연약지반의 평가를 위한 물리탐사기법의 적용성을 알아보기 위해 총 6개월간의 전기비저항 모니터링자료를 취득하였다. 추가적으로 다중채널 표면파 탐사(Multichannel Analysis Surface Wave; MASW)를 실시하여 전단파 속도와 연약지반의 강도분포를 파악하고자 하였다. 또한, 콘 관입시험(Cone Penetration Test; CPT)과 시추 시료의 실내시험을 이용하여 물리탐사 자료와의 상관성을 확인하고 탐사 자료의 신뢰성을 높이고자 하였다. 그 결과 장기간의 모니터링 자료로부터 연약지반의 거동양상을 파악할 수 있었고, 추가 탐사를 통해 얻은 전단파 속도와 실내 시험간의 유의미한 상관관계가 확인되어 연구 지역 연약지반의 강도를 평가하는데 있어 표면파 탐사의 유용성을 확인 할 수 있었다. 최종적으로 지구통계학적 방법을 이용하여 물리탐사 자료와 이종 자료에 대한 3차원적인 지반 분포 영상을 획득하였다. 본 연구를 통해 넓은 영역에서의 연약지반 평가를 위해서는 장기간의 전기비저항 모니터링으로 영역 전체의 특성을 파악해야 함을 알 수 있었다. 이를 보강할 수 있는 추가적인 탐사 자료와 시추 자료를 이용한다면 경제적이고, 신뢰성 있는 평가가 이루어 질 수 있을 것으로 판단된다.
연약지반의 평가를 위한 물리탐사기법의 적용성을 알아보기 위해 총 6개월간의 전기비저항 모니터링자료를 취득하였다. 추가적으로 다중채널 표면파 탐사(Multichannel Analysis Surface Wave; MASW)를 실시하여 전단파 속도와 연약지반의 강도분포를 파악하고자 하였다. 또한, 콘 관입시험(Cone Penetration Test; CPT)과 시추 시료의 실내시험을 이용하여 물리탐사 자료와의 상관성을 확인하고 탐사 자료의 신뢰성을 높이고자 하였다. 그 결과 장기간의 모니터링 자료로부터 연약지반의 거동양상을 파악할 수 있었고, 추가 탐사를 통해 얻은 전단파 속도와 실내 시험간의 유의미한 상관관계가 확인되어 연구 지역 연약지반의 강도를 평가하는데 있어 표면파 탐사의 유용성을 확인 할 수 있었다. 최종적으로 지구통계학적 방법을 이용하여 물리탐사 자료와 이종 자료에 대한 3차원적인 지반 분포 영상을 획득하였다. 본 연구를 통해 넓은 영역에서의 연약지반 평가를 위해서는 장기간의 전기비저항 모니터링으로 영역 전체의 특성을 파악해야 함을 알 수 있었다. 이를 보강할 수 있는 추가적인 탐사 자료와 시추 자료를 이용한다면 경제적이고, 신뢰성 있는 평가가 이루어 질 수 있을 것으로 판단된다.
To investigate the applicability of physical prospecting technique in soft ground assessment, the resistivity monitoring data of 6 months are acquired. The Multichannel Analysis Surface Wave (MASW) has been additionally performed to identify the shear wave velocity and strength distribution of soft ...
To investigate the applicability of physical prospecting technique in soft ground assessment, the resistivity monitoring data of 6 months are acquired. The Multichannel Analysis Surface Wave (MASW) has been additionally performed to identify the shear wave velocity and strength distribution of soft ground. Moreover, by using the Cone Penetration Test (CPT) and laboratory tests of drilling samples, a relationship with the physical prospect data is checked and the reliability of the physical prospect data is increased. Through these activities, the behavior patterns of soft soil are identified by long term monitoring, and the significant relationship between the shear wave velocity and laboratory tests has been confirmed, both of which can be useful in the surface wave exploration to evaluate the strength of soft ground. Finally, using the geostatistical method, 3-dimensional soil base distribution images are obtained about the combined physical prospecting data with heterogeneous data. Through the studies, the nature of entire area can be determined by long term resistivity monitoring for the soft ground assessment in wider area. It would be more economic and reliable if additional exploring and drilling samples can be analyzed, which can reinforce the assessment.
