[논문]지반침하 발생지역에서의 절리군의 방향성과 침하발생 위치의 상관관계에 관한 연구

김병렬; 이승중; 최성웅

doi:10.7474/tus.2013.23.5.392

[국내논문] 지반침하 발생지역에서의 절리군의 방향성과 침하발생 위치의 상관관계에 관한 연구
A study on the Correlation Between Orientation of Joint Sets and Location of Subsidence Zone in Subsidence Area 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.23 no.5, 2013년, pp.392 - 400

김병렬 (강원대학교 에너지.자원공학과 대학원) , 이승중 (강원대학교 에너지.자원공학과 대학원) , 최성웅 (강원대학교 에너지.자원공학과 대학원)

초록
AI-Helper

채굴적에 의한 지표에서의 지반침하발생 위치를 추정함에 있어, 절리군은 필수적으로 고려되어야하는 요소 중의 하나인 바, 각 절리군의 역학적 특성과 이들이 채굴적 상부 암반에 분포하는 양상은 지반침하발생을 가속시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 침하발생 범위의 추정에 관한 선행연구의 근거자료로 이용된 자료 중 절리군의 방향성에 대한 조사정보의 신뢰성이 비교적 양호한 자료들을 선별하여 절리군의 방향성을 중심으로 지반침하 발생위치와의 상관관계를 재검토하였으며, 추정각과 침하 지역에 분포하는 주절리군 $J_1$의 경사각을 비교하여 주절리군 $J_1$이 침하에 미치는 영향을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Joint sets should be considered as an influence factor, when location of subsidence zone by stopes is predicted. And the mechanical properties and distribution patterns of joint set above stopes may be affecting subsidence occurrence. In this study, therefore, the orientation of joint sets is reanalyzed with the data from the previous research on prediction of defining the subsidence zone. From a correlated analysis, the influence of major joint set($J_1$) on subsidence location was analyzed by comparing the angle of assumption with the angle of major joint set($J_1$).

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그러나 지반안정성 보고서상에 기재되어있는 절리군에 대한 조사는 지표면상의 노두 또는 암반사면에 국한되어 조사된 자료들이 대부분이고, 지침에서 제시하고 있는 일부 조사항목들만이 조사되었기 때문에 전체 보고서에 대한 일관성 있는 자료 취득이 어려웠다. 따라서 본 연구에서는 자료의 형평성을 고려하여 대다수의 보고서상에 명확하게 제시되어 있는 절리군의 방향성만을 고려하여 지반침하발생 위치에 절리군이 미치는 영향을 분석하였다.
이 침하발생에 직·간접적인 영향을 미칠 수 있는 분포양상을 나타내고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 상관성 분석을 통해 각 Case에 해당하는 각 침하지의 주절리군 J₁의 경사각과 침하발생 위치를 나타내는 추정각과의 상관관계를 검토하였으며, 광체의 경사각에 따른 영향도 함께 분석하였다.
3과 같이 채굴적에서 직상부까지 연결되는 수직선을 기준으로 침하지가 위치한 방향에 따라 α₁과 α₃으로 구분하여 측정된다(김병렬외, 2013). 본 연구에서는 절리 및 광체의 경사각과 추정각의 상관관계를 분석하기 위해 각도의 측정기준을 통일하고자, 추정각을 수평선을 기준으로 각도를 변환 하였다. 변환된 추정각은 90°-α로 계산되어지며, C_α (Converted alpha)로 정의하였다.
본 연구에서는 주절리군 J1이 침하발생에 미치는 영향 정도를 판단하기 위해, 주절리군 J1의 경사각과 변환 추정각의 비율(J1a/Cα)로 그 영향 정도를 수치적으로 표현하였다.
본 연구에서는 침하발생 위치와 절리군의 방향성의 상관관계를 분석하기 위해, 침하발생 위치를 기준으로 세 가지 Case로 분류하였으며 침하지 단면상의 절리군에 대한 경사보정을 수행하였다.
본 연구에서는, 침하발생 위치와 절리군의 방향성의 상관관계를 분석하기 위하여, 절리군에 대한 조사정보가 뚜렷한 지반안정성 보고서 11개의 침하지 75개소를조사하였으며, 침하지 단면상의 침하발생 위치를 기준으로 세 가지 Case로 분류하였다. 이를 이용하여 주절리군 J₁과 광체의 경사방향 차이를 분석하였으며, 침하 발생에 미치는 영향정도를 판단하기 위한 J_1a/C_α를 Case-1과 Case-3의 J_1a, θ와 비교 및 분석하였다.
이러한 이유로 본 연구에서는 지반안정성 보고서 상의 한정된 자료만으로 침하발생 위치와 주절리군 J₁의 방향성의 상관관계를 검토하고자 하였다. 분석된 결과로부터 확인할 수 있듯이 J_1a와 α는 밀접한 관련이 있 으며, Case-1에서는 지질학적 구조상 급경사의 J_1a가 상부암반에서 절리의 분리거동에 유리하게 작용하며 침하를 유도하였다.
채굴적에서 지표 침하지까지의 연장선으로부터 산정 되는 추정각(α)과 침하지역을 대표하는 주절리군 J1의 경사각(J1a)의 상관관계를 분석함으로써, 침하발생 위치에 주절리군 J1의 경사각(J1a)이 미치는 영향을 분석하고자 하였다.

