[논문]필댐 축조재료의 공간 변동성에 의한 불확실성이 고려된 국내 필댐 심벽부 전단파 속도 주상도 모델

박형춘; 나병찬; 임희대

doi:10.7843/kgs.2016.32.11.51

필댐 축조재료의 공간 변동성에 의한 불확실성이 고려된 국내 필댐 심벽부 전단파 속도 주상도 모델
Shear Wave Velocity Profile Considering Uncertainty Caused by Spatial Variation of Material Property in Core Zone of Fill Dam 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.32 no.11, 2016년, pp.51 - 60

박형춘 (충남대학교 토목공학과) , 나병찬 (충남대학교 토목공학과) , 임희대 (충남대학교 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 필댐 심벽부 전단파 속도 주상도 결정시 심벽부 내부에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의해 발생 가능한 불확실성을 평가하고 이러한 불확실성이 반영된 개별 댐 전단파 속도 주상도 모델 결정 방법을 제안하였다. 또한 국내 7곳의 필댐 심벽부에서 수행된 결과들을 이용하여 댐 사이에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의해 전단파 속도 주상도 결정시 발생 가능한 불확실성을 평가하고, 개별 댐 심벽부 내부 및 댐 사이에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의한 불확실성이 모두 고려된 국내 필댐 심벽부를 위한 전단파 속도 주상도 모델을 제안하였다. 제안된 모델은 Sawada-Takahashi 모델과 비교하였으며, 김종태 등에 의해 제안된 모델과 비교하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In determining a shear wave velocity (Vs) profile model based on field tests for dams, the uncertainties always exist. These uncertainties are caused by spatial variations of material properties in each dam and between dams and should be considered in determining Vs profile model for dams. In this paper, these uncertainties are evaluated and Vs profile model for core zone of fill dam in Korea is proposed using the shear wave velocity profiles determined in seven fill dams. The proposed Vs profile model is compared with Kim's model and Sawada-Takahashi model widely used for evaluation of Vs profile of core zone of fill dam.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 국내 필댐 심벽부 내부에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의해 실험에서 얻어진 전단파 속도 주상도에 발생 가능한 불확실성을 평가하고 이러한 불확실성이 반영된 개별 댐의 심벽부 전단파 속도 주상도 모델 결정 방법을 제안하였다. 또한 7개 댐에서 HWAW 실험과 SASW실험을 통해 결정된 전단파 속도 주상도들을 이용하여 댐 심벽부 내부 및 댐 사이의 물성치 변동성에 의한 불확실성이 고려된 국내 필댐 심벽부를 위한 전단파 속도 주상도 모델을 제안하였다.
본 연구에서는 국내 필댐 심벽부에 존재 가능한 물성치 공간 변동성에 의해 발생할 수 있는 계측된 심벽부 전단파 속도 주상도의 불확실성을 평가하고, 이를 활용하여 국내 필댐 심벽부에 존재 가능한 전단파 속도 주상도들을 생성하여, 국내 필댐 심벽부를 위한 전단파 속도 주상도 모델을 결정하였다. 대상 시스템에 존재 가능한 전단파 속도 주상도들의 생성을 위해 Hwang and Park(2013)에 의해 제안된 방법을 사용하였다.
본 절에서는 필댐 심벽부 내부에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의한 불확실성과 서로 다른 댐 심벽부 사이의 물성치 변동성에 의한 불확실성이 고려된 필댐 심벽부 전단파 속도 주상도 모델을 결정하기 위하여, A～G 댐 각각의 심벽부에 존재 가능한 600개의 전단파 속도 주상도들을 결정하였다. 각 댐에서 결정된 600개의 전단파 속도 주상도들은 심벽부에 존재하는 물성치 변동성에 의한 불확실성에 대해 2절에서 제안된 방법을 사용하여 결정하였다.

