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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 후면 덧쌓기에 의해 둑 높이기를 시공 중인 사업지구를 대상으로 계측시스템을 구축하여 공극수압, 토압 및 침하 등의 계측자료를 비교분석하고, 둑 높이기 전 · 후의 정상류와 비정상류 조건으로 홍수위시와 수위급강하시의 침투류 해석, 사면안정 해석 및 응력-변형 거동을 비교분석하여 저수지 제체의 안정성을 평가하고자 한다.
- 특히, 둑 높이기 사업을 추진하면서 획득한 설계방법, 시공기술의 노하우는 앞으로 노후화된 많은 저수지를 어떻게 진단하고, 어떻게 효율적으로 보수보강하며, 어떻게 장기적으로 유지관리할 것인가? 에 대한 문제점을 해결하는데 많은 기술적인 설계지침을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 둑 높이기 사업 결과를 바탕으로 노후화된 저수지의 재해저감방안 제시하고, 향후 저수지 재난 및 위험관리 현황을 파악하여 국내 기관의 통합된 재난 및 위기관리 매뉴얼을 작성할 수 있을 것으로 판단된다.
제안 방법
- 둑 높이기 후의 침투류 해석은 홍수위시 및 수위급강하시로 구분하여 포화시와 불포화시에 SEEP/W 프로그램을 이용 하여 분석하였다 (SEEP/W, 2007). SEEP/W는 Darcy 법칙과 Laplace 방정식을 이용하여 포화 및 비포화 흐름을 해석하는 유한요소 프로그램이다.
- 본 연구에서는 후면 덧쌓기에 의해 둑 높이기를 시공 중인 사업지구를 대상으로 현장계측에 의한 공극수압, 토압 및 침하량을 분석하고, 정상류와 비정상류 조건으로 홍수위시와 수위급강하시의 침투류 해석, 사면안정 해석 및 응력-변형 거동을 비교분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 분석방법은 성토고에 따른 공극수압, 토압, 침하량의 변화를 비교·분석하였다.
- 사면안정 해석시 수위조건은 둑 높이기 전 · 후의 홍수위에서 사수위로 수위급강하 하였을 경우로 적용하였고, 정상류와 비정상류 조건으로 구분하여 적용하였다.
- 비정상류 해석시에 초기 지하수위는 정상류 해석 결과치를 적용하고, 계산 결과에 대응하는 경계조건을 수정하여야 한다. 상류측 수위를 고정시킨 정상상태 흐름으로 침투해석을 할 경우 저수지 제체의 투수계수가 매우 낮기 때문에 침윤선이 과다 예측되는 경향이 있었으므로 시간에 따른 수위변동을 고려하여 침투해석을 실시하였다. 프로그램은 정상상태흐름(steady state flow)과 비정상 상태흐름(transient flow)에 대하여 모두 적용 가능하고, 불포화토에 대한 체적함수비-공극수압곡선 SWCC (Soil Water Characteristic Curve)을 이용하여 토질에 따른 정 (+) 공극수압과 부 (-)공극수압의 변화특성을 나타낼 수 있다 (Fredlund and Xing, 1994; Van Genuchten, 1980).
- 수위변동에 따른 불포화투수계수와 체적함수비 곡선을 구하기 위해서는 많은 시간이 소비되므로 SEEP/W프로그램에서 제시한 토양수분특성곡선 (SWCC)에 가장 근접한 곡선을 선택하여 흡인력 (matric suction)에 따른 불포화토에서의 변화특성을 적용하였다. 불포화 투수계수의 추정은 여러 가지 방법이 있으나 여기서는 흡인력 함수를 이용하는 방법을 적용하였고, 체적함수비의 추정은 입도곡선을 기초로 예측된 data point function 방법을 이용하였다.
- 수위조건은 둑 높이기 전 · 후의 홍수위에서 사수위로 수위급강하 하였을 경우로 적용하였고, 포화 및 불포화토에서 정상류와 비정상류 조건으로 구분하여 적용하였다.
- 유한요소해석에 의한 둑 높이기 전후의 응력-변형거동은 SIGMA/W (2007) 프로그램을 이용하였고 응력-변형과 침투류 해석을 동시에 수행하여 분석하였다. 제체와 코어는 삼축시험에서 구한 파라미터를 이용하여 쌍곡선모델로 분석하고, 필터와 사석은 선형탄성해석으로 분석하였다. Table 4는 Hyperbolic model에 사용된 지반정수이다.