가설 설정

절리군의 경사에 대한 보정은 침하지 단면을 중심으로 수행되었으며, 보고서상에 기록된 절리군의 진경사를 위경사로 변환하였다. 또한 채굴적 상부에 존재하는 단일 절리군이 지표에서 연장되어 채굴적을 관통하는 형상일 때 침하에 가장 큰 영향을 미치기 때문에 모든 채굴적 상부의 절리군이 채굴적을 관통하는 형상인 것으로 가정함으로써 분석상의 오차범위를 최소화하고자 하였다.

제안 방법

Fig. 1과 같이 보고서 내의 침하지 단면을 이용하여 침하지를 3개의 Case로 분류하였다. 각각의 Case에서 확인할 수 있듯이, 채굴적의 직상부를 기준으로 광체의 경사방향에 존재하는 침하지(Case-1), 채굴적 직상부에 위치하는 침하지(Case-2), 광체의 경사반대방향에 존재 하는 침하지(Case-3)로 정의된다.
Table 1에 나타낸 바와 같이, 광체의 경사방향과 주 절리군 J1의 경사방향의 차이를 30° 간격으로 범위를 설정하여 각 Case 별로 조사하였다.
본 연구에 조사된 대부분의 침하지 단면은 광체의 주 향을 기준으로 수직하게 자른 2차원적 단면이 대부분이기 때문에, Fig. 2와 같이 광체의 경사방향과 주절리군 J₁의 경사방향 차이를 비교하여 주절리군 J₁이 침하에 영향을 미칠 수 있는 지질학적 구조의 상관성을 분석하였다.
선별된 총 11개의 지반안정성 보고서의 침하지는 75개소로서, ISRM(1978)에서 제안하고 있는 절리군의 정량적 기재에 관한 지침(절리군의 방향, 간격, 연속성, 거칠기, 벽면강도, 간극 충전물, 용수, 절리군의 수, 블록 크기)을 준수하여 각 침하지 지역에 대한 절리군의 특성을 조사하고자 하였다. 그러나 지반안정성 보고서상에 기재되어있는 절리군에 대한 조사는 지표면상의 노두 또는 암반사면에 국한되어 조사된 자료들이 대부분이고, 지침에서 제시하고 있는 일부 조사항목들만이 조사되었기 때문에 전체 보고서에 대한 일관성 있는 자료 취득이 어려웠다.
본 연구에서는 절리군의 방향성과 침하발생 위치의 상관관계를 분석하기 위하여, 김병렬 외(2013)의 최대 침하발생 범위 추정시 활용되었던 기초자료와 침하발생 위치를 정의하는 추정각(α)의 개념을 이용하였다. 선행연구의 기초자료 중 절리군의 방향성에 대한 조사 정보의 신뢰도가 비교적 양호한 자료들을 선별하여 연구 목적에 맞게 재검토하였으며, 이를 추정각과 비교하여 주절리군 J₁의 경사각이 침하발생에 미치는 영향을 분석하였다.
이를 이용하여 주절리군 J1과 광체의 경사방향 차이를 분석하였으며, 침하 발생에 미치는 영향정도를 판단하기 위한 J1a/Cα를 Case-1과 Case-3의 J1a, θ와 비교 및 분석하였다.
절리군의 경사에 대한 보정은 침하지 단면을 중심으로 수행되었으며, 보고서상에 기록된 절리군의 진경사를 위경사로 변환하였다. 또한 채굴적 상부에 존재하는 단일 절리군이 지표에서 연장되어 채굴적을 관통하는 형상일 때 침하에 가장 큰 영향을 미치기 때문에 모든 채굴적 상부의 절리군이 채굴적을 관통하는 형상인 것으로 가정함으로써 분석상의 오차범위를 최소화하고자 하였다.
절리군의 방향성과 침하발생 위치의 상관관계를 분석 하기 위해 각 Case별로 침하지를 분류하였으며, 각 침하지역에 분포하고 있는 주절리군 중 가장 높은 집중도를 갖고 연속성이 우세한 주절리군 J₁을 분석에 이용하였다.