To investigate the applicability of physical prospecting technique in soft ground assessment, the resistivity monitoring data of 6 months are acquired. The Multichannel Analysis Surface Wave (MASW) has been additionally performed to identify the shear wave velocity and strength distribution of soft ground. Moreover, by using the Cone Penetration Test (CPT) and laboratory tests of drilling samples, a relationship with the physical prospect data is checked and the reliability of the physical prospect data is increased. Through these activities, the behavior patterns of soft soil are identified by long term monitoring, and the significant relationship between the shear wave velocity and laboratory tests has been confirmed, both of which can be useful in the surface wave exploration to evaluate the strength of soft ground. Finally, using the geostatistical method, 3-dimensional soil base distribution images are obtained about the combined physical prospecting data with heterogeneous data. Through the studies, the nature of entire area can be determined by long term resistivity monitoring for the soft ground assessment in wider area. It would be more economic and reliable if additional exploring and drilling samples can be analyzed, which can reinforce the assessment.
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문제 정의
이러한 요인을 정확히 알아보고자 MASW 탐사 자료와 CPT 자료와의 분석을 실시하였다. MASW 탐사를 통해 얻을 수 있는 S파 속도를 통한 지반의 N치 결과와 CPT 자료를 통해 파악할 수 있는 N치 및 토질 종류를 이용하여 지반에 점토가 분포하는 층을 파악하고, 이에 대한 영향에 따라 비저항 변동이 나타나는지 알아보고자 한다.
MASW 탐사를 통해 파악된 토질과 강도 특성이 실제 시료와는 어떠한 관계가 있는지 알아보기 위해 시추 시료를 갖고 실내실험을 실시하였다. 시료는 Fig.
또한, 각각의 지반조사 기법을 통해 제공하는 지하매질의 물리적 성질은 그 분해능이 서로 다르기 때문에 이를 수치적으로 하나의 자료처리 체계를 통해 해석하기는 어려운 것으로 알려져 있다. 따라서 이상의 문제점을 극복하기 위해 지구통계학적 방법론에 기반한 공간 통계 기법과 확률론을 융합하여, 획득한 자료의 복합 분석을 통해 연약지반을 평가 하고자 하였다.
일반적으로 지반의 특성이 급격하게 변화하지 않는다고 가정한다면, 변동성이 일어나는 부분에 대해선 다른 영향으로 인해 겉보기 비저항 값에 영향을 준 것이라 생각할 수 있다. 따라서 총 연구 기간의 가단면도 포인트별 변화 양상을 파악하여 연구 지역의 특성을 파악해 보았다.
전기비저항 모니터링 측정에 사용된 장비는 메인 CPU, transmitter, switch box, 24-bit AD converter, 8 Giga-bytes compact flash memory가 내장된 장비(GeoECMS)를 사용하였다. 또한 MASW 탐사와 CPT, 시추 실험 위치를 설정(Fig. 1)하고 각 자료들을 취합하여 이종 자료들의 상관성 비교 분석을 통해 3차원적인 연약지반을 파악하고자 하였다.
, (2000)은 표면파 분산곡선을 역산하여 구한 S파 속도구조와 시추공을 이용하여 구한 전단파 속도구조를 비교하였다. 본 연구에서는 MASW를 통해 파악된 전단파 속도와 실제 시추공에서 채취한 시료의 실내시험을 통해 얻은 자료와의 비교를 수행하였다. 이를 통해 전기비저항 모니터링으로 알아내기 어려운 지반의 강도 분포를 파악하여 이종 물리탐사 자료의 상관성에 대해 비교, 분석 하였다.
MASW는 지반이 수평방향으로 균질등방성인 층상 구조로 구성되어 있다는 기본 가정조건을 갖고 하부지반의 물리적 특성을 추정할 수 있는 비파괴 조사 기법이다. 본 연구에서는 MASW에서 구할 수 있는 전단파 속도와 CPT를 통해 얻은 N치와의 관계를 구분 짓고, 이를 통해 지반 상태의 특성을 알아보고자 하였다. 지반 조사를 통해 측정되는 N치는 관입저항치로써 지반의 지지력, 흙의 점착력, 내부 마찰각 등의 강도정수를 추정하는데 쓰이는 값이다.
본 연구에서는 지반의 분포 특성 및 연약정도에 따른 층서의 구분을 추정함에 있어 물리탐사 자료를 확보하기 위하여 전기비저항 모니터링과 MASW를 실시하였다. 추가로 6공의 CPT, 2공의 시추를 통해 지반 자료를 획득 하였다.
