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문제 정의
- 본 연구에서는 취약부의 발생을 파악할 수 있는 모니터링 시스템의 개발을 위하여, 기존 사례의 분석을 수행하고, 가장 영향력 있는 3가지 물리량인 간극수압, 온도, 전기저항을 선정하였다. 이들 물리량의 가능성 분석을 위하여 원심모형 시험 상에서 취약부가 있는 모형 댐과 담수 상황을 모사하고, 간극수압, 온도, 전기저항을 측정할 수 있는 시스템을 구축하였다.
- 모사되는 인공 취약부는 심벽 내에서 150mm의 일정한 폭을 가지도록 설계하였다. 이는 댐 규모에 비해 비교적 큰 크기의 취약부로 현실성은 떨어지나, 본 연구에서는 실험의 효율성과 취약부로 인한 침투 특성이 확연하게 달라지는 것을 모사하기 위하여 이와 같이 설계하였다.
- 비파괴 탐사 기법들이 대안으로 고려되고 있으나, 많은 요소의 영향을 받고 있어 일회성의 계측을 통해서 안정성을 판단하기에는 어려움이 존재한다. 이러한 이유로 본 연구에서는 장기적인 모니터링 기술에 사용할 수 있는 물리량들에 대하여 원심모형 시험을 통하여 그 적용성을 판단하고자 하였다.
가설 설정
- 1. 간극수압은 침투 흐름의 직접적인 영향을 받기 때문에, 댐체 내부에서 안정적으로 장기적인 측정이 확보된다면, 가장 신뢰성 있는 취약부 모니터링을 위한 물리량으로 판단된다.
- 댐의 안전과 관련되는 댐 거동에 대한 중요한 정보를 얻기 위하여 모니터링이 실시되며 보통 전통적인 모니터링 시스템은 일반적으로 댐 건설 중에 설치된다. 가장 보편적인 댐 감시 및 모니터링 시스템은 1) 육안관찰, 2) 변형 계측,3) 배수시스템을 통한 침투량 측정, 4) 간극수압계에 의한 측정이 있다. 그러나, 이러한 전통적인 방법들은 주관적, 환경적인 영향, 감지의 분해능이 낮거나 시스템의 장기건전성이 약한 단점들을 보유하고 있는 실정이다(Johansson, 2007).
- 본 연구에서는 심벽 하단부에 후방진행형 침식이 발생한다고 가정하고, 이때에 침투에 취약한 영역을 인공적으로 조성하였다. 단계별로 후방침식이 발전되는 과정을 세 가지 단면 조건으로 상정하여 모형 단면을 설계하였다(그림 2).
제안 방법
- 열전대를 한 지점에서 깊이 별로 또는 일정 깊이 별로 측정하기 위하여, 5cm 간격으로 센싱 프루브(Sensing probe)를 설치하였다. 5개의 열전대를 막대형으로 길이방향으로 배치하여 어레이를 구성하였고, 열전대 어레이 TC1, TC2, TC3을 그림 6과 표 3에 나타낸 바와 같이 설치하였다. TC1과 TC2의 두 개의 어레이는 심벽의 횡단중앙에 깊이방향으로 설치하여, 침투 유발시 심벽 내부에서의 깊이별 온도 변화를 측정하고자 하였고, TC3은 사력부의 하류부 바닥에 종단방향으로 설치하여 종단 위치에 따른 유출수의 온도를 관측하고자 하였다.
- LCR미터의 4개 터미널과 22개(11개 전극)선을 연결하기 위하여 스위칭 유닛의 4X22 매트릭스를 사용하였다. LCR미터는 GPIB (General Purpose Interface Bus)통신을 통하여 제어되고, 스위치 유닛은 NI사의 계측용 PXI 컴퓨터에 탑재되어, 원격 스위칭과 원격 측정이 프로그램을 통하여 측정되도록 하였다. 원격 스위칭과 원격 측정은 그림 8b와 같은 흐름으로 측정되고, 모형 댐의 50g 안정화 이후, 담수를 시작한 시점부터 정상 상태에 도달하는 시점까지, 모든 쌍의 전극 사이의 전기 저항을 연속적으로 측정하였다.