대상 데이터

Case-3의 침하유형은 광체의 경사 반대방향에서 발생된 침하사례로서, 본 연구에서 조사된 75개 침하사례중 50개소가 해당된다. 침하지 50개소에 대한 보고서 조사결과, 광체의 경사의 연장방향의 지표면에서 발생된 침하지는 29개소이고, 나머지 21개소는 연장방향의 좌우에서 발생된 사례들이다.
침하발생 위치와 절리군의 방향성의 상관관계를 분석 하기 위해 한국광해관리공단의 지반안정성 보고서 11개를 조사하였다(MIRECO, 1998∼2009). 본 보고서들은 선행연구(김병렬 외, 2013)에서 활용되었던 33개 보고서 중 침하지역의 절리군에 대한 조사정보의 신뢰도가 비교적 양호한 보고서를 선별한 것이다.
침하발생 위치와 절리군의 방향성의 상관관계를 분석 하기 위해 한국광해관리공단의 지반안정성 보고서 11개를 조사하였다(MIRECO, 1998∼2009).

이론/모형

본 연구에서는 절리군의 방향성과 침하발생 위치의 상관관계를 분석하기 위하여, 김병렬 외(2013)의 최대 침하발생 범위 추정시 활용되었던 기초자료와 침하발생 위치를 정의하는 추정각(α)의 개념을 이용하였다.

성능/효과

1. Case-1과 Case-3의 침하지들은 광체와 주절리군 J₁의 뚜렷한 경사방향 차이를 가지며 광체의 주향방향에 수직한 조사단면에서 Case-1과 Case-3에 주절리군 J₁이 각각 광체의 경사반대방향과 경사방향에 위 경사를 갖게 된다. 이는 주절리군 J₁이 침하에 직·간접적인 영향을 미칠 수 있는 분포양상을 나타낸다.
2. Case-1의 침하지들은 침하유형상 광체보다는 주절리군 J1과의 연관성이 높은 것으로 분석되었으며, 69°의 J1a에서 주절리군의 J1의 경사방향으로 유리 하게 침하가 발생할 수 있음을 추정하였다.
3. Case-3의 경우 45° 이상의 급경사를 갖는 주절리군 J1이외에 광체의 역학적 취약성으로 인한 침하영향이 복합적으로 고려되어 비교적 낮은 J1a에서 침하가 유리하게 발생되었으며, 이는 Case-1보다 θ와 그로 인한 광체의 역학적 붕괴 거동에 의한 영향이 침하발생 위치에 더 크게 작용하는 것으로 분석된다.
이상의 결과를 종합해 볼 때, Case-3의 침하유형에 해당하는 침하지에서는 Case-1 보다 θ와 그로 인한 광체의 역학적 붕괴거동에 의한 영향이 침하발생 위치에더 크게 작용하는 것을 알 수 있다.
이상의 분석결과들로부터, 지표면에서 나타나는 침하 발생의 위치와 상부 지반 내에 분포하는 절리군의 방향성은 밀접한 상관관계를 갖는 것을 확인할 수 있었으며, Case-1과 Case-3의 침하발생에 영향을 미치는 요인을 분석할 수 있었다. 그러나 본 연구는 2차원 자료가 갖는 한계가 존재하기 때문에 침하발생 범위 추정시 연구결과를 직접적으로 사용하는 것은 다소 무리가 있을 것으로 판단되나, 침하발생의 원인규명에 관한 3차원적 분석시 효과적인 비교 검토를 위한 참고자료로 충분히 활용될 수 있을 것이다.
이상의 조사결과로부터 확인할 수 있듯이 각 Case에서 조사된 주절리군 J1이 침하발생에 직·간접적인 영향을 미칠 수 있는 분포양상을 나타내고 있다.
침 하지 16개소에서 조사된 J1a는 50°에서 90°의 범위 내에 분포하고 있으며, 53° 이상의 급경사를 갖는 것으로 나타났다.
회귀분석 결과, J1a/Cα가 1.0인 경우의 θ는 54°로 분석되었지만, 이는 어디까지나 한정된 조사 자료에 의한 수치적인 분석이며 공학적인 관점에서 볼 때, θ가 54°에서, J1a와 Cα의 상관도가 반드시 좋을 수는 없다.