제안 방법

Fig. 3(b)와 같은 심벽부 단면 2D 전단파 속도 분포 지도에서 볼 수 있는 물성치 공간 변동성에 의해 발생 가능한 물성치 공간 분포의 불확실성을 평가하고자 2장에 제시된 방법에 따라 평가를 수행하였다. Fig.
A댐의 물성치 공간 변동성에 의한 불확실성이 고려된 심벽부 전단파 속도 주상도들을 2절에 제안된 과정에 따라 결정하였다. 결정된 주상도들은 총 600개로서 Fig.
본 절에서는 필댐 심벽부 내부에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의한 불확실성과 서로 다른 댐 심벽부 사이의 물성치 변동성에 의한 불확실성이 고려된 필댐 심벽부 전단파 속도 주상도 모델을 결정하기 위하여, A～G 댐 각각의 심벽부에 존재 가능한 600개의 전단파 속도 주상도들을 결정하였다. 각 댐에서 결정된 600개의 전단파 속도 주상도들은 심벽부에 존재하는 물성치 변동성에 의한 불확실성에 대해 2절에서 제안된 방법을 사용하여 결정하였다. 이때 앞에서 언급된 바와 같이 심벽 부에 존재하는 불확실성은 전단파 속도 주상도 파수 성분별 크기 및 위상의 표준편차의 크기로 나타나며, 이러한 파수 성분별 크기 및 위상의 표준편차는 대상 시스템에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의한 불확실성을 모두 나타낸다.
개별 댐 심벽부 내부에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의한 전단파 속도 분포의 불확실성을 평가하고자, 높이 48m, 댐 길이 205m의 A댐을 선정하여 HWAW 실험을 댐마루에서 수행하였다. HWAW 시험은 대상 시스템의 디테일한 국부적인 전단파 속도 주상도 결정이 가능하기 때문에 댐 길이 방향 위치에 따른 전단파 속도 주상도 변화(물성치 공간 변동성)을 효과적으로 평가할 수 있다(Park and Kim, 2004(a), 2004(b); Noh and Park, 2016).
본 연구에서는 필댐 심벽부 전단파 속도 주상도 결정시 심벽부 내부에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의한 불활실성을 평가하고 이러한 불확실성이 반영된 개별 댐전단파 속도 주상도 모델 결정 방법을 제안･적용하였다. 그리고 국내 7곳의 필댐 심벽부에서 수행된 실험 결과들을 이용하여 댐 사이에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의해 전단파 속도 주상도 결정시 발생 가능한 불확실성을 평가하고, 개별 댐 심벽부 내부에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의한 불확실성 및 댐 사이에 존재하는 물성치 변동성에 의한 불확실성이 모두 고려된 국내 필댐 심벽부를 위한 전단파 속도 주상도 모델을 제안하였다. 제안된 모델은 Sawada-Takahashi 모델과 비교하였다.
본 연구에서는 국내 필댐 심벽부 내부에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의해 실험에서 얻어진 전단파 속도 주상도에 발생 가능한 불확실성을 평가하고 이러한 불확실성이 반영된 개별 댐의 심벽부 전단파 속도 주상도 모델 결정 방법을 제안하였다. 또한 7개 댐에서 HWAW 실험과 SASW실험을 통해 결정된 전단파 속도 주상도들을 이용하여 댐 심벽부 내부 및 댐 사이의 물성치 변동성에 의한 불확실성이 고려된 국내 필댐 심벽부를 위한 전단파 속도 주상도 모델을 제안하였다. 제안된 모델은 기존의 모델들과 비교하였다.
본 연구에서 결정된 A 댐의 전단파 속도 주상도와 기존 연구에서 결정된 6개 댐(B～G댐)(Kim et al., 2009)의전단파 주상도들을 활용하여 댐 사이에 존재하는 심벽부 전단파 속도 분포의 변동성(또는 차이)에 의해 국내 댐 심벽부 전단파 속도 주상도 모델 결정시 유발될 수 있는 불확실성을 평가하였다. Fig.
본 연구에서는 필댐 심벽부 전단파 속도 주상도 결정시 심벽부 내부에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의한 불활실성을 평가하고 이러한 불확실성이 반영된 개별 댐전단파 속도 주상도 모델 결정 방법을 제안･적용하였다. 그리고 국내 7곳의 필댐 심벽부에서 수행된 실험 결과들을 이용하여 댐 사이에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의해 전단파 속도 주상도 결정시 발생 가능한 불확실성을 평가하고, 개별 댐 심벽부 내부에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의한 불확실성 및 댐 사이에 존재하는 물성치 변동성에 의한 불확실성이 모두 고려된 국내 필댐 심벽부를 위한 전단파 속도 주상도 모델을 제안하였다.
첫 번째 변동성은 개별 댐 심벽부 내부에 존재하는 전단파 속도 분포의 변동성이며, 두 번째는 댐들 사이에 존재하는 전단파 속도 주상도의 변동성(차이)이다. 본 절에서는 이러한 변동성에 의한 속도 분포의 불확실성 크기를 2절에서 제시한 방법에 따라 평가하였으며, 평가된 불활실성이 반영된 필댐 심벽부 전단파 속도 주상도 모델을 제안하였다.
이러한 접근 방법은 대상 시스템의 전단파 속도 주상도 모델과 같은 물성치 분포 모델을 만드는데 효과적으로 사용될 수 있다. 즉 대상 시스템에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의해 발생할 수 있는 지반조사 결과의 불확실성이 반영된 대상 시스템에 존재 가능한 모든 물성치 분포들을 생성하고 이를 통해 확률적으로 통제가 가능한 대상 시스템 물성치 모델을 결정할 수 있다. 즉 깊이에 따른 물성치 분포 범위가 주어지며 실제 대상 시스템의 물성치가 이 범위를 벗어날 확률 결정을 통해 제안된 모델이 가질 수 있는 불확실성의 통제가 가능하다.
HWAW 시험은 대상 시스템의 디테일한 국부적인 전단파 속도 주상도 결정이 가능하기 때문에 댐 길이 방향 위치에 따른 전단파 속도 주상도 변화(물성치 공간 변동성)을 효과적으로 평가할 수 있다(Park and Kim, 2004(a), 2004(b); Noh and Park, 2016). 총 9개의 실험이 기반암의 영향을 줄이고 심벽부 재료의 물성을 평가하고자 댐 중앙부 댐 마루에서 5～10m 간격으로 수행되었다(Fig. 2).