3의 아래 그림인 n=8에서도 n=7과 비슷한 위치에서 겉보기 비저항 값이 커지는 것이 나타난다. 비슷한 시기에 겉보기 비저항 값이 증가하는 양상을 띠게 된 이유에 대해서 알아보기 위해 전기비저항에 영향을 주는 인자가 무엇인지 파악하고자 하였다.
보다 직접적인 비교를 위해 현장에서 시추공을 통해 획득한 시료를 갖고 실내시험을 실시하였다. 실내시험으로 실제 지반의 강도를 파악하여, 탐사를 통해 얻은 전단파 속도와 CPT에서 구한 강도 자료와의 상관성을 분석하고자 하였다.
장주기 모니터링 자료의 변화를 살펴보기 위해 측정 값인 겉보기 비저항을 이용하여 연구 지역의 변동 양상을 파악 하였다. 이를 통해 변동 양상이 파악된 위치와 기간에 대해 시간경과 역산을 이용하여 비저항 분포를 최종적으로 해석하고자 하였다. Fig.
제안 방법
, 2003)의 파일 형식인 .APR 파일로 변환시켜 가단면도를 생성하였다. Fig.
(1982)은 다운홀 기법을 이용하여, 일본 내 5개소에 대하여 충적 및 홍적사, 암반층을 대상으로 경험식을 제안하였다. 그 결과 기존에 연구된 전단파 속도 추정식보다는 다소 상향 조정된 전단파 속도 추정식을 제안하였다. Imai et al.
획득된 자료는 SeisImager/SW (2005) 프로그램을 사용하여 먼저, 전처리 과정에서 적절한 주파수의 범위와 증분, 위상속도의 적당한 경계를 선택하였다. 그런 다음 분산의 특징을 가장 잘 관찰 할 수 있는 Overtone 분석을 하고, 주파수와 위상속도 등 각 변수의 범위를 결정하여 최종적으로 분산곡선을 획득하였다.
지반의 경우 수평적으로 변화가 크지 않아 물리탐사시 한 번의 측정 자료만을 갖고 조사 결과를 신뢰하기란 어려움이 있다. 따라서 보다 신뢰성 있는 자료를 얻기 위해 전기비저항 모니터링 조사를 실시하여 연구지역의 시간에 따른 변동성을 확인하였다.
먼저 MASW 탐사를 통해서 구해지는 전단파 속도들에 관한 경험적 상관식을 통해 N치와의 관계를 살펴보았다. Imai et al.
물리탐사 자료인 전기비저항 모니터링 자료와 현장 자료인 시추자료와의 복합 분석을 실시하여 연구지역을 영상화하였다. 전기비저항 자료는 Ji et al.
변동성이 나타나는 지점의 영향을 파악하기 위해 CPT N치자료와 MASW 속도 자료의 심도별 상관성을 확인하였다. 이를 통해 전기비저항 시계열 자료의 변동을 주는 요인은 시추 자료를 통해 파악된 점토질 모래 구간에서 비온 후에 모래 입자들간의 접촉 전류전도에 의한 효과로 판단하였다.
다른 B2, B3 지점의 N치 양상은 심도 0-10 m 지점에서는 크게 변하는 부분이 없었고, 실제 토질 종류에서도 clay가 분포 하는 것을 확인할 수 있어 이를 통해 지반의 전단파 속도로 연구지역의 개략적인 지층 조성 상태에 대하여 상대적인 추정이 가능함을 확인하였다. 보다 직접적인 비교를 위해 현장에서 시추공을 통해 획득한 시료를 갖고 실내시험을 실시하였다. 실내시험으로 실제 지반의 강도를 파악하여, 탐사를 통해 얻은 전단파 속도와 CPT에서 구한 강도 자료와의 상관성을 분석하고자 하였다.
(2014)은 전기비저항 모니터링 자료의 역산 방법별 비교를 통해 연약지반 분포를 파악하는데 유용한 역산법이 무엇인지 파악하였다. 본 연구에서는 모니터링 자료뿐만 아니라 층서 구분에 주로 적용되는 MASW 탐사를 추가적으로 수행하여 지반과의 상관성 분석과 복합 해석을 실시하였다.
5 Hz 지오폰의 간격은 2m로 설정하였다. 소스는 각 지오폰 사이사이마다 발생시켰고, Line 1, 2에서 각각 세 번씩 측선을 전개하여 MASW 탐사를 실시하였다. 획득된 자료는 SeisImager/SW (2005) 프로그램을 사용하여 먼저, 전처리 과정에서 적절한 주파수의 범위와 증분, 위상속도의 적당한 경계를 선택하였다.