- 침투류 해석시 수위조건은 둑 높이기 전 · 후의 홍수위에서 사수위로 수위급강하 하였을 경우로 적용하였고, 포화 및 불포화토에서 정상류와 비정상류 조건으로 구분하여 적용하였다.
- 일반적으로 수중부 비탈면의 경우는 건기 및 우기에 따른 지하수위 변동보다는 저수위 변화에 따른 사면안정해석이 적합하므로 국토해양부 댐 설계기준에서 제시한 제체조건과 저수상태를 고려한 안정해석을 수행하였다 (MLTM, 2011). 현장 대상지구의 사면안정 검토는 가장 위험한 조건인 홍수시와 수위급강하시에 분석하였고 기준안전율은 증고전은 1.2, 증고후는 1.3을 적용하였다.
- 침투류 해석시 수위조건은 둑 높이기 전 · 후의 홍수위에서 사수위로 수위급강하 하였을 경우로 적용하였고, 포화 및 불포화토에서 정상류와 비정상류 조건으로 구분하여 적용하였다. 홍수위 (전: E.L. 247.49 m, 후: E.L. 260.30 m)로 유지되는 지속시간은 특별한 기준이 없어 고려하지 않았고, 저수지의 총저수량과 복통을 통한 방류량를 고려하여 홍수위에서 사수위 (전: E.L. 235.3 m, 후: E.L. 238.9 m)로 급격히 강하하였을 때 걸리는 시간을 구분하여 (전: 5.3일, 후: 12.3일) 침투류 해석을 실시하였다.
- 사면안정 해석시 수위조건은 둑 높이기 전 · 후의 홍수위에서 사수위로 수위급강하 하였을 경우로 적용하였고, 정상류와 비정상류 조건으로 구분하여 적용하였다. 홍수위로 유지 되는 지속시간은 특별한 기준이 없어 고려하지 않았고, 저수지의 총 저수량과 복통의 방류량을 고려하여 홍수위가 사수 위로 급격히 강하하였을 경우의 시간 (전: 5.3일, 후: 12.3일)을 계산하여 해석을 실시하였다.
대상 데이터
- 2는 현장에 매설된 계측기의 위치를 나타낸 것이다. E.L. 234.50 m 지점의 상류 및 하류에 매설된 공극수압계와 토압계로부터 2012년 6월 11일부터 2015년 3월 31일까지 1,055일 동안 얻은 계측결과를 이용하고, E.L. 244.50 m 지점의 상류 및 하류에 매설된 공극수압계로부터 2013년 6월 4일부터 2015년 3월 31일까지 696일 동안 얻은 계측결과를 이용 하였다. 침하량은 제체 중앙부에 매설된 기초지반 변위계로부터 2012년 4월 6일에서 2015년 3월 31일까지 1,089일간의 계측결과를 이용하였다 (Yungsung ENG, 2015).
- 현재 분석에 적용된 저수지는 2012년 6월 터파기 공사가 시작되어 둑 높이기 사업으로 시공되는 저수지 중에서 많은 계측기가 매설되어 운영중인 저수지로 앞으로 시공예정인 저수지에 반영되어야 할 모범사례로 판단된다. 계측시스템은 댐마루 한곳에서 통합하였고, 무선으로도 데이터를 받도록 설치되었다. 상류사면은 만수위까지는 사석이 시공되어 있으며 하류사면은 토사로 되어 있어 댐마루 경계부에서부터 강우로 인하여 일부 유실이 나타나서 사면 전체에 걸쳐 보강이 필요하다고 판단된다.
- 분석에 적용된 저수지 둑 높이기 현장은 후면 덧쌓기 공법을 적용하여 시공 중인 충북 보은군 내북면 ○○저수지를 선정하였다. 저수지는 1954년에 준공된 저수지로 저수지 제원은 필댐 형식으로 총저수량 931만 m3 (증고전: 205만 m3), 유역면적 1,245 ha, 수혜면적 392 ha, 길이 415 m (증고전: 276 m), 높이 31.
- 사용된 성토재와 점토재는 저수지 현장의 토취장에서 채 취하였고 물리적 및 역학적 특성을 분석한 결과는 Table 2와 같다.