- 전기 저항은 기본적으로 한 쌍의 전극 조합에 대하여 측정이 이루어지며, 측정시스템과 원리는 Kim 등(2011)에 의해 제시된 방법과 동일하게 LCR미터를 사용하여 측정되었다. LCR미터에서 4TP(four-terminal pair) 설정으로 측정하였고, LCR미터의 전면에 있는 4개의 터미널 Hc, Hp, Lp, Lc로부터 각각 10m의 절연 코팅 선으로 전극어레이의 한쌍의 전극에 연결된다(Agilent 4253B). 이때, Hc와 Hp에 연결되는 두 개의 전선은 측정하고자 하는 한 쌍의 전극 중 하나의 전극에 연결되고, Lc와 Lp는 나머지 전극에 연결되어, LCR미터를 통하여 전기저항을 측정하였다.
- 5개의 열전대를 막대형으로 길이방향으로 배치하여 어레이를 구성하였고, 열전대 어레이 TC1, TC2, TC3을 그림 6과 표 3에 나타낸 바와 같이 설치하였다. TC1과 TC2의 두 개의 어레이는 심벽의 횡단중앙에 깊이방향으로 설치하여, 침투 유발시 심벽 내부에서의 깊이별 온도 변화를 측정하고자 하였고, TC3은 사력부의 하류부 바닥에 종단방향으로 설치하여 종단 위치에 따른 유출수의 온도를 관측하고자 하였다.
- 모형 사력부의 조성은 다음과 같다. ① 상하류 바닥에 간극수압계 및 온도센서를 매설하고, 하류부 바닥에 필터층을 주문진사를 이용하여 조성하였다. 심벽과 하류 사력부와의 경계면은 필터층을 모사하기 위하여 지오텍스타일을 설치하였다.
- 단계별로 후방침식이 발전되는 과정을 세 가지 단면 조건으로 상정하여 모형 단면을 설계하였다(그림 2). 각 단면 조건에서 원심모형 침투 시험을 수행하면서, 온도 및 저항의 변화를 계측하였고, 단계별로 변화되는 양상과 계측 지점별 거동의 차이를 비교하였다. 댐 모형의 원형은 15m 높이의 전형적인 코아형 필댐 단면을 선정하여 조성하였고, 상하류 경사는 1:2, 심벽의 상하류면 경사는 1:0.
- 이들 물리량의 가능성 분석을 위하여 원심모형 시험 상에서 취약부가 있는 모형 댐과 담수 상황을 모사하고, 간극수압, 온도, 전기저항을 측정할 수 있는 시스템을 구축하였다. 구축된 시스템을 이용하여, 취약부가 인위적으로 모사된 세 가지 모형 필댐에 대하여 원심모형시험을 수행하였고, 다음과 같은 결론을 획득하였다.
- 본 연구에서는 심벽 하단부에 후방진행형 침식이 발생한다고 가정하고, 이때에 침투에 취약한 영역을 인공적으로 조성하였다. 단계별로 후방침식이 발전되는 과정을 세 가지 단면 조건으로 상정하여 모형 단면을 설계하였다(그림 2). 각 단면 조건에서 원심모형 침투 시험을 수행하면서, 온도 및 저항의 변화를 계측하였고, 단계별로 변화되는 양상과 계측 지점별 거동의 차이를 비교하였다.
- 각 단면 조건에서 원심모형 침투 시험을 수행하면서, 온도 및 저항의 변화를 계측하였고, 단계별로 변화되는 양상과 계측 지점별 거동의 차이를 비교하였다. 댐 모형의 원형은 15m 높이의 전형적인 코아형 필댐 단면을 선정하여 조성하였고, 상하류 경사는 1:2, 심벽의 상하류면 경사는 1:0.3으로 설계하였다. 모형단면 설계에 적용된 상사비는 1/50이고, 원심모형 시험은 50g에서 수행되었다.
