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전기비저항 모니터링 자료를 이용한 연약지반 평가를 위한 역산기법 적용 연구
Application of Inversion Methods to Evaluate the State of Soft Soil using Electrical Resistivity Monitoring Data 원문보기

지구물리와 물리탐사 = Geophysics and geophysical exploration, v.17 no.2, 2014년, pp.104 - 113  

지윤수 (강원대학교 에너지.자원공학과) ,  오석훈 (강원대학교 에너지.자원공학과) ,  임은상 (한국수자원공사 수자원연구원)

초록
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간척지의 연약지반 평가를 위해 전기비저항 모니터링을 실시하여 물리탐사기법의 적용성을 알아보고자 총 3개월에 걸쳐 전기비저항 모니터링 자료를 획득하였고, 이 자료들을 독립역산, 시간경과 역산, 4D 역산법으로 해석을 실시하였다. 본 연구에서는 각 역산 방법들의 비교를 통해 연약지반의 변화 특성을 잘 나타낼 수 있는 역산방법을 파악하고자 하였다. 또한, 시추자료와 콘 관입시험(Cone Penetration Test; CPT) 자료를 이용하여 각 역산방법들이 기반암과 연약지반을 명확히 구분 하는지 알아보았다. 시간경과 역산의 경우 독립역산 보다 역산 잡음이 감소하여 연약지반을 잘 반영한다는 것을 알 수 있었다. 4D 역산은 3개월 데이터 보다 장기의 데이터를 사용하면 시간경과 역산법보다 효율적인 해석방법이 될 수 있음을 파악하였다. 연약지반에서의 전기비저항 모니터링은 지반의 시공간적 전기적 상태를 연속적으로 분석 할 수 있는 유용한 방법임을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Electric resistivity monitoring was applied to evaluate the soft ground in reclaimed land in order to figure out the applicability of physical prospecting. For this, electrical resistivity monitoring data were acquired for total three months and analyzed those data with independent inversion, time-l...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 전기비저항 모니터링 Line 1과 CPT B1 ~ B3의 자료를 이용하여 현장 지반의 해석을 실시하였다. 또한 BH-1과 BH-2의 시추공자료와의 비교 분석을 통해 각 역산결과들의 적합성을 알아보고자 하였다. 전기비저항 모니터링 탐사 설계는 Table 1에 나와 있는 것과 같다.
  • 4D 역산법의 경우 본 연구에서 사용한 데이터보다 더 긴 시간의 데이터를 이용하여 변화 양상을 파악한다면 시간경과 역산법보다 효율적인 해석 방법이 될 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 전기비저항 변화비와 차를 이용하여 연약지반 특성에 따른 변화 양상이 무엇인지 알아보았다. 점토로 이루어진 곳에서의 비저항 양상은 큰 차이가 없거나 낮아지는 것을 확인하였지만 비저항이 높아지는 양상이 나타나는 점토 부분은 지하수 유동이 일어난 것이라 예상된다.
  • 이러한 다양한 역산법들 가운데 연약지반의 분포 양상을 파악하기 위한 전기비저항 모니터링 탐사시 적용성이 높은 역산 방법이 무엇인지 알아보고자 하였다. 본 연구에 사용된 전기비저항 모니터링 자료들은 독립역산, 시간경과(time-lapse) 역산, 4차원 시간경과 역산법으로 해석을 실시하였고, 각각의 비교를 통해 연약지반분포를 파악하는데 있어 유용한 역산법이 무엇인지 알아보고자 한다.
  • 하지만 시간적·경제적인 측면에서 고려해볼 때, 시추 자료는 한정적인 제약이 있기에 비파괴 탐사 자료의 신뢰도 높은 획득이 필요하다. 본 연구에서는 비파괴 탐사 방법 중의 하나인 전기비저항 모니터링 탐사를 실시하여 연약지반의 분포 양상을 파악 하고자 하였다.
  • CPT 결과는 콘에 의하여 유발 되는 선단저항치(tip resistance)와 마찰 저항치(frictional resistance)가 대표적이며, 이 중 선단저항치는 콘에 작용되는 수직 힘을 수평방향의 면적으로 나눈 값과 같다. 본 연구에서는 선단저항치를 이용하여 연약 지반을 파악하고자 하였다. CPT 가 이루어진 6곳의 결과 값을 분석해 본 결과 선단 저항은 sand와 clay를 비교했을 때, sand가 분포해 있는 곳에서는 2000 kPa 이상 값이 나오는 것으로 파악되었다.
  • 이러한 다양한 역산법들 가운데 연약지반의 분포 양상을 파악하기 위한 전기비저항 모니터링 탐사시 적용성이 높은 역산 방법이 무엇인지 알아보고자 하였다. 본 연구에 사용된 전기비저항 모니터링 자료들은 독립역산, 시간경과(time-lapse) 역산, 4차원 시간경과 역산법으로 해석을 실시하였고, 각각의 비교를 통해 연약지반분포를 파악하는데 있어 유용한 역산법이 무엇인지 알아보고자 한다.
  • 척지 연약지반 평가를 위해 전기비저항 모니터링을 실시 하여 물리탐사기법의 적용성을 알아보고자 하였다. 대부분의 전기비저항 모니터링 탐사는 매 측정자료를 독립역산한 후, 이들을 상호 비교하는 방식으로 많이 사용되어 왔다.