- 분석에 적용된 저수지 둑 높이기 현장은 후면 덧쌓기 공법을 적용하여 시공 중인 충북 보은군 내북면 ○○저수지를 선정하였다. 저수지는 1954년에 준공된 저수지로 저수지 제원은 필댐 형식으로 총저수량 931만 m3 (증고전: 205만 m3), 유역면적 1,245 ha, 수혜면적 392 ha, 길이 415 m (증고전: 276 m), 높이 31.2 m (증고전 : 20.8 m)로 계획되어 있다. 제당의 중심코어는 점토로 구성되어 있고, 둑 높이기를 시공하면서 기존 저수지의 하류사면 일부를 걷어낸 후 성토 시공하는 것으로 계획되어 있다 (KRC, 2011).
- 50 m 지점의 상류 및 하류에 매설된 공극수압계로부터 2013년 6월 4일부터 2015년 3월 31일까지 696일 동안 얻은 계측결과를 이용 하였다. 침하량은 제체 중앙부에 매설된 기초지반 변위계로부터 2012년 4월 6일에서 2015년 3월 31일까지 1,089일간의 계측결과를 이용하였다 (Yungsung ENG, 2015). 분석방법은 성토고에 따른 공극수압, 토압, 침하량의 변화를 비교·분석하였다.
데이터처리
- 유한요소해석에 의한 둑 높이기 전후의 응력-변형거동은 SIGMA/W (2007) 프로그램을 이용하였고 응력-변형과 침투류 해석을 동시에 수행하여 분석하였다. 제체와 코어는 삼축시험에서 구한 파라미터를 이용하여 쌍곡선모델로 분석하고, 필터와 사석은 선형탄성해석으로 분석하였다.
- 저수지 둑 높이기 사업지역의 사면안정 해석은 SLOPE/W (2007) 프로그램을 이용하여 분석하였다. 수위조건은 둑 높이기 전 · 후의 홍수위에서 사수위로 수위급강하 하였을 경우로 적용하였고, 포화 및 불포화토에서 정상류와 비정상류 조건으로 구분하여 적용하였다.
이론/모형
- 그러나 대부분의 모델들이 수치화하는 과정에서 불가피한 가정조건으로 인하여 특정한 토질 및 국부적인 응력의 범위 내에서만 타당성이 입증되고 있을 뿐 실제 적용에는 많은 어려움이 따른다. 따라서 본 연구에서는 여러 가지 모델 중 매개변수의 결정이 다른 모델에 비해 손쉬운 Hyperbolic model을 이용하였다. 일정 구속응력 상태의 삼축압축 상태에서 구한 응력-변형률 곡선은 포물선과 비슷하게 비선형으로 나타나므로 다음과 같이 변형시키면 응력-변형률 곡선을 선형화 할 수 있고 접선계수는 다음과 같다.
- 수위변동에 따른 불포화투수계수와 체적함수비 곡선을 구하기 위해서는 많은 시간이 소비되므로 SEEP/W프로그램에서 제시한 토양수분특성곡선 (SWCC)에 가장 근접한 곡선을 선택하여 흡인력 (matric suction)에 따른 불포화토에서의 변화특성을 적용하였다. 불포화 투수계수의 추정은 여러 가지 방법이 있으나 여기서는 흡인력 함수를 이용하는 방법을 적용하였고, 체적함수비의 추정은 입도곡선을 기초로 예측된 data point function 방법을 이용하였다.
- Table 3은 계측기 형태를 나타낸 것이다. 여기서, 공극수압계, 토압계 및 변위계는 전기 계측식의 일종인 FBG 센서를 사용하였다. FBG 센서는 광섬유 센서에 빛을 투과하여 빛의 반사, 굴절, 투과 등을 이용한 센서로 기존의 전자파 영항과 습도가 많은 환경에서 오작동 등으로 신뢰성이 떨어졌던 기존의 센서와 다르게 주변 환경의 영향을 받지 않고 정밀 측정할 수 있는 뛰어난 성능을 발휘하는 장점을 가지고 있다.
성능/효과
- 1. 둑 높이기에 따른 공극수압의 변화는 성토고가 증가함에 따라 상 · 하류부 모두 증가하였고 하류부가 상류부 보다 약간 더 크게 나타났다.
- 2. 시간에 따른 토압의 변화는 성토고가 증가함에 따라 증가하였으며, 상류부는 증가폭이 매우 크게 나타났지만 하류부는 약간씩 증가하였다. 이와 같은 상 · 하류부의 토압차이는 결국 부등침하를 일으키게 되어 불안정한 상태가 되므로 설계시 고려해야 할 것으로 판단되고, 담수 초기의 토압은 공극수압보다 크게 나타나서 수압할렬의 가능성은 없는 것으로 나타났다.