그 외의 영역에서는 수평적으로 비슷한 N 값의 분포를 띄고 있고, 심도가 깊어질수록 N치가 높아지는 것을 확인 할 수 있다. 실제 CPT를 통해 구해진 B1지점의 N치와 토질 종류를 MASW탐사를 통해 얻은 결과를 비교해 보았다.
현장 지반 상태는 탐사에 이용되는 전극봉과 지오폰의 접지가 손쉬울 정도로 표토 및 천부 지반이 연약하였다. 연구 지역의 지반 분포 특성을 파악하기 위해 주변부에 미니 컨테이너를 설치하고, 매일 하루 4회, 6시간 간격으로 전기비저항 모니터링을 수행하였다. 전기비저항 모니터링 측정에 사용된 장비는 메인 CPU, transmitter, switch box, 24-bit AD converter, 8 Giga-bytes compact flash memory가 내장된 장비(GeoECMS)를 사용하였다.
연약지반의 지반 특성을 알아보기 위해 지구 물리학적 자료인 전기비저항 모니터링과 MASW, 지반공학적 자료인 CPT와 시추 시료를 통한 실내시험을 실시하였다. 지반의 경우 수평적으로 변화가 크지 않아 물리탐사시 한 번의 측정 자료만을 갖고 조사 결과를 신뢰하기란 어려움이 있다.
이러한 기본 시험을 바탕으로 전단파 속도와 전단강도를 알아보기 위해 수행한 비압밀 비배수시험은 구속압을 가하는 단계와 전단을 시키는 과정에 있어서 배수를 허용시키지 않고 실시하는 삼축압축 시험이다. 이 실험을 통해 시추공 시료에서 측정된 비배수 전단강도 값을 확인하였다.
(2014)은 역산 방법별 비교를 통해 비저항 값이 높게 나타나는 위치에서의 토질 종류가 점토질 모래임을 파악하고, 이에 따라 지하수 유동이 일어난 것으로 예상하였다. 이러한 요인을 정확히 알아보고자 MASW 탐사 자료와 CPT 자료와의 분석을 실시하였다. MASW 탐사를 통해 얻을 수 있는 S파 속도를 통한 지반의 N치 결과와 CPT 자료를 통해 파악할 수 있는 N치 및 토질 종류를 이용하여 지반에 점토가 분포하는 층을 파악하고, 이에 대한 영향에 따라 비저항 변동이 나타나는지 알아보고자 한다.
본 연구에서는 MASW를 통해 파악된 전단파 속도와 실제 시추공에서 채취한 시료의 실내시험을 통해 얻은 자료와의 비교를 수행하였다. 이를 통해 전기비저항 모니터링으로 알아내기 어려운 지반의 강도 분포를 파악하여 이종 물리탐사 자료의 상관성에 대해 비교, 분석 하였다.
변동성이 나타나는 지점의 영향을 파악하기 위해 CPT N치자료와 MASW 속도 자료의 심도별 상관성을 확인하였다. 이를 통해 전기비저항 시계열 자료의 변동을 주는 요인은 시추 자료를 통해 파악된 점토질 모래 구간에서 비온 후에 모래 입자들간의 접촉 전류전도에 의한 효과로 판단하였다. 물리탐사뿐만 아니라 실제 시추 자료와의 실내 시험을 통해 획득된 전단파와 전단강도의 상관성 분석 결과 MASW를 통해 획득된 자료의 신뢰성이 높아 이종 물리탐사 자료끼리의 복합 해석이 가능함을 확인하였다.
2는 9월 22일, Line 1에서 n=10까지 측정했을 때의 가단면도이다. 장주기 모니터링 자료의 변화를 살펴보기 위해 측정 값인 겉보기 비저항을 이용하여 연구 지역의 변동 양상을 파악 하였다. 이를 통해 변동 양상이 파악된 위치와 기간에 대해 시간경과 역산을 이용하여 비저항 분포를 최종적으로 해석하고자 하였다.
