선을 넘어서며 이는 한반도 남동부의 평균 최대주응력의 방향이 N66°±31°E 임을 감안할 때 N24°±31°W 주향의 30°±14° 경사 단 층이 현재의 응력장 하에서 역학적으로 안정되지 않을 수 있다는 점을 시사한다.
- 각 측압계수의 심도에 따른 분포 경향을 자세히 살펴보면 심도가 깊지 않는 곳에서 Kmax 의 값은 최대 6정도의 값을 보이다가 심도가 깊어 짐에 따라 점차 감소하셔 약 2정도의 값으로 수렴함을 보였다. Kg의 값도 Kmax의 값과 비슷한 경향으로 지표 부근에서 최대 4정도의 값을 보이다가 심도가 깊어짐에 따라 점차 감소하여 약 1정도의 값으로 수렴함을 보였다.
- 43으로 나타나 전반적으로 연직응력이 최소주응력인 thrust fault stress regime0] 우세한 것을 재확인할 수 있다. 각 측압계수의 심도에 따른 분포 경향을 자세히 살펴보면 심도가 깊지 않는 곳에서 Kmax 의 값은 최대 6정도의 값을 보이다가 심도가 깊어 짐에 따라 점차 감소하셔 약 2정도의 값으로 수렴함을 보였다. Kg의 값도 Kmax의 값과 비슷한 경향으로 지표 부근에서 최대 4정도의 값을 보이다가 심도가 깊어짐에 따라 점차 감소하여 약 1정도의 값으로 수렴함을 보였다.
- 6). 그 결과 삼척 울진을 포함하는 연구지역의 북동부와 양산과 거제를 포함호}는 연구지역의 남서부에서 측압계수가 상대적으로 높은 경향(1.4<1<Kmin<1.8, 2.2<1= Kmax<2.6)으로 분포하며 영주와 상주를 포함하는 연구지역의 북서부와 부산과 경산을 포함하는 연구지역의 남동부에서 상대적으로 측압계수가 낮은 경향(0.7<Kmin<L4, 1.2<Kmx<1.5)을 보인다. 낮은 측압계수 분포 지역이 마치 울산단층대를 따라 나타나는 경향은 흥미롭다.
- 또한 전명순 외(1999)가 한반도 지진자료의 focal mechanism을 통해 구한 S74o±ir>W의 준 수평방향(plunge 2。±7。)과도 유사하다. 다만 전자의 feult slip analysis법을 통해 유추한 최대주응력 방향의 경우 과거에 발생한 단 충의 변위로부터 도출하기 때문에 약간의 시기적인 차이가 있을 수 있으며 focal mechanism을 통해 구한 방향의 경우 기존 단증의 slip에 의한 displacement field를 이용하여 간접적으로 최대 주응력 방향을 유추하기 때문에 직접적인 측정방법을 통해 구한 본 연구의 최대 수평 주응력 방향과 방법적인 차이를 보일 수 있다. 이러한 차이에 대한 연구는 앞으로 추가적인 연구를 통하여 보다 명확히 규명되어야 할 부분이다.
- 본 연구를 통하여 한반도 남동부의 평균 최대 수평 주응력 방향은 N66o±3r=E로 나타났다. 본 연구에서 얻은 최대 수평 주응력 방향은 기존의 다른 방법을 통해 얻은 결과와 상당히 유사하다.
- 측압계수를 통하여 각 지역의 응력특성을 비교해 보면 무주와 장수를 포함한 연구지역의 서쪽, 울주를 포함하는 동쪽 일부지역, 그리고 통영을 포함하는 연구지역의 남쪽에서 Kmax와 14min의 값이 상대적으로 높게(1.8<Kmin<2.2, 2.5<Kmax<3.2) 나타나는 반면에 문경,울진, 청송에 이르는 연구지역의 북동쪽과 울산와 상동지역에 이르는 연구지역의 남동쪽에서는 Kmax와 S의값이 상대적으로 낮은(0.6<Kmax<1.1, 0.8<Kmax<1.4) 값의 경향을 보였다.
후속연구
- , 2006) 본 연구 결과의 타당성을 부분적으로 보여준다. 또한 stress regimee 심도에 따라서도 변할 수 있기 때문에(McGair ef al., 1982; Zoback and Hickman, 1982) stress regime과 단층의 운동양상의 규명은 앞으로 대심도의 응력측정과 같은 추가적인 연구를 통하여 보다 명확하게 규명되어야 할 부분이다.
- 용도로 활용될 수 있다. 먼저 지질공학적으로 지하구조물 안정성 분석에 있어 필수적으로 요구되는 지반 응력 장 자료의 기본을 제공한다. 즉, 지역에 따른 응력 특성에 대한 응력지도를 제공함으로써 지하구조물 설계 시에 일차적인 응력의 근사값으로 이용될 수 있다.
- 다만 전자의 feult slip analysis법을 통해 유추한 최대주응력 방향의 경우 과거에 발생한 단 충의 변위로부터 도출하기 때문에 약간의 시기적인 차이가 있을 수 있으며 focal mechanism을 통해 구한 방향의 경우 기존 단증의 slip에 의한 displacement field를 이용하여 간접적으로 최대 주응력 방향을 유추하기 때문에 직접적인 측정방법을 통해 구한 본 연구의 최대 수평 주응력 방향과 방법적인 차이를 보일 수 있다. 이러한 차이에 대한 연구는 앞으로 추가적인 연구를 통하여 보다 명확히 규명되어야 할 부분이다.
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