- 3. 침하량은 성토고 23.0 m까지 급격하게 증가하고 그 이후부터는 일정하게 나타났으며, 최종침하량은 5.478 mm 로 매우 작게 나타냈다. 시간이 경과함에 따라 제체는 안정 상태를 유지하는 것으로 평가되나, 느린 속도의 변위는 계속 측정되고 있어 지속적인 계측관리가 요구된다.
- 4. 둑 높이기 전 · 후의 정상류와 비정상류 조건에서 공극수압은 상류사면에서 정 (+)의 공극수압을 나타내다가 코어를 통과하면서 급격히 감소하고 하류사면에서는 점차로 부 (-) 의 공극수압으로 변화하고 있다.
- 5. 둑 높이기 전 · 후의 정상류와 비정상류 조건하에서 총저수량에 대한 1일당 침투수량과 제체 100 m당 누수량은 안전관리기준 이내로 나타나 안전하게 평가되었다.
- 6. 둑 높이기 전 · 후의 정상과 비정상류 조건에서 상류와 하류 사면의 안전율은 정상상태에서 매우 크게 나타났고 수위가 급강하함에 따라 상류사면은 크게 감소하였으나, 하류 사면은 큰 변화를 나타내지 않았다.
- 7. 둑 높이기 후의 홍수위 조건에서 수직침하량은 상류사면에서 4~20 cm 정도로 크고 하류사면에서는 작게 나타났으며, 수위급강하 조건에서는 0.4~1.0 cm 범위로 매우 작게 나타났다. 홍수위 조건에서 수평변위는 기존제체와 후면 덧쌓기 제체의 상류사면에서 2~20 cm 정도이고, 기존 제체와의 접속부에서는 20 cm 정도로 매우 큰 변위가 발생되어 안정성을 신중하게 검토하여야 할 것으로 판단된다.
- 둑 높이기에 따른 공극수압의 변화는 성토고가 증가함에 따라 상 · 하류부 모두 증가하였고 하류부가 상류부 보다 약간 더 크게 나타났다. E.L. 235.50 m 지점에서의 공극수압은 초기보다 후반부인 성토고 18.5 m 부터 모두 급격하게 증가하였고, 최종성토고 24.5 m에서 상류부는 0.789 kgf/cm2로 나타났다. E.
- 789 kgf/cm2로 나타났다. E.L. 244.50 m 지점에서의 공극수압은 성토초기에 급격하게 증가하고 그 이후에는 약간씩 증가하는 현상을 나타냈으며, 최종성토고에서 상류부는 0.299 kgf/cm2, 하류부는 0.279 kgf/cm2로 유사하게 나타났다. 공극수압은 두 지점 모두 현장 관리기준치인 일부 저수시 최대공극수압의 80 % 이내로 나타나서 안정한 것으로 평가되었다.
- 각각의 토압계 측정치와 공극수압, 설계지반정수를 고려한 안전율 SC는 E.L 234.5 m에서 상류 1.40, 하류 1.80이며, E.L 244.5 m 에서는 상류 3.09, 하류 1.02 으로 관리기준치 SC>1.0 으로 안정한 것으로 평가되었다.
- 공극수압계의 최대치는 E.L. 234.5 m지점에서 0.839 kgf/cm2로 현장에서 관리하고 있는 기준치 (0.972 kgf/cm2:일부저수시 최대공극수압의 80 %)이내 이며, E.L. 244.5 m 지점에서 0.315~0.359 kgf/cm2로 관리기준 (0.572 kgf/cm2: 일부저수시 최대공극수압의 80 %) 이내로 나타나서 안정한 상태이고, 안전율도 1.15~2.05로 나타나서 안정한 것으로 평가 되었다. 그러나 현재는 일부 저수상태로 공극수압이 작게 측정되었고 향후 만수위 상태에서 공극수압이 어떠한 거동을 나타내는가에 대한 분석이 저수지 안정성 평가를 위해 필요할 것으로 판단된다.
- 279 kgf/cm2로 유사하게 나타났다. 공극수압은 두 지점 모두 현장 관리기준치인 일부 저수시 최대공극수압의 80 % 이내로 나타나서 안정한 것으로 평가되었다. 그러나 향후 저수지 제체의 안정성 평가를 위해서는 만수위상태까지 공극수압의 거동 분석이 필요할 것으로 판단된다.