- 전기 저항이 온도의 영향을 받기 때문에, 상류측 열원을 사용한 온도 모니터링 시험은 전기 저항 측정시험과 별도로 수행되었다. 또한, 상류측에 담겨지는 물의 양이 상당하여, 비열이 높은 물의 수온을 변화시키는데 열원의 용량이 부족하여, 원심가속하기 전에 미리 수온을 일정수준으로 조절한 상태에서 원심가속을 시작하는 방법으로 시험을 수행하였다. 원심가속과 동시에 침투가 발생하게 되고, 50g에 도달하게 되면 가장 큰 수두 조건이 된다.
- 또한, 국내에서도 오석훈 등(2005, 2010)에 의해 모니터링 시스템을 위한 온도센서 어레이 단위의 공간적인 온도 측정 기법을 개발하여 측정의 정확성을 높인 바 있다. 또한, 실제 댐에 시험 적용하여 그 가능성을 확인하였다.
- 제한된 경계조건을 가지는 모형시험이기 때문에, 특히, 열전달이 좋은 토조 벽체가 경계조건이 되므로, 이 영향을 배제하기 위하여 사력부측의 벽면/바닥면과 댐체 사이에 단열재를 배치하여 가능한 열전달을 차단하였다. 또한, 열전도 및 예상치 못한 경로를 통한 열전파를 확인하기 위하여, 침투가 거의 발생하지 않는 1g상태에서 상류측 온도를 변화시키고, 온도계측 시스템의 반응을 원심모형시험이 수행되는 동일한 시간만큼 모니터링 하였다. 그 결과 그림 7과 같이 상류 측의 온도 변동에 대하여 매설된 온도 측정 시스템에는 큰 반응이 나타나지 않고 있어, 다른 경로를 통한 열전파 및 댐체 전도에 의한 열전파는 미미함을 확인하였다.
- 본 연구에서는 필댐을 위한 모니터링 기술에 적용할 수 있는 물리량으로 간극수압, 온도와 전기저항을 선정하였고, 이를 원심모형시험 상에서 계측할 수 있는 시스템을 구축하였다. 또한, 코아형 필댐 모형 단면을 설계하고, 코아죤에 취약부가 없는 정상적인 경우, 코아죤 하부에 부분적인 취약부가 발생한 경우, 코아죤 하부에 취약부가 커져서 상하류 사력죤이 연결되는 경우를 포함하여, 총 세 가지 모형을 제작하고, 원심모형시험을 수행하였다. 원심력장이 작용하는 조건상에서, 담수 시에 나타나는 침투 흐름의 변화에 따라 간극수압, 온도 및 전기저항의 변화를 모니터링하였다.
- 모형 심벽은 카올린(kaolin) 점토를 이용하여 축조하였다. 카올린은 정제된 판상의 결정 구조를 가진 분말 형태의 제품으로 소성지수(PI)가 35로 통일 분류법상에서 CH로 분류되는 점토이다.
- 본 연구에서 구현한 모형 댐 시스템은 실제 댐의 조건과 달리 상류 측에 계절적인 변동이 발생하지 않기 때문에 인위적인 온도 변동이 필요하여, 상류측에 열원 소스로 열선을 설치하여 인공적인 온도 변동을 유발하였다. 그림 6은 설치된 열선과 온도 측정시스템을 나타낸다.
- 모형단면 설계에 적용된 상사비는 1/50이고, 원심모형 시험은 50g에서 수행되었다. 본 연구에서는 원심모형시험을 위해 개발된 계측시스템의 적용성 판단도 중요 목표이기 때문에 실험의 효율성을 고려하여 모형의 원형을 대댐기준의 최소 크기인 15m로 설계하였다.