11b는 SGeMS의 도구인 E-type (기대값)을 이용하여 5개의 시뮬레이션 실현 값들의 평균치로 나타내서 상대적으로 부드러우며 주변의 잡음(noise)을 제거해준 결과이다. 전기비저항 값과 시추 자료를 동일하게 맞추기 위해 시추 자료를 Fig. 10에서 인덱스로 나눈 것과 같이 1번을 압축성이 작은 점토, 2번을 실트질 모래, 3번을 조밀한 실트질 모래, 4번이 잔자갈과 암편이 혼재한 실트질 모래, 5번이 풍화암으로 나누어서 인덱스를 설정하였다(Fig. 11c). 이와 같이 설정한 근거는 CPT의 선단저항 자료와 전기비저항간 상관성 분석을 통해 Table 2와 같이 인덱스를 설정하여 전기 비저항 범위와 시추 자료의 토질에 따른 분류를 수행할 수 있었기 때문이다.
1에서의 BH-1과 BH-2에서 심도 별로 채취 되었다. 채취된 점토 시료는 선행압밀하중을 결정하기 위한 압밀시험, 함수비 시험, 비중 시험, 그리고 에터버그 시험 등의 기본 물성시험을 수행하였다. 이러한 기본 시험을 바탕으로 전단파 속도와 전단강도를 알아보기 위해 수행한 비압밀 비배수시험은 구속압을 가하는 단계와 전단을 시키는 과정에 있어서 배수를 허용시키지 않고 실시하는 삼축압축 시험이다.
1을 통해 확인할 수 있다. 총 2개의 Line에서 탐사를 실시하였고, 한 Line 당 지오폰 개수는 총 24개이고, 24채널 Geode 기록계를 이용하여 샘플링 간격 0.5 ms, 4.5 Hz 지오폰의 간격은 2m로 설정하였다. 소스는 각 지오폰 사이사이마다 발생시켰고, Line 1, 2에서 각각 세 번씩 측선을 전개하여 MASW 탐사를 실시하였다.
최종적으로 지반의 3차원 영상화를 위해 지구통계학적 복합 처리를 수행하였다. 전기비저항 값을 인덱스로 분류한 후, SGSIM을 수행하여 CPT 선단 저항 및 시추공 BH-1, 2의 인덱스와 동일 위치에서 매우 유사한 양상을 보이는 것을 확인하였다.
(2014)에서 연약지반에서의 적용성이 좋다고 판단된 시간경과 역산 자료를 이용하였다. 탐사 자료와 복합하여 사용될 자료는 시추공 자료로써 시추공에서 획득된 주상도를 토대로 토질을 5개의 인덱스로 분류하여 전기비저항과의 상관성 분석 후, 3차원 지반 모델링을 실시하였고 이에 대한 전체 과정이 Fig. 9에 나타나 있다.
대상 데이터
연구 지역의 경우 간척사업으로 인한 연약지반의 분포를 알아내는데 모니터링이 주요하게 쓰일 수 있다. 비저항 모니터링 자료는 2013년 9월 21일부터 2014년 2월 24일까지 하루 6시간 간격으로 측정되었고, 한 번 측정 할 때마다 총 4개의 자료가 저장 된다. Line 1과 2에서 각각 전극 전개 수 n=10, n=7씩 2개로 저장되게 설정하였다.
MASW 탐사를 통해 파악된 토질과 강도 특성이 실제 시료와는 어떠한 관계가 있는지 알아보기 위해 시추 시료를 갖고 실내실험을 실시하였다. 시료는 Fig. 1에서의 BH-1과 BH-2에서 심도 별로 채취 되었다. 채취된 점토 시료는 선행압밀하중을 결정하기 위한 압밀시험, 함수비 시험, 비중 시험, 그리고 에터버그 시험 등의 기본 물성시험을 수행하였다.
연구지역은 Ji et al. (2014)에서 설정한 위치에서 탐사 및 시추 시험을 수행하였다. 현장 지반 상태는 탐사에 이용되는 전극봉과 지오폰의 접지가 손쉬울 정도로 표토 및 천부 지반이 연약하였다.
연구 지역의 지반 분포 특성을 파악하기 위해 주변부에 미니 컨테이너를 설치하고, 매일 하루 4회, 6시간 간격으로 전기비저항 모니터링을 수행하였다. 전기비저항 모니터링 측정에 사용된 장비는 메인 CPU, transmitter, switch box, 24-bit AD converter, 8 Giga-bytes compact flash memory가 내장된 장비(GeoECMS)를 사용하였다. 또한 MASW 탐사와 CPT, 시추 실험 위치를 설정(Fig.