- 농업용 저수지 둑 높이기 대상 (110개소)중 30년 이상 노후된 저수지가 72개소 (64 %)이고, 안전진단 결과 보수·보강이 필요한 C등급이상 저수지는 85개소 (75 %)이며, 한발 대응이 미흡한 저수지는 99개소 (88 %)로 조사되어 저수용량 확장을 통해 부족한 농업용수 공급이 필요하였고, 축조 후 장기간이 지나 노후화된 저수지의 리모델링을 통한 기능회복이 절실히 필요하였다.
- 37×10-6 m3/sec로 나타났다. 동수경사는 Fig. 11(a)와 같이 코어에서 0.4~1.2범위로 한계동수경사 (1.018) 보다 커서 불안정하게 나타났고, 하류사면에서는 0.2~0.6 범위로 한계동수경사 보다 작아 파이핑에 대해서는 안전한 것으로 나타났다.
- 동수경사는 Fig. 9(a)와 같이 코어에서 1.2~1.4 범위로 한계동수경사 (1.018) 보다 커서 불안정하게 나타났고, 하류사면에서는 0.2~0.8 범위로 한계동수경사 보다 작아 파이핑에 대해서는 안전한 것으로 나타났다.
- 둑 높이기 후 홍수위시 (260.30 m)에서 사수위 (238.90 m)로 급강하 하였을 경우, 안전율은 상 · 하류사면에서 각각 1.327, 2.700으로 기준안전율 보다 커서 안정한 것으로 나타났다.
- 둑 높이기전 · 후 코어에서의 동수경사는 한계동수경사보다 커서 파이핑에 대해서 불안정하게 나타났고, 상류와 하류사면에서는 안정한 것으로 평가되었다.
- 3일로 구분하여 분석한 결과, 수위 급강하시 안전율이 감소하다가 제체내의 공극수압이 소산되면서 안전율이 증가하지만 이 경우는 짧은 시간에 수위급강하 하였기 때문에 안전율의 증가현상은 나타나지 않았다. 또한, 정상류 조건에서 비정상류 조건으로 변화할 경우에 상류사면은 안전율의 감소폭이 크게 나타났지만 하류사면에서는 작게 나타났다. 상류사면의 안전율은 정상상태에서 매우 크게 나타났고 수위가 급강하함에 따라 비정상류 조건에서는 매우 크게 감소한 후에는 큰 변화를 나타내지 않았고 둑 높이기 후의 안전율은 약간 증가하였다.
- 비정상류 조건하에서 둑 높이기 전 홍수위시 (247.49 m)에서 사수위 (235.30 m)로 급강하 하였을 경우, 안전율은 상 · 하류사면에서 각각 1.215, 1.405로 기준안전율 이내에 포함되어 안정한 것으로 나타났다.
- 또한, 정상류 조건에서 비정상류 조건으로 변화할 경우에 상류사면은 안전율의 감소폭이 크게 나타났지만 하류사면에서는 작게 나타났다. 상류사면의 안전율은 정상상태에서 매우 크게 나타났고 수위가 급강하함에 따라 비정상류 조건에서는 매우 크게 감소한 후에는 큰 변화를 나타내지 않았고 둑 높이기 후의 안전율은 약간 증가하였다. 하류사면은 정상류 조건과 비정상류 조건에서 안전율의 감소폭은 작게 나타났고, 둑 높이기 후의 안전율도 매우 크게 증가하였다.
- 417 kgf/cm2로 나타났다. 성토고가 증가하면서 공극수압은 뚜렷한 증가현상을 나타냈고 방치기간에는 약간씩 감소하는 현상을 나타냈다. 특히, 성토고 18.
- 305 kgf/cm2로 급격하게 증가하였다. 성토고가 증가함에 따라 공극수압도 약간씩 증가 하였고, 최종성토고 14.5 m에서 15/3/31일(696일)까지 측정한 공극수압은 상류 0.359 kgf/cm2, 하류 0.315 kgf/cm2로 측정되었다.
- 코어 상, 하류에 필터를 설치할 경우 필터와 코어의 강성차로 인하여 아칭현상이 발생하여 응력이 전이되기 때문에 상 · ;하류측 토압은 중앙에 비하여 상당히 크게 발생할 수 있다. 성토고가 증가함에 따라 상류부의 토압은 급격하게 증가하고, 하류부의 토압은 약간씩 증가하는 현상을 나타냈다. 성토고 10.