- 본 연구에서는 필댐을 위한 모니터링 기술에 적용할 수 있는 물리량으로 간극수압, 온도와 전기저항을 선정하였고, 이를 원심모형시험 상에서 계측할 수 있는 시스템을 구축하였다. 또한, 코아형 필댐 모형 단면을 설계하고, 코아죤에 취약부가 없는 정상적인 경우, 코아죤 하부에 부분적인 취약부가 발생한 경우, 코아죤 하부에 취약부가 커져서 상하류 사력죤이 연결되는 경우를 포함하여, 총 세 가지 모형을 제작하고, 원심모형시험을 수행하였다.
- 7m(높이)이다. 실험기 하단에 설치되어 있는 Fluid Rotary Joint를 통하여 원심가속 중에 실험에 필요한 용수를 공급하여 원심 가속상에서 필댐 모형의 상류측 수위를 조절하였다.
- 심벽 내부의 취약부는 지오텍스타일과 주문진사를 이용하여 설계규격에 맞게 사각판 형태로 제작하여, 심벽 안쪽에 넣고 심벽내부에 미리 설치되어 심벽을 조성하였다. 조성이 완료된 모형 심벽 및 취약부 모사는 그림 3과 같다.
- ① 상하류 바닥에 간극수압계 및 온도센서를 매설하고, 하류부 바닥에 필터층을 주문진사를 이용하여 조성하였다. 심벽과 하류 사력부와의 경계면은 필터층을 모사하기 위하여 지오텍스타일을 설치하였다. ② 사력부는 표 2로 함수비를 조절하였고, 상하류 사력부를 각각 4층으로 나누어 설계 목표다짐 밀도에 맞게 다짐으로 조성하였다.
- 축조가 완료된 모형댐은 원심모형시험기에 탑재된 후, 2g/min로 가속하여 50g까지 가속하고 정상부 침하 및 간극수압이 수렴할 때까지 안정화하였다. 안정화 후, 상류측에 담수를 시작하였고, 수위를 댐고의 90%까지 높이고, 정상상태 흐름이 발생할 때까지 모니터링을 지속하였다.
- 본 연구에서는 침투속도가 원심가속으로 빨라지기 때문에, 온도 측정 센서 중 반응이 좋은 열전대(Thermocouple)를 선택하였고, 온도 대역을 고려하여 K형 열전대를 사용하였다. 열전대를 한 지점에서 깊이 별로 또는 일정 깊이 별로 측정하기 위하여, 5cm 간격으로 센싱 프루브(Sensing probe)를 설치하였다. 5개의 열전대를 막대형으로 길이방향으로 배치하여 어레이를 구성하였고, 열전대 어레이 TC1, TC2, TC3을 그림 6과 표 3에 나타낸 바와 같이 설치하였다.
- LCR미터는 GPIB (General Purpose Interface Bus)통신을 통하여 제어되고, 스위치 유닛은 NI사의 계측용 PXI 컴퓨터에 탑재되어, 원격 스위칭과 원격 측정이 프로그램을 통하여 측정되도록 하였다. 원격 스위칭과 원격 측정은 그림 8b와 같은 흐름으로 측정되고, 모형 댐의 50g 안정화 이후, 담수를 시작한 시점부터 정상 상태에 도달하는 시점까지, 모든 쌍의 전극 사이의 전기 저항을 연속적으로 측정하였다.
- 원심가속 후 담수를 시작하여 최고 수위를 유지하면서 시험을 수행하였고, 그 동안 지속적으로 간극수압의 변화를 기록하였다. 이때의 간극수압의 관측기록은 그림 9와 같다.