물리탐사 자료인 전기비저항 모니터링 자료와 현장 자료인 시추자료와의 복합 분석을 실시하여 연구지역을 영상화하였다. 전기비저항 자료는 Ji et al. (2014)에서 연약지반에서의 적용성이 좋다고 판단된 시간경과 역산 자료를 이용하였다. 탐사 자료와 복합하여 사용될 자료는 시추공 자료로써 시추공에서 획득된 주상도를 토대로 토질을 5개의 인덱스로 분류하여 전기비저항과의 상관성 분석 후, 3차원 지반 모델링을 실시하였고 이에 대한 전체 과정이 Fig.
본 연구에서는 지반의 분포 특성 및 연약정도에 따른 층서의 구분을 추정함에 있어 물리탐사 자료를 확보하기 위하여 전기비저항 모니터링과 MASW를 실시하였다. 추가로 6공의 CPT, 2공의 시추를 통해 지반 자료를 획득 하였다. 이렇게 모인 각 자료들의 물성을 하나의 자료처리 기법으로 해석하기 위해 지구통계학 소프트웨어인 SGeMS (Stanford Geostatistical Modeling Software, Remy et al.
데이터처리
추가로 6공의 CPT, 2공의 시추를 통해 지반 자료를 획득 하였다. 이렇게 모인 각 자료들의 물성을 하나의 자료처리 기법으로 해석하기 위해 지구통계학 소프트웨어인 SGeMS (Stanford Geostatistical Modeling Software, Remy et al., 2009)를 이용하여 지반 분포를 추정하였다. Ji et al.
소스는 각 지오폰 사이사이마다 발생시켰고, Line 1, 2에서 각각 세 번씩 측선을 전개하여 MASW 탐사를 실시하였다. 획득된 자료는 SeisImager/SW (2005) 프로그램을 사용하여 먼저, 전처리 과정에서 적절한 주파수의 범위와 증분, 위상속도의 적당한 경계를 선택하였다. 그런 다음 분산의 특징을 가장 잘 관찰 할 수 있는 Overtone 분석을 하고, 주파수와 위상속도 등 각 변수의 범위를 결정하여 최종적으로 분산곡선을 획득하였다.
이론/모형
3차원 모델링을 위해 사용되는 지구통계학적 방법은 조건부 시뮬레이션의 하나인 순차가우시안 시뮬레이션(Sequential Gaussian Simulation; SGSIM)을 이용하였다. 조건부시뮬레이션이란 주어진 확률변수의 평균과 분산을 유지하면서 주어진 자료 값을 그대로 보전하는 변수의 분포를 생성해 내는 기법이다(Choi, 2007).
성능/효과
10은 전기비저항 모니터링 시간경과역산 자료의 SGSIM 결과와 CPT의 선단저항 값과의 비교를 나타낸 그림이다. B1-B6은 CPT를 통해 도출된 선단저항 값은 1-5 (Log-scale, kPa)로 설정되었으며, 선단저항값이 클수록 sand 구간일 가능성이 높고, 반대일수록 clay 구간일 가능성이 높은 것을 확인 할 수 있다. Line 1의 B1-B3과 Line 2의 B4-B6 특정 구간을 제외한 나머지 구간에서 대체로 심도가 깊어짐에 따라 압밀정도가 강해져 인덱스 값이 커지고 선단 저항 또한 커지는 방향으로 변화하는 것을 볼수 있다.
6에서 토질 종류는 1-12까지 번호와 색깔로 구분되어 있다. CPT 결과 B1의 심도 1-3 m 부분에서 N치가 증가하는 것을 확인할 수 있고, N치가 증가하는 부분에서의 토질 종류는 점토질 모래가 나타나고 있는 것을 알 수 있다. 이는 Fig.
7은 CPT를 통해 측정된 콘저항값을 이용해 산출한 비배수 전단강도와 비교란 시료를 실내시험을 통해 산출한 비배수 전단강도의 수치를 비교한 것이다. CPT 결과와 실내에서의 삼축압축시험을 통해 산출된 비배수 전단 강도의 결과를 비교해 볼 때, 실내 시험값과 우수한 상관성을 나타내는 것을 알 수 있다.
흰색으로 표기된 원은 CPT로 측정된 비배수 전단강도와 MASW 측정을 통해서 산출된 전단파 속도의 상관관계를 나타내며, 검정색으로 표기된 원은 채취된 비교란 시료로 실내 시험을 수행한 결과를 나타내고 있다. 결과적으로 비배수 전단강도와 전단파 속도간의 일관성 있는 상관관계를 갖는 것으로 판단된다. 이를 통해 전기비저항 시계열 자료에서 변동성이 있었던 구간에 대해선 MASW를 통해 파악된 B1 지점 1-3 m 심도에서 주변 토질보다 강도가 높은 점토질 모래가 분포하고 있어 물이 주변으로 빠지고 주변의 점토보다 모래 입자들 끼리의 접촉을 통한 전류전도에 의해서 전기비저항 값이 크게 나타났을 것으로 판단된다.