- 최대전단응력과 최대전단변형은 정상류 조건에서 코어부분에 집중되는 경향을 나타냈고, 기존제체와 신설제체의 접속부에서는 응력이 집중되는 현상을 나타내고 있기 때문에 후면 덧쌓기 방법으로 설계시에는 고려되어야 할 것으로 판단된다. 수위급강하 조건에서는 기존 제체의 상류사면에서만 감소하였고 기존코어와 신설 코어에서는 큰 변화를 나타나지 않았다.
- 안전율 변화를 비교분석하기 위해 수위 급강하 기간을 1일, 5.3일, 12.3일로 구분하여 분석한 결과, 수위 급강하시 안전율이 감소하다가 제체내의 공극수압이 소산되면서 안전율이 증가하지만 이 경우는 짧은 시간에 수위급강하 하였기 때문에 안전율의 증가현상은 나타나지 않았다. 또한, 정상류 조건에서 비정상류 조건으로 변화할 경우에 상류사면은 안전율의 감소폭이 크게 나타났지만 하류사면에서는 작게 나타났다.
- 이와 같은 상 · 하류부의 토압차이는 결국 부등침하를 일으키게 되어 불안정한 상태가 되므로 설계시 고려해야 할 것으로 판단되고, 담수 초기의 토압은 공극수압보다 크게 나타나서 수압할렬의 가능성은 없는 것으로 나타났다.
- 전반적으로 5.5 m (13/7/14일)까지는 상 · 하류부가 동일한 증가현상을 나타냈지만 성토고가 7.5 m로 증가함에 따라 하류사면에서 급격한 증가 현상을 나타냈고, 그 이후에는 큰 변화를 나타내지 않았다.
- 전체 제체길이 (276.0 m)를 통과하는 1일당 침투수량은 21.70 m3/day로 총저수량 (205만 m3)에 대한 허용누수량 안전관리기준인 1,025 m3/day 이내이며, 제체 100 m당 누수량은 0.09 l/sec로 안전관리기준 이내로 만족하여 안전한 것으로 판단되었다.
- 전체 제체길이 (276.0 m)를 통과하는 1일당 침투수량은 57.71 m3/day로 총저수량 (205만 m3)에 대한 허용누수량 안전관리기준 (총저수량의 0.05 %)인 1,025 m3/day 이내이며, 제체 100 m당 누수량은 0.24 l/sec로 안전관리기준 (100 m당1 l/sec) 이내로 만족하여 안전한 것으로 판단되었다.
- 8 범위로 한계동수경사 보다 작아 파이핑에 대해서는 안전한 것으로 나타났다. 전체 제체길이 (415.0 m)를 통과 하는 1일당 침투수량은 102.91 m3/day로 총저수량 (931만 m3)에 대한 허용누수량 안전관리기준인 4,655 m3/day 이내이며, 제체 100 m당 누수량은 0.29 l/sec로 안전관리기준 이내로 만족하여 안전한 것으로 판단되었다.
- 8 범위로 파이핑에 대해서는 안전한 것으로 나타났다. 전체 제체길이 (415.0 m)를 통과하는 1일당 침투수량은 154.90 m3/day로 총저수량 (931만 m3)에 대한 허용누수량 안전관리기준인 4,655 m3/day 이내이며, 제체 100 m당 누수량은 0.43 l/sec로 안전관리기준 이내로 만족하여 안전한 것으로 판단되었다.
- 하류사면은 정상류 조건과 비정상류 조건에서 안전율의 감소폭은 작게 나타났고, 둑 높이기 후의 안전율도 매우 크게 증가하였다. 전체적인 안전율은 기준안전율보다 커서 안정하였고, 하류사면의 안전율이 더 크게 나타났다.
- 정상류 조건하에서 간편Bishop 방법으로 구한 상류사면에서 둑 높이기 전 · 후의 안전율은 각각 2.801, 2.282, 하류사면은 각각 1.588, 2.509로 모든 사면에서 기준안전율1.2~1.3 보다 커서 안정한 것으로 나타났다.
- 318 kgf/cm2로 더 급격하게 증가하였다. 최종 성토고 14.50 m에서 (15/3/31) 측정한 토압은 상류부는 1.686 kgf/cm2이고, 하류부는 2.535 kgf/cm2로 나타났다.