- 또한, 코아형 필댐 모형 단면을 설계하고, 코아죤에 취약부가 없는 정상적인 경우, 코아죤 하부에 부분적인 취약부가 발생한 경우, 코아죤 하부에 취약부가 커져서 상하류 사력죤이 연결되는 경우를 포함하여, 총 세 가지 모형을 제작하고, 원심모형시험을 수행하였다. 원심력장이 작용하는 조건상에서, 담수 시에 나타나는 침투 흐름의 변화에 따라 간극수압, 온도 및 전기저항의 변화를 모니터링하였다. 원심모형시험을 통하여, 간극수압, 온도 및 전기저항의 변화가 취약부 존재에 따라 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었고, 간극수압, 온도와 전기 저항이 필댐의 내부 취약부를 탐지하기 위한 모니터링 기술 개발에 적용 될 수 있음을 확인하였다.
- 본 연구에서는 취약부의 발생을 파악할 수 있는 모니터링 시스템의 개발을 위하여, 기존 사례의 분석을 수행하고, 가장 영향력 있는 3가지 물리량인 간극수압, 온도, 전기저항을 선정하였다. 이들 물리량의 가능성 분석을 위하여 원심모형 시험 상에서 취약부가 있는 모형 댐과 담수 상황을 모사하고, 간극수압, 온도, 전기저항을 측정할 수 있는 시스템을 구축하였다. 구축된 시스템을 이용하여, 취약부가 인위적으로 모사된 세 가지 모형 필댐에 대하여 원심모형시험을 수행하였고, 다음과 같은 결론을 획득하였다.
- LCR미터에서 4TP(four-terminal pair) 설정으로 측정하였고, LCR미터의 전면에 있는 4개의 터미널 Hc, Hp, Lp, Lc로부터 각각 10m의 절연 코팅 선으로 전극어레이의 한쌍의 전극에 연결된다(Agilent 4253B). 이때, Hc와 Hp에 연결되는 두 개의 전선은 측정하고자 하는 한 쌍의 전극 중 하나의 전극에 연결되고, Lc와 Lp는 나머지 전극에 연결되어, LCR미터를 통하여 전기저항을 측정하였다. 흙의 전기저항은 상대적으로 큰 값을 가지기 때문에, 구성된 측정시스템을 사용하여 100kΩ~1MΩ의 고정저항이 제대로 측정되는지 확인한 후 원심모형시험을 수행하였다.
- 일차적으로 심벽내 취약부에 따른 침투 특성을 보기 위하여 간극수압계를 매설하여 침투시 댐체 내부의 간극 수압 변화를 측정하였다. 이를 위하여 소형 간극수압계인 GE Druck PDCR81이 사용되었으며, 간극수압계 PPT01에서 PPT09, PPT-UPS의 설치 위치는 그림 5와 표 3에 나타낸 바와 같다.
- 제한된 경계조건을 가지는 모형시험이기 때문에, 특히, 열전달이 좋은 토조 벽체가 경계조건이 되므로, 이 영향을 배제하기 위하여 사력부측의 벽면/바닥면과 댐체 사이에 단열재를 배치하여 가능한 열전달을 차단하였다. 또한, 열전도 및 예상치 못한 경로를 통한 열전파를 확인하기 위하여, 침투가 거의 발생하지 않는 1g상태에서 상류측 온도를 변화시키고, 온도계측 시스템의 반응을 원심모형시험이 수행되는 동일한 시간만큼 모니터링 하였다.
- 취약부는 심벽의 하단에 조성하였고, 단계별로 CASE II와 CASE III에서 취약부의 크기가 다르도록 설계하였다. 모사되는 인공 취약부는 심벽 내에서 150mm의 일정한 폭을 가지도록 설계하였다.
- 이때, Hc와 Hp에 연결되는 두 개의 전선은 측정하고자 하는 한 쌍의 전극 중 하나의 전극에 연결되고, Lc와 Lp는 나머지 전극에 연결되어, LCR미터를 통하여 전기저항을 측정하였다. 흙의 전기저항은 상대적으로 큰 값을 가지기 때문에, 구성된 측정시스템을 사용하여 100kΩ~1MΩ의 고정저항이 제대로 측정되는지 확인한 후 원심모형시험을 수행하였다.