3의 그림에서 변동이 나타나는 부분을 기준으로 나타낸 것이다. 그 결과 전기비저항 가단면도 값이 시간에 따라 변화하지 않는 위치와 변화하는 위치를 확인할 수 있었다. 시계열 가단면도에서 n=1과 n=2에서는 큰 변화 양상이 나타나지 않아 연구 기간 동안 지반의 상태가 일정하다는 것을 파악할 수 있었다.
5와 비교해 보았을 때, MASW 탐사를 통해 얻은 전단파 속도와 N치로 변환한 결과 그림과 비슷한 위치에서 N치가 커지는 양상을 나타내고 있음을 알 수 있다. 다른 B2, B3 지점의 N치 양상은 심도 0-10 m 지점에서는 크게 변하는 부분이 없었고, 실제 토질 종류에서도 clay가 분포 하는 것을 확인할 수 있어 이를 통해 지반의 전단파 속도로 연구지역의 개략적인 지층 조성 상태에 대하여 상대적인 추정이 가능함을 확인하였다. 보다 직접적인 비교를 위해 현장에서 시추공을 통해 획득한 시료를 갖고 실내시험을 실시하였다.
단순히 강수량과 온도의 영향으로 인해 비저항 값이 올라갔다면 빨간 영역뿐만 아니라 모든 영역에서 영향이 있어야 하지만 시계열 자료를 통해 파악해보면 그렇지가 않다. 따라서 본 연구 지반에서는 온도와 강수량의 영향뿐만 아니라 다른 요인이 비저항값에 영향을 준 것이라 판단된다. Ji et al.
이를 통해 전기비저항 시계열 자료의 변동을 주는 요인은 시추 자료를 통해 파악된 점토질 모래 구간에서 비온 후에 모래 입자들간의 접촉 전류전도에 의한 효과로 판단하였다. 물리탐사뿐만 아니라 실제 시추 자료와의 실내 시험을 통해 획득된 전단파와 전단강도의 상관성 분석 결과 MASW를 통해 획득된 자료의 신뢰성이 높아 이종 물리탐사 자료끼리의 복합 해석이 가능함을 확인하였다. 하지만 이를 통해 연구 지역 이외의 지반에까지 일반화를 도출하기에는 지반의 특성이 현장마다 다르기 때문에 이에 대한 한계도 염두 해야 한다.
이러한 상황에서 가장 경제적이고 쉽게 활용할 수 있는 비파괴 물리탐사를 통해서 천부 지질구조에 대한 정확한 정보를 획득해야 하는 상황이 많아지고 있는 실정이다. 복합 분석의 장점은 단일 탐사에 의한 결과 해석의 불확실성이 가져올 수 있는 위험 부담을 최소화하고, 탐사 결과에 대한 최종 의견 결정 시에 신뢰도를 높일 수 있다는데 있다.
그 결과 전기비저항 가단면도 값이 시간에 따라 변화하지 않는 위치와 변화하는 위치를 확인할 수 있었다. 시계열 가단면도에서 n=1과 n=2에서는 큰 변화 양상이 나타나지 않아 연구 기간 동안 지반의 상태가 일정하다는 것을 파악할 수 있었다. Fig.
결과적으로 비배수 전단강도와 전단파 속도간의 일관성 있는 상관관계를 갖는 것으로 판단된다. 이를 통해 전기비저항 시계열 자료에서 변동성이 있었던 구간에 대해선 MASW를 통해 파악된 B1 지점 1-3 m 심도에서 주변 토질보다 강도가 높은 점토질 모래가 분포하고 있어 물이 주변으로 빠지고 주변의 점토보다 모래 입자들 끼리의 접촉을 통한 전류전도에 의해서 전기비저항 값이 크게 나타났을 것으로 판단된다.
최종적으로 지반의 3차원 영상화를 위해 지구통계학적 복합 처리를 수행하였다. 전기비저항 값을 인덱스로 분류한 후, SGSIM을 수행하여 CPT 선단 저항 및 시추공 BH-1, 2의 인덱스와 동일 위치에서 매우 유사한 양상을 보이는 것을 확인하였다. SGSIM을 통해 지반의 3차원적인 영상화를 획득한다면 실제 지반조사에서 많이 쓰이고, 비용이 많이 드는 시추조사를 줄이면서 연약 지반의 넓은 영역을 효율적으로 평가할 수 있을 것으로 사료된다.