- 이와 같은 원인은 후면 덧쌓기 시공은 상류사면에 흙쌓기가 집중되므로 성토초기에는 상류부에서 더 큰 성토하중이 작용한 것으로 판단된다. 토압은 공극수압 및 저수위와 직접 관계되므로 담수 초기에 일시적으로 공극수압이 토압보다 높게 나타나면 수압할렬의 가능성이 있는 것으로 판단할 수 있으나 연구대상지역에서는 토압이 공극수압보다 높게 나타나서 수압할렬의 가능성은 없는 것으로 나타났다. 각각의 토압계 측정치와 공극수압, 설계지반정수를 고려한 안전율 SC는 E.
- 535 kgf/cm2로 나타났다. 토압을 이용하여 구한 안전율은 두 지점 모두에서 안전관리기준치 1.0보다 커서 안정한 것으로 평가되었다.
- 특히 하류사면은 둑 높이기 후의 안전율이 매우 크게 증가하였고, 모든 조건에서 상 · 하류사면 모두 기준안전율보다 커서 안정한 것으로 평가되었다.
- 특히, 성토고 18.5 m (14/3/31)부터 상 · 하류부 모두 공극수압이 급격하게 증가하였고, 하류부는 계측기의 망실 (14/5/28: 716일)로 최종 0.572 kgf/cm2로 측정되었다.
- 상류사면의 안전율은 정상상태에서 매우 크게 나타났고 수위가 급강하함에 따라 비정상류 조건에서는 매우 크게 감소한 후에는 큰 변화를 나타내지 않았고 둑 높이기 후의 안전율은 약간 증가하였다. 하류사면은 정상류 조건과 비정상류 조건에서 안전율의 감소폭은 작게 나타났고, 둑 높이기 후의 안전율도 매우 크게 증가하였다. 전체적인 안전율은 기준안전율보다 커서 안정하였고, 하류사면의 안전율이 더 크게 나타났다.
- 9 m) 조건(약12일)에서의 응력-변형 거동을 나타낸 것이다. 홍수위 조건에서 수직변위 (침하량) 는 기존제체의 상류사면에서 4~20 cm 정도로 크게 나타났고, 후면 덧쌓기 제체에서는 4~8 cm 범위로 작게 나타났으며, 하류사면에서는 변위가 발생되지 않아 안정한 상태로 평가되었다. 수위급강하 조건에서는 상류사면에서 0.
- 홍수위 조건에서 수평방향 변위는 기존제체와 후면 덧쌓기 상류사면에서 2~20 cm 정도로 나타났고, 기존 제체와 신설제체의 접속부 상부에서는 20 cm 정도로 매우 큰 변위가 발생되어 안정성을 신중하게 검토하여야 할 것으로 판단된다. 수위급강하 조건에서는 저수위 상류사면에 0.
후속연구
- 공극수압은 두 지점 모두 현장 관리기준치인 일부 저수시 최대공극수압의 80 % 이내로 나타나서 안정한 것으로 평가되었다. 그러나 향후 저수지 제체의 안정성 평가를 위해서는 만수위상태까지 공극수압의 거동 분석이 필요할 것으로 판단된다.
- 05로 나타나서 안정한 것으로 평가 되었다. 그러나 현재는 일부 저수상태로 공극수압이 작게 측정되었고 향후 만수위 상태에서 공극수압이 어떠한 거동을 나타내는가에 대한 분석이 저수지 안정성 평가를 위해 필요할 것으로 판단된다.
- 특히 농업용저수지 둑 높이기 사업에 대한 현장계측을 통해 저수지의 안정성을 평가한 연구는 거의 없는 실정이다. 농업용 저수지의 정밀진단도 중요하지만 앞으로 새롭게 둑 높이기 사업을 실시하는 저수지는 반드시 계측시스템을 구축하여 조기에 위험요소를 발견함으로서 재해를 사전에 예방하고 시설물의 안전성 확보와 효율적인 유지관리를 도모하여야 하고, 향후 정밀진단으로 인한 경제적 비용과 시간을 절약해야 할 것으로 판단된다.