대상 데이터
- 전술한 바와 같이, 전극어레이는 총 11개의 전극이 있기 때문에, 다양한 조합이 가능하고, 원심 가속상에서 원격으로 전극을 순차적으로 바꿔서 LCR미터와 연결하기 위하여, NI사의 스위칭 유닛(NI PXI2530)을 사용하였다. LCR미터의 4개 터미널과 22개(11개 전극)선을 연결하기 위하여 스위칭 유닛의 4X22 매트릭스를 사용하였다. LCR미터는 GPIB (General Purpose Interface Bus)통신을 통하여 제어되고, 스위치 유닛은 NI사의 계측용 PXI 컴퓨터에 탑재되어, 원격 스위칭과 원격 측정이 프로그램을 통하여 측정되도록 하였다.
- 모형 필댐은 박스 형태의 전용 토조에 조성되었으며, 본 실험에서 사용된 토조의 크기는 1.2m(길이)×0.7m(너비)×0.7m(높이)이다.
- 본 연구에서 원심모형시험을 위하여 사용되는 가속장치는 Beam 형태의 원심모형시험기로서, KOCED KAIST에 설치된 원심모형실험장비이다. 회전반경 5.
- 본 연구에서는 침투속도가 원심가속으로 빨라지기 때문에, 온도 측정 센서 중 반응이 좋은 열전대(Thermocouple)를 선택하였고, 온도 대역을 고려하여 K형 열전대를 사용하였다. 열전대를 한 지점에서 깊이 별로 또는 일정 깊이 별로 측정하기 위하여, 5cm 간격으로 센싱 프루브(Sensing probe)를 설치하였다.
- 전극의 초기 설치 이후, 원심 가속으로 인한 초기 위치로 부터의 이탈을 막고, 다른 댐모형에서 사용하는 경우에도 항상 같은 전극 간격을 유지할 수 있도록 고정틀에 전극이 고정되어 있는 형태로 제작되었다(그림 8a). 전극은 부식저항성이 큰 스테인레스로 제작되었으며, 직경 1mm, 길이 10mm로 제작되었고, 60mm 간격으로 배치되었다. 전극 어레이에는 총 11개의 전극이 부착되었으며, 전극간 절연성과 충분한 강성이 확보되는 아세탈 재질의 고정틀에 부착되었다(그림 8a).
- 전술한 바와 같이, 전극어레이는 총 11개의 전극이 있기 때문에, 다양한 조합이 가능하고, 원심 가속상에서 원격으로 전극을 순차적으로 바꿔서 LCR미터와 연결하기 위하여, NI사의 스위칭 유닛(NI PXI2530)을 사용하였다. LCR미터의 4개 터미널과 22개(11개 전극)선을 연결하기 위하여 스위칭 유닛의 4X22 매트릭스를 사용하였다.
이론/모형
- 전기 저항은 기본적으로 한 쌍의 전극 조합에 대하여 측정이 이루어지며, 측정시스템과 원리는 Kim 등(2011)에 의해 제시된 방법과 동일하게 LCR미터를 사용하여 측정되었다. LCR미터에서 4TP(four-terminal pair) 설정으로 측정하였고, LCR미터의 전면에 있는 4개의 터미널 Hc, Hp, Lp, Lc로부터 각각 10m의 절연 코팅 선으로 전극어레이의 한쌍의 전극에 연결된다(Agilent 4253B).
성능/효과
- 2. 온도는 심벽이 제 역할을 수행하여 침투속도가 현격히 증가하지 않는 조건에서는 침투거동의 변화를 확연하게 찾아내지 못하였던 반면, 취약부가 크게 유발되어 국부적인 침투속도가 빨라진 영역을 확연하게 찾아낼 수 있었다. 또한, 온도 센서의 배치에 따라서, 공간적인 취약부의 위치의 파악이 가능함을 확인하였다.
- 3. 담수 전 · 후 심벽부 단면 내에서 측정된 저항값의 분포에는 큰 차이가 나타나지 않고 있다.