후속연구

이상의 분석결과들로부터, 지표면에서 나타나는 침하 발생의 위치와 상부 지반 내에 분포하는 절리군의 방향성은 밀접한 상관관계를 갖는 것을 확인할 수 있었으며, Case-1과 Case-3의 침하발생에 영향을 미치는 요인을 분석할 수 있었다. 그러나 본 연구는 2차원 자료가 갖는 한계가 존재하기 때문에 침하발생 범위 추정시 연구결과를 직접적으로 사용하는 것은 다소 무리가 있을 것으로 판단되나, 침하발생의 원인규명에 관한 3차원적 분석시 효과적인 비교 검토를 위한 참고자료로 충분히 활용될 수 있을 것이다. 향후 본 연구에서 고려되지 않은 절리군의 역학적, 수리적 특성과 상부 지반의 강도특성, 그리고 지형 조건 등 지반침하 발생에 영향을 미칠 수있는 제반 요소들을 고려한 심층연구를 통해 적용성과 신뢰도가 증대된 지반침하 발생위치 추정기법이 확립되어야 할 것이다.
따라서 Case-1의 침하유형의 경우, θ에 따른 침하특성을 분석 시, 해당 지역의 지질구조적 특성과 기타 침하요인들 고려하여 종합적인 분석이 필요할 것으로 판단된다.
본 연구는 절리군의 방향성이 지표침하에 미치는 영향을 분석하기 위한 기초 연구결과로서, 향후 3차원적인 침하원인 규명시 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
하지만, 본 연구의 분석 결과는 2차원 조사단면으로 분석된 결과이기 때문에, 절리군에 의한 명확한 침하원인 규명을 위해서는 3차원 절리분석과 함께 상부 암반 조건 등 기타 침하요인들을 고려하여 종합적으로 분석해야 한다.
그러나 본 연구는 2차원 자료가 갖는 한계가 존재하기 때문에 침하발생 범위 추정시 연구결과를 직접적으로 사용하는 것은 다소 무리가 있을 것으로 판단되나, 침하발생의 원인규명에 관한 3차원적 분석시 효과적인 비교 검토를 위한 참고자료로 충분히 활용될 수 있을 것이다. 향후 본 연구에서 고려되지 않은 절리군의 역학적, 수리적 특성과 상부 지반의 강도특성, 그리고 지형 조건 등 지반침하 발생에 영향을 미칠 수있는 제반 요소들을 고려한 심층연구를 통해 적용성과 신뢰도가 증대된 지반침하 발생위치 추정기법이 확립되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자원민족주의가 대두된 이후 발생한 변화는 무엇인가?	최근 지하자원의 가치가 중요시되고 있고 일부 국가 들의 자원민족주의가 대두되면서, 전 세계적으로 광물자원의 자주개발에 대한 관심이 높아지고 있으며, 국내에서도 해외자원개발, 국내 폐광산의 재개광 등의 노력을 기울이고 있다.
	우리나라에서 휴․폐광산이 증가하는 추세인 이유는 무엇인가?	그러나 국내 광산들의 광물의 보유량 감소 및 해외의대규모 기업형 광산의 출현으로 인한 광산개발의 경제성 저하로 인하여 휴․폐광산들이 증가하고 있는 추세이다. 이런 휴ㆍ폐광산들은 휴·폐광 이후 미흡한 광산복원과 관리감독의 소홀 등으로 인하여, 광산지역에 심각한 지반침하를 야기하고 있다.