후속연구
전기비저항 값을 인덱스로 분류한 후, SGSIM을 수행하여 CPT 선단 저항 및 시추공 BH-1, 2의 인덱스와 동일 위치에서 매우 유사한 양상을 보이는 것을 확인하였다. SGSIM을 통해 지반의 3차원적인 영상화를 획득한다면 실제 지반조사에서 많이 쓰이고, 비용이 많이 드는 시추조사를 줄이면서 연약 지반의 넓은 영역을 효율적으로 평가할 수 있을 것으로 사료된다. 따라서 연약지반 영역에 대한 물리탐사 기반의 모니터링을 통해서 영역 전체의 특성을 파악하고 이를 보강할 수 있는 방안이 제시된다면 물리탐사 자료의 신뢰성을 높일 수 있을 것이다.
SGSIM을 통해 지반의 3차원적인 영상화를 획득한다면 실제 지반조사에서 많이 쓰이고, 비용이 많이 드는 시추조사를 줄이면서 연약 지반의 넓은 영역을 효율적으로 평가할 수 있을 것으로 사료된다. 따라서 연약지반 영역에 대한 물리탐사 기반의 모니터링을 통해서 영역 전체의 특성을 파악하고 이를 보강할 수 있는 방안이 제시된다면 물리탐사 자료의 신뢰성을 높일 수 있을 것이다. 추가적으로 본 연구 지역의 연약지반이 아닌 다양한 연약지반에 대한 지속적인 연구를 수행하여야 할 것이다.
일반적으로 지역마다 기반암의 종류와 풍화정도, 구성 등 그 지역의 기반암 특성에 따라 흙의 공학적 특성이 달라질 수 있어 식 (1)과 같은 경험식이 실제 현장과 다르게 평가 될 수 있다. 본 연구 지역에서는 MASW 탐사를 통해 연약지반의 강도를 파악하는데 있어 유의미한 결과를 갖는다는 것을 확인할 수 있었지만 연구 지역이 아닌 곳에서의 평가를 위해선 지역 특성에 맞는 경험식이 필요할 것이라 사료된다.
이는 앞선 MASW를 통한 전단파 속도 분포를 통해서도 알 수 있다. 이러한 SGSIM을 통해 많은 양의 시추 결과에 의존하지 않더라도 전기비저항 모니터링 등의 물리탐사 자료가 갖는 시간, 경제적 측면의 이점을 살려 보다 효율적으로 연약지반의 분포양상을 파악할 수 있을 것으로 생각된다.
따라서 연약지반 영역에 대한 물리탐사 기반의 모니터링을 통해서 영역 전체의 특성을 파악하고 이를 보강할 수 있는 방안이 제시된다면 물리탐사 자료의 신뢰성을 높일 수 있을 것이다. 추가적으로 본 연구 지역의 연약지반이 아닌 다양한 연약지반에 대한 지속적인 연구를 수행하여야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
최근 지반 조사의 분석 경향은 어떠한가?
최근 지반 조사에 있어 기존의 시추에만 의존하는 단편적인 조사를 통한 평가보다는, 정확하고 신뢰성있는 결과를 제공하기 위해 다양한 자료의 복합해석을 통한 분석이 적용되고 있다(Kwon et al., 2000).
MASW 탐사의 장점은 무엇인가?
MASW 탐사는 지표를 따라 전파하는 표면파 분산 특성을 이용하여 지층의 전단파 속도 분포파악 및 간접적인 지층 상태를 파악하기 위한 시험 방법으로 실체파를 이용한 일반적인 탄성파 탐사와 달리 S파 속도구조를 용이하게 규명할 수 있는 장점이 있다. Park et al.
복합해석을 통한 분석의 장점은 무엇인가?
이러한 상황에서 가장 경제적이고 쉽게 활용할 수 있는 비파괴 물리탐사를 통해서 천부 지질구조에 대한 정확한 정보를 획득해야 하는 상황이 많아지고 있는 실정이다. 복합 분석의 장점은 단일 탐사에 의한 결과 해석의 불확실성이 가져올 수 있는 위험 부담을 최소화하고, 탐사 결과에 대한 최종 의견 결정 시에 신뢰도를 높일 수 있다는데 있다.
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