- 또한, 열전도 및 예상치 못한 경로를 통한 열전파를 확인하기 위하여, 침투가 거의 발생하지 않는 1g상태에서 상류측 온도를 변화시키고, 온도계측 시스템의 반응을 원심모형시험이 수행되는 동일한 시간만큼 모니터링 하였다. 그 결과 그림 7과 같이 상류 측의 온도 변동에 대하여 매설된 온도 측정 시스템에는 큰 반응이 나타나지 않고 있어, 다른 경로를 통한 열전파 및 댐체 전도에 의한 열전파는 미미함을 확인하였다.
- 또한, 안정화 시간이 지난 후 담수가 시작되면, 사력부에서는 침투가 금방 이루어지기 때문에, 사력부(상류쪽) 간극수압(PPT1, PPT2)은 상류 수위만큼 신속하게 증가하고 일정한 상태를 유지하는 반면, 심벽 내부(PPT3~PPT7)는 수하중으로 인하여 추가적인 과잉간극수압이 유발되어, 예상되는 정수압보다 더 큰 수압이 관측되다가, 압밀과 침투가 함께 진행되면서, 점차 정상상태의 수압으로 수렴해가는 현상을 확인할 수 있다(그림 9b). 또한, 하류측 간극수압(PPT8, PPT9)은 심벽을 통과해서 나오는 유출수량에 비해, 필터존의 통수능력이 월등히 좋기 때문에, 간극수압이 배수구의 높이만큼 계측이 된다.
- 온도는 심벽이 제 역할을 수행하여 침투속도가 현격히 증가하지 않는 조건에서는 침투거동의 변화를 확연하게 찾아내지 못하였던 반면, 취약부가 크게 유발되어 국부적인 침투속도가 빨라진 영역을 확연하게 찾아낼 수 있었다. 또한, 온도 센서의 배치에 따라서, 공간적인 취약부의 위치의 파악이 가능함을 확인하였다.
- 차후, 연속적인 조건에서의 전기 저항 변화에 대한 추가적인 연구가 필요하며, 취약부 조건을 판별하는 모니터링을 위한 물리량으로 전기 저항의 충분한 가능성이 있는 것으로 판단된다. 실제 심벽 재료는 본 연구에서 사용한 심벽 재료보다 세립분의 함량이 상당히 적고, 침윤선이 도달하지 않은 상태에서도 물을 함수하려는 경향이 작아지기 때문에, 침투에 따른 변화가 전기저항에 보다 민감하게 나타날 것으로 판단된다. 특히, 심벽의 경우 선별된 재료로 국한되는 경우가 많기 때문에, 이에 대한 추후 연구가 지속된다면 실제 재료에서 전기 저항 모니터링이 보다 유효할 것으로 판단된다.
- 원심력장이 작용하는 조건상에서, 담수 시에 나타나는 침투 흐름의 변화에 따라 간극수압, 온도 및 전기저항의 변화를 모니터링하였다. 원심모형시험을 통하여, 간극수압, 온도 및 전기저항의 변화가 취약부 존재에 따라 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었고, 간극수압, 온도와 전기 저항이 필댐의 내부 취약부를 탐지하기 위한 모니터링 기술 개발에 적용 될 수 있음을 확인하였다.
- 특히, 심벽의 경우 선별된 재료로 국한되는 경우가 많기 때문에, 이에 대한 추후 연구가 지속된다면 실제 재료에서 전기 저항 모니터링이 보다 유효할 것으로 판단된다. 전술한 결과에서 확인되는 바와 같이, 원심모형시험에서는 전기저항이 토조라는 제한된 공간에서 측정되기 때문에, 경계면의 영향이 크게 나타났다. 경계면의 영향과 이를 고려한 역산기법에 대한 연구가 진행된다면, 보다 정밀한 분해능을 가지는 측정이 될 것으로 판단된다.