데이터처리

이때 Z(m)는 깊이이다. Fig. 13에서 제안된 모델을 일반적으로 많이 사용되는 Sawada-Takahashi 모델과 비교되었다.
그리고 국내 7곳의 필댐 심벽부에서 수행된 실험 결과들을 이용하여 댐 사이에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의해 전단파 속도 주상도 결정시 발생 가능한 불확실성을 평가하고, 개별 댐 심벽부 내부에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의한 불확실성 및 댐 사이에 존재하는 물성치 변동성에 의한 불확실성이 모두 고려된 국내 필댐 심벽부를 위한 전단파 속도 주상도 모델을 제안하였다. 제안된 모델은 Sawada-Takahashi 모델과 비교하였다. 제안된 모델식의 상한은 Sawada-Takahashi 모델과 전체 깊이에서 비슷한 값을 보이며, 하한은 30m이하의 깊이에서 상대적으로 작은 값을 보임을 알 수 있었다.
또한 7개 댐에서 HWAW 실험과 SASW실험을 통해 결정된 전단파 속도 주상도들을 이용하여 댐 심벽부 내부 및 댐 사이의 물성치 변동성에 의한 불확실성이 고려된 국내 필댐 심벽부를 위한 전단파 속도 주상도 모델을 제안하였다. 제안된 모델은 기존의 모델들과 비교하였다.

이론/모형

본 연구에서는 국내 필댐 심벽부에 존재 가능한 물성치 공간 변동성에 의해 발생할 수 있는 계측된 심벽부 전단파 속도 주상도의 불확실성을 평가하고, 이를 활용하여 국내 필댐 심벽부에 존재 가능한 전단파 속도 주상도들을 생성하여, 국내 필댐 심벽부를 위한 전단파 속도 주상도 모델을 결정하였다. 대상 시스템에 존재 가능한 전단파 속도 주상도들의 생성을 위해 Hwang and Park(2013)에 의해 제안된 방법을 사용하였다. Hwang and Park에 의해 제안된 방법은 대상 시스템에서 수행된 시험에서 얻어진 실험 결과(전단파 속도 주상도)에 대해 하모닉 웨이브릿 변환(Newland, 1999)을 사용하여 지반 물성치 분포의 구조 특성을 공간-파수(space-wave number) 영역에서 분석하고(Fig.

