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실내모형시험을 통한 상대밀도가 다양한 사질토 지반에서의 하수도관 파손에 따른 지표침하의 영향범위에 관한 연구
A Study for Influence Range of Ground Surface due to Sewer Fracture in Various Relative Density of Sand by Laboratory Model Test 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.32 no.2, 2016년, pp.19 - 30  

오동욱 (서울과학기술대학교 건설시스템공학과) ,  안호연 (서울과학기술대학교 건설시스템공학과) ,  이용주 (서울과학기술대학교 건설시스템공학과)

초록
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도심지 지반함몰 현상의 대부분이 노후된 하수관에 의해 발생한다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 따라서 관 파손의 위치와 주변 지반의 상대밀도가 지반의 거동에 미치는 영향을 알아보기 위해 실내모형시험을 수행하였다. 관 파손은 관 둘레에 대해 20% 파손된 것으로 가정하여 관 상부에 파손이 발생한 경우와 하부에 발생한 경우로 고려하였다. 느슨한 지반과 조밀한 지반을 상대밀도 30%, 70%로 조성하여 관 파손의 위치에 따른 지반 거동을 측정하였을 뿐만 아니라, 유한요소해석을 이용하여 실내모형시험 결과와 비교 분석하였다. 관 하부가 파손되어 누수가 발생되는 것이 상부가 파손되는 것보다 더 큰 지반 거동을 유발하는 것으로 나타났을 뿐만 아니라, 느슨한 지반에서 더 큰 지표침하량이 발생하는 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is well known that water leakage from decrepit sewer pipe mainly causes frequent occurrence of ground subsidence in urban area. Thus, laboratory model tests were carried out to investigate ground behaviour according to location of sewer fracture and various relative densities of surrounding soil....

주제어

#Ground subsidence   #Settlement   #Relative density   #Sewer pipe   #Model test   #Numerical analysis  

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

문제 정의

  • 하지만 관 파손으로 인해 발생되는 지반의 거동에 대해 수행된 연구는 현재까지 많지 않다. 따라서 본 연구는 지반함몰 문제는 지중에 공동이 발생하는 것이 터널굴착에 따른 지반 거동 문제와 유사하다는 것에 착안하여 수행되었다. 터널의 경우 인위적으로 공동을 발생시킨 후 지속적인 계측을 통해 굴착에 따른 지반의 거동에 대한 관리가 가능하지만 노후된 하수관에서의 누수로 인해 발생하는 지하공동의 경우 감지와 계측에 어려움이 있다는 차이점이 있다.
  • 터널의 경우 인위적으로 공동을 발생시킨 후 지속적인 계측을 통해 굴착에 따른 지반의 거동에 대한 관리가 가능하지만 노후된 하수관에서의 누수로 인해 발생하는 지하공동의 경우 감지와 계측에 어려움이 있다는 차이점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 터널 굴착에 따른 지반의 거동 특성에 대한 기존문헌 연구를 통해 노후된 하수관의 누수로 인해 발생되는 지반의 거동을 예측하고 실내모형시험과 수치해석을 통해 터널 굴착의 지반 거동 특성과 비교･분석하였다.

가설 설정

  • 실내모형시험 case는 Table 3에 정리하였다. 모형관은 하수관으로써 관내 수위는 직경의 25%인 경우로 가정하였고, 실험 시 유량은 0.27m3/hr 이었으며 유속은 0.11m/s로 측정되었다. Kuwano et al.
  • 구멍이 크기는 관 둘레 대비 10%, 면적 대비 8%이다. 모형시험은 2개의 scenario, 4가지 case로 구분하였으며, scenario 1(case 1,2)은 파손이 모형관 상부에 발생한 경우, scenario 2(case 3,4)는 모형관 하부에 파손이 발생한 경우로 가정하였다. case 1,3은 지반을 상대밀도 30%, case 2,4는 70%로 형성하여 느슨한 모래지반, 조밀한 모래지반을 형성하였으며, 상대밀도를 Fig.
  • 수치해석은 범용 유한요소해석 프로그램인 Plaxis 2D, 3D AE(2013, Plaxis bv)를 이용하였다. 실내모형시험에서 배출구를 통한 토사 유실을 Trapdoor로 가정하여 수치해석에서의 배출구에 선행변위 (prescribed displacement)를 적용하였다. 선행변위의 단계는 5단계로 적용하여 실내모형시험에서 발생된 최종지반거동을 단계별로 예측하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
2011~2015년까지 서울시에서 발생한 지반함몰 현상의 추이는? 최근 언론보도에 따르면, 지난 5년간 서울시에서 발생한 지반함몰 현상은 해마다 평균 29%씩 증가하는 것으로 나타났으며, 그 중 84%가 노후된 하수관의 파손에 의해 발생하고 있다(JoongAng-Ilbo, 2015). 하지만 관 파손으로 인해 발생되는 지반의 거동에 대해 수행된 연구는 현재까지 많지 않다.
Trap-door 시험은 무엇인가? Trap-door 시험은 Fig. 2에서 보는 것과 같이 토조 바닥 저면에 일정한 폭을 갖는 Plate를 하강시켜 Trap-door가 받는 하중과 하강량에 대한 관계로부터 직사각형 터널에 작용하는 이완하중에 대한 연구를 수행하기 위해 고안된 장치이다. 이러한 Terzaghi의 초기 trap-door시험은 실제 터널의 형상과 무관하게 일정한 폭을 갖는 바닥 저면을 하강시켜 trap-door가 받는 하중과 하강량에 대한 관계에 대한 연구로써 다양한 터널 단면에 대한 고려가 어렵다는 단점이 있었다.
초기 Terzaghi (1936)의 Trap-door 시험의 단점은? 2에서 보는 것과 같이 토조 바닥 저면에 일정한 폭을 갖는 Plate를 하강시켜 Trap-door가 받는 하중과 하강량에 대한 관계로부터 직사각형 터널에 작용하는 이완하중에 대한 연구를 수행하기 위해 고안된 장치이다. 이러한 Terzaghi의 초기 trap-door시험은 실제 터널의 형상과 무관하게 일정한 폭을 갖는 바닥 저면을 하강시켜 trap-door가 받는 하중과 하강량에 대한 관계에 대한 연구로써 다양한 터널 단면에 대한 고려가 어렵다는 단점이 있었다. 이 후 수압 또는 기계식 터널 모사 장치를 이용하여 터널의 굴착에 따른 지반의 거동을 알루미늄 봉을 이용한 사진계측, 원심모형시험 등 다양한 실내모형시험 방법을 통해 연구가 수행되고 있다.
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참고문헌 (16)

  1. Atkinson, J.H. and Mair, R.J. (1981), "Soil Mechanics Aspects of Soft Ground Tunnelling", Ground Engineering, July, pp.20-26. 

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  4. Das, B.M. (2009), "Principles of Geotechnical Engineering (7th Edition)", USA, CENGAGE Learning, pp.302-367. 

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  15. Tsukada, Y., Miura, K., Tsubokawa, Y., Ishito, M., Nishimura, N., Otani, Y., and You, G.L. (1999), "Experimental Investigation on the Improvement of Bearing Capacity of Surface Footing with Micropiles", Proceedings of the 2nd International workshop on Micropiles, September, Ube city, Japan. pp.139-148. 

  16. Water Journal (2014), A counterplan of ground settlement due to water supply and sewerage, Water Journal, Seoul, Vol.124, pp.66-87. 

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