- 특히, 둑 높이기 사업을 추진하면서 획득한 설계방법, 시공기술의 노하우는 앞으로 노후화된 많은 저수지를 어떻게 진단하고, 어떻게 효율적으로 보수보강하며, 어떻게 장기적으로 유지관리할 것인가? 에 대한 문제점을 해결하는데 많은 기술적인 설계지침을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 둑 높이기 사업 결과를 바탕으로 노후화된 저수지의 재해저감방안 제시하고, 향후 저수지 재난 및 위험관리 현황을 파악하여 국내 기관의 통합된 재난 및 위기관리 매뉴얼을 작성할 수 있을 것으로 판단된다.
- 앞으로 농업용 저수지 둑 높이기 사업에서 취득한 많은 설계 및 시공방법을 바탕으로 노후화된 저수지의 재해저감방안과 재난관리 매뉴얼을 작성하여야 한다. 또한 저수지 규모 확장으로 인한 하류부의 피해를 저감시키고 저수지 붕괴에 대한 비상대처계획 (EAP) 측면에서 실시간 자료를 얻을 수 있는 계측시스템을 저수지 둑 높이기 형태 (제체 덧쌓기, 후면 덧쌓기, 이설 쌓기)에 따라 수립하여 제체의 거동을 효과적으로 파악할 수 있는 안정성 평가와 합리적인 유지관리가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
- 이와 같이 농어촌공사에서 관리하는 저수지의 87 %인 2,924개소가 30년 이상 경과되었고, 50년 이상은 2,273개소로 전체의 67 %를 차지하고 있다. 또한, 지차체 관리 저수지의 57 %인 8,066개소가 60년 이상 경과되어 월류, 파이핑 및 누수로 인한 붕괴 가능성도 증가하므로 지속적인 유지보수관리 방안이 필요하다.
- 이와 같이 둑 높이기 사업은 저수지 주변의 어메니티 자원과 연계한 수변 공간 조성 등 입체적, 다목적·다기능의 저수지를 조성하여 농촌지역 관광자원으로 활용함으로서 도농교류 활성화와 지역주민의 소득창출이 등의 많은 긍정적인 효과를 나타내고 있고, 앞으로 노후화된 저수지를 리모델링할 경우 기본모델로 응용하여 현장에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 전체적으로 수위 급강하시 공극수압은 코어부에서 급격하게 감소한 후 필터를 통과하고 있지만, 기존저수지와 신설저수지의 접속부에서의 감소하지 않고 잔존하고 있어 제체가 불안정한 상태이므로 후면 덧쌓기 방법은 제체 덧쌓기 방법과는 다른 방법으로 설계되고 보강되어야 할 것으로 판단된다.
- 제당의 중심코어는 점토로 구성되어 있고, 둑 높이기를 시공하면서 기존 저수지의 하류사면 일부를 걷어낸 후 성토 시공하는 것으로 계획되어 있다 (KRC, 2011). 현재 분석에 적용된 저수지는 2012년 6월 터파기 공사가 시작되어 둑 높이기 사업으로 시공되는 저수지 중에서 많은 계측기가 매설되어 운영중인 저수지로 앞으로 시공예정인 저수지에 반영되어야 할 모범사례로 판단된다. 계측시스템은 댐마루 한곳에서 통합하였고, 무선으로도 데이터를 받도록 설치되었다.
- 0 cm 범위로 매우 작게 나타났다. 홍수위 조건에서 수평변위는 기존제체와 후면 덧쌓기 제체의 상류사면에서 2~20 cm 정도이고, 기존 제체와의 접속부에서는 20 cm 정도로 매우 큰 변위가 발생되어 안정성을 신중하게 검토하여야 할 것으로 판단된다. 최대전단응력과 최대전단변형은 정상류 조건에서 코어부분에 집중되는 경향을 나타냈고, 기존제체와 신설제체의 접속부에서는 응력이 집중되는 현상을 나타내고 있기 때문에 후면 덧쌓기 방법으로 설계시에는 고려되어야 할 것으로 판단된다.
- 홍수위 조건에서 최대전단응력은 20~120 kPa 범위로 코어에서 변화가 크고 집중되는 경향을 나타냈고, 특히 기존제체와 신설제체의 접속부에서 응력이 집중되는 현상을 나타내고 있기 때문에 제체 덧쌓기 방법과는 다른 설계방법이 고려되어야 할 것으로 판단된다. 수위급강하 조건에서는 기존 제체에서만 약간 작은 응력을 나타냈고 신설 제체에서는 홍수위 상태와 비교하여 큰 변화를 나타내지 않았다.
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