성능/효과

즉 댐체 내부에 물성치 공간 변동성이 존재함을 볼 수 있다. 또한 댐 사이에서도 결정된 전단파 속도 주상도들 사이에 차이, 즉 댐을 구성하는 재료 물성치 사이의 변동성이 존재함을 알 수 있다. 이러한 물성치 공간 변동성은 다양한 원인에 의해 발생할 수 있다.
제안된 모델은 Sawada-Takahashi 모델과 비교하였다. 제안된 모델식의 상한은 Sawada-Takahashi 모델과 전체 깊이에서 비슷한 값을 보이며, 하한은 30m이하의 깊이에서 상대적으로 작은 값을 보임을 알 수 있었다.
그림을 보면 제안된 모델의 상한과 하한은 Sawada-Takahashi 모델의 상한과 하한의 형태와 유사한 모양을 보이나 깊이에 따른 속도 변화 곡률이 상대적으로 작은 값을 보임을 알 수 있다. 제안된 모델의 상한은 5m 이상 깊이에서 Sawada-Takahashi 모델과 거의 유사한 값을 보이며, 하한의 경우 Sawada-Takahashi 모델의 하한보다 전체적으로 작은 값을 보이며 10m 정도위치에서 최대 50m/s 정도 작은 값을 보임을 알 수 있다. Kim(2009)의 모델과 비교하여 보면 상한은 거의 비슷한 값을 보이며, 하한에서는 Kim의 모델이 제안된 모델보다 작은 값을 보임을 알 수 있다.
즉 대상 시스템에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의해 발생할 수 있는 지반조사 결과의 불확실성이 반영된 대상 시스템에 존재 가능한 모든 물성치 분포들을 생성하고 이를 통해 확률적으로 통제가 가능한 대상 시스템 물성치 모델을 결정할 수 있다. 즉 깊이에 따른 물성치 분포 범위가 주어지며 실제 대상 시스템의 물성치가 이 범위를 벗어날 확률 결정을 통해 제안된 모델이 가질 수 있는 불확실성의 통제가 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	댐체의 전단탄성계수 분포는 어떤 방법을 통해 결정되는가?	이러한 댐체의 전단탄성계수 분포는 현장 시험이나 경험식을 통해 결정될 수 있다. 국내에서는 Sawada와 Takahashi(1975)에 의해 제안된 경험식이 많이 사용된다.
	신뢰할 수 있는 댐체의 전단탄성계수 분포 결정이 댐체 내진성능 평가에 중요한 이유는 무엇인가?	필댐의 경우 내진 성능은 심벽부와 사력부 재료 및 기초 지반의 동적거동에 의해 결정된다. 지진 하중에 의해 발생하는 댐체 변위는 댐체를 구성하는 재료의 전단탄성계수(전단파 속도, Vs)에 의해 큰 영향을 받는다(Ha, 2007). 따라서 신뢰할 수 있는 댐체의 전단탄성계수 분포 결정은 댐체 내진성능 평가에 있어 매우 중요한 요소이다.
	필댐의 내진 성능은 무엇에 의해 결정되는가?	최근 들어 국내･외 지진의 발생 빈도 및 규모가 증가함에 따라 댐과 같은 중요 토목구조물의 지진에 대한 안전성 확보가 중요한 과제가 되고 있다. 필댐의 경우 내진 성능은 심벽부와 사력부 재료 및 기초 지반의 동적거동에 의해 결정된다. 지진 하중에 의해 발생하는 댐체 변위는 댐체를 구성하는 재료의 전단탄성계수(전단파 속도, Vs)에 의해 큰 영향을 받는다(Ha, 2007).

참고문헌 (13)

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Hwang, H.J. and Park, H.C. (2014), "Determination of Representative Shear Wave Velocity Profile for Rockfill Zone of CFRD considering Uncertainty caused by Spatial Variation of Material Property", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.30, No.5, pp.17-24.
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Newland, D.E. (1999), "Ridge and Phase Identification in the Frequency Analysis of Transient Signal by Harmonic Wavelet", Journal Vib and Acoustics, Vol.121, pp.149-155.

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Noh, H.K. and Park, H.C. (2016), "Evaluation of Applicability of HWAW Method in Determining Grouting Effect in Dam and Embankment", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.32, No.5, pp.15-26.
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Park, H.C. and Hwang, H.J. (2014), "1D Probabilistic Ground Response Analysis", EESK Journal of the Earthquake Engineering, Vol.18, No.2, pp.73-78.
Park, H.C., Hwang, H.J., and Joh, S.E. (2016), "Probabilistic Seismic Slope Stability Analysis considering Spatial Variation og Material Property", Proceeding of EESK Conference, pp.71.
Sawada, Y. and Takahashi, T. (1975), "Study on the Material Properties and the Earthquake behaviors of Rockfill Dams", Proceeding of 4th Japan Earthquake Engineering Symposium, pp.695-702.
Stokoe, K.H. II, Wright, S.G., Bay, J.A., and Roesset, J.M. (1994), "Characterization of Geotechnical Sites by SASW Method", in: ISSMFE Technical Committee #10 for XII IICSMFE. Geophysical Characterization of Sites. A.A.Balkema Publishers/Rotterdam&Brookfield. Netherlands, pp.15-25.

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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].

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