참고문헌 (26)

Brady, B. H. G. and Brown, E. T., 1985, Rock mechanics for underground mining, George Allen & Unwin., 527.
Choi, S. O., Jeon, Y. S., Park, E. S., Jung, Y. B. and Chun, D. S., 2005a, Analysis of subsidence mechanism and development of evaluation program, Tunnel & Underground Space, 15, 3, 195-212.
Choi, S. O., Shin, H. S. and Deb D., 2005b, Possibility analysis of sinkhole occurrences over abandoned mine area using fuzzy reasoning techniques, Symposium of ground subsidence survey, design and construction, Korea Institute of Geoscience, and Mineral Resources, 113-125.
Choi, S. O., Kim, J. D. and Choi, G. S., 2009, Application of fuzzy reasoning method for prediction of subsidence occurrences in abandoned mine area, Tunnel & Underground Space, 19, 5, 463-472.
Deb, D., Choi, S. O. and Shin, H. S., 2004, Analysis of sinkhole formation over abandoned mine using active-passive-active finite elements, Tunnel & Underground Space, 14, 6, 411-422.

원문보기 상세보기
Han, K. C., Cheon, D. S., Ryu, D. W. and Park, S. G., 2007, Analysis of ground subsidence on Gyochon residential region of Muan city, Tunnel & Underground Space, 17, 1, 66-74.
ISRM, 1978, Commission on Standardization of Laboratory and Field Tests. Suggested methods for the quantitative description of discontinuities in rock masses, Int. J. of Rock Mech. and Min. Sci., 15, 6, 319-368

상세보기
Jung, Y. B., Song, W. K. and Kang, S. S., 2008, Development of subsidence hazard estimation method based on the depth of gangway, Tunnel & Underground Space, 18, 4, 272-279.
Kim, B. R., Lee, S. J. and Choi, S. O., 2013, A study on the prediction of surface subsidence zone through the case studies on mined-out area, Tunnel & Underground Space, 23, 1, 33-41

원문보기 상세보기
Kim, J. W., Jeon, S. W. and Suh, Y. H., 2004, A study on the effect of underground openings on the stability of surface structures using scaled model tests, Tunnel & Underground Space, 14, 1, 43-53.
Lee, H. J., Jung, Y. B. and Choi, S. O., 2008, An experimental study on the bulking factor of rock mass for subsidence behavior analysis, Tunnel & Underground Space, 18, 1, 33-43.
Lee, S. J., Jung, Y. B. and Choi, S. O., 2008, A study on the volumetric expansion ratio of rock mass for subsidence behavior analysis II, Tunnel & Underground Space, 18, 6, 436-446.
MIRECO, 1998, Basic survey report of ground stability on Gangneung region.
MIRECO, 2000, Basic survey report of ground stability on Sinseong region.
MIRECO, 2005a, Basic survey report of ground stability on Oeeo and Jaesan region.
MIRECO, 2005b, Basic survey report of ground stability on Wangsan region.
MIRECO, 2006a, Basic survey report of ground stability on Hongsan region of Buyeo district.
MIRECO, 2006b, Basic survey report of ground stability on Ungcheon region of Boryeong city.
MIRECO, 2007a, Basic survey report of ground stability on Boryeong mine.
MIRECO, 2007b, Basic survey report of ground stability on Bukpyeong regoin of Jeongseon district.
MIRECO, 2007c, Basic survey report of ground stability on Gangdong region of Gangneung city.
MIRECO, 2007d, Basic survey report of ground stability on Deoksang region of Danyang district.
MIRECO, 2009, Detailed survey report of ground stability on Cheongseong region.
National Coal Board, 1975, Subsidence Engineer's Handbook, National Coal Board Mining Department, London, 111.
Piggott, R. T. and Eynon, P., 1977, Ground movements arising from the presence of shallow abandoned mine workings, In Large Ground Movements & Structures, Pentech, 749-780.
Ryu, D. W., Synn, J. H., Song, W. K., Kim, T. K. and Park, J. Y., 2007, A study on the evaluation method of subsidence hazard by a diffusion equation and its application, Tunnel & Underground Space, 17, 5, 372-380.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증