가설 설정

  • 4D 역산은 기존의 독립역산에서 모니터링 자료 측정 동안에 발생할 수 있는 지하구조의 변화까지 고려 해주는 역산 방법이다. 종래의 정적인 지하 모형에 대한 가정을 적용하지 않고 시간에 따라 연속적으로 변화하는 모형으로 가정하여 지하구조가 변화하는 경우를 염두해서 역산을 실시한다. 이와 같이 실시한 역산 결과는 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
보편적인 전기비저항 모니터링 자료의 해석 방법은 무엇인가? 전기비저항 모니터링은 시간의 흐름에 따른 지하 물성의 변화를 이해하기 위해 환경, 토목 등 다양한 분양에서 응용되고 있다. 보편적인 전기비저항 모니터링 자료의 해석 방법은 서로 다른 시간대에 획득한 탐사자료를 독립적으로 역산하여 각 시간대의 영상을 얻은 후, 그들을 비교함으로써 시간에 대한 지반의 변화를 해석하고 관찰하는 방법을 사용하고 있다. 이러한 방법외에 시간경과 역산을 이용하여 기준 모델과 추정모델의 차이를 최소화하는 방법으로 효과적으로 모델변수를 추정하는 교차모델 제한 방법(cross-model constraint, Loke, 1999)도 사용되고 있다.
전기비저항 모니터링은 어디에 활용되고 있는가? 전기비저항 모니터링은 시간의 흐름에 따른 지하 물성의 변화를 이해하기 위해 환경, 토목 등 다양한 분양에서 응용되고 있다. 보편적인 전기비저항 모니터링 자료의 해석 방법은 서로 다른 시간대에 획득한 탐사자료를 독립적으로 역산하여 각 시간대의 영상을 얻은 후, 그들을 비교함으로써 시간에 대한 지반의 변화를 해석하고 관찰하는 방법을 사용하고 있다.
최근 개발된 전기비저항 탐사 자료의 역산법에는 어떤 것들이 있는가? , 1987) 등 이 그 대표적 사례라 할 수 있다. 최근에는 모델분해능행렬(model resolution matrix)에 근거하여 공간적으로 변화하는 라그랑지 곱수 행렬을 사용한 ACB (Active Constraint Balancing)법(Yi et al., 2003)이 개발되어 보다 효과적인 지하영상화가 시도되고 있다.
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참고문헌 (17)

  1. Cassiani, G., Binley A. M., and T. P. A. Ferre, 2007, Unsaturated zone processes, Applied Hydrogeophysics, 71, 75-116. 

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  3. de Franco, R., Biella, G., Tosi, L., Teatini, P., Lozej, A., Chiozzotto, B., Giada, M., Rizzetto, F., Claude, C., Mayer, A., Bassan, V., Gasparetto-Stori, G., December 2009. Monitoring the saltwater intrusion by time lapse electrical resistivity tomography, The Chioggia test site (Venice Lagoon, Italy). Journal of Applied Geophysics, Volume 69 (Issues 3-4), 117-130. 

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  6. Kim, J.-H., Myeong-Jong, Yi., Sam-Gyu, Park, and Jae Gon, Kim, 2009, 4-D inversion of DC resistivity monitoring data acquired over a dynamically changing earth model. Journal of Applied Geophysics, 68, 522-532. 

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  8. Kemna, A., Binley, A. M., Ramirez, A., and Daily, W., 2000, Complex resistivity tomography for environmental applications, Chemical Engineering Journal, 77, 11-18. 

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  13. Karaoulis, M., Revil, A., Tsourlos, P., Werkema, D. D., and Minsley, B. J. 2013, IP4DI: A software for time-lapse 2D/3D DC-resistivity and induced polarization tomography, Computers and Geosciences, 54, 164-170. 

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  15. Oldenborger, G. A., Knoll, M. D., Routh, P. S., and Labrecque, D. J., 2007, Time-lapse ERT monitoring of an injection/withdrawal experiment in a shallow unconfined aquifer, Geophysics, 72, F177-F187. 

  16. Tsourlos, et al., 2008. ERT Monitoring of Recycled Water Injection in a Confined Acquirer, 21st SAGEEP, Philadelphia, USA. 

  17. Yi, M. J., Kim, J.-H., and Chung, S. H., 2003, Enhancing the resolving power of least-squares inversion with active constraint balancing, Geophysics, 68, 931-941. 

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