후속연구
- 전술한 결과에서 확인되는 바와 같이, 원심모형시험에서는 전기저항이 토조라는 제한된 공간에서 측정되기 때문에, 경계면의 영향이 크게 나타났다. 경계면의 영향과 이를 고려한 역산기법에 대한 연구가 진행된다면, 보다 정밀한 분해능을 가지는 측정이 될 것으로 판단된다.
- 이는 CASE I과 비교하여, 확연하게 구분되는 현상으로, 취약부를 비교적 높은 정확도로 찾을 수 있음을 보여주고 있다. 만약, 본 연구의 모사 조건과 달리, 실제 댐과 같이 정상적인 심벽에서 부터 내적침식으로 취약부가 발달되는 과정이 모사된다면, 그 변화가 전기 저항 분포의 변화를 판별할 수 있을 것으로 판단된다.
- 특히, CASE III의 저항 분포(그림 15a)와 CASE I의 저항분포(그림 14a)가 심벽 정상 부근에서 부터 상당한 차이가 있음을 발견할 수 있다. 이는 본 연구에서 인공적인 취약부가 미리 설치된 상태에서 실험이 이루어지므로 인해서 나타나는 한계로 판단된다. CASE III의 경우, 담수 전 초기부터 취약부가 매설된 상태로 원심가속이 이루어지기 때문에, 하부에 다른 전기 저항대가 넓게 분포하고 있음을 발견할 수 있다.
- 단지, 댐정상 부근에 설치된 TC1-1은 상류에 인접하여 다소 온도 증가가 나타났고, 나머지 센서는 온도 변화가 발생하지 않았다. 이와는 대조적으로, 취약부가 완전히 개방되는 CASE III의 경우, 그림 12와 같이 심벽 내부보다 직접 유출수가 통과하는 하류 사력부에서 온도 변동이 확연히 나타나고 있어 온도를 추적자로 한 모니터링은 가능할 것으로 판단된다. 주목할 현상은, 취약부에 가까운 센서의 경우, 가장 빨리 상류측 수온에 접근하는 반면, 멀어질수록 천천히 반응하는 것을 확인할 수 있다.
- 차후, 연속적인 조건에서의 전기 저항 변화에 대한 추가적인 연구가 필요하며, 취약부 조건을 판별하는 모니터링을 위한 물리량으로 전기 저항의 충분한 가능성이 있는 것으로 판단된다. 실제 심벽 재료는 본 연구에서 사용한 심벽 재료보다 세립분의 함량이 상당히 적고, 침윤선이 도달하지 않은 상태에서도 물을 함수하려는 경향이 작아지기 때문에, 침투에 따른 변화가 전기저항에 보다 민감하게 나타날 것으로 판단된다.
- 오석훈 등(2010)이제안하고 있는 바와 같이 온도계측은 타 기법에 비해 효율적이면서 경제적인 기법인 바, 지속적인 연구를 통하여 발전가능성이 있다고 판단된다. 특히, 계절적인 변화의 영향이 뚜렷한 물리량이기 때문에, 이를 역으로 이용한 정확한 해석 기법이 결합되는 연구가 되면 온도 계측의 활용 가능성이 더 높아질 것으로 판단된다.
- 실제 심벽 재료는 본 연구에서 사용한 심벽 재료보다 세립분의 함량이 상당히 적고, 침윤선이 도달하지 않은 상태에서도 물을 함수하려는 경향이 작아지기 때문에, 침투에 따른 변화가 전기저항에 보다 민감하게 나타날 것으로 판단된다. 특히, 심벽의 경우 선별된 재료로 국한되는 경우가 많기 때문에, 이에 대한 추후 연구가 지속된다면 실제 재료에서 전기 저항 모니터링이 보다 유효할 것으로 판단된다. 전술한 결과에서 확인되는 바와 같이, 원심모형시험에서는 전기저항이 토조라는 제한된 공간에서 측정되기 때문에, 경계면의 영향이 크게 나타났다.
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