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지표면 유출 특성을 고려한 지하수위 변화가 지하차도 구조물 안정성에 미치는 영향
Effects of the ground water level on the stability of an underpass structure considering the degree of surface imperviousness 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.18 no.1, 2016년, pp.95 - 107  

조선아 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과) ,  홍은수 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과) ,  조계춘 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과) ,  진규남 (한국토지주택공사 토지주택연구원 도시환경연구실) ,  이정민 (한국토지주택공사 토지주택연구원 도시환경연구실) ,  한신인 (서영엔지니어링 기술연구소)

초록
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도시지역에 시공되는 지하차도 구조물은 지리적 특성상 지하수위의 영향을 받기 쉽다. 그러나 지하차도 구조물 설계 시에는 일괄적인 지하수위를 적용하여 설계를 수행하는 경우가 많으며 이는 과소 또는 과다 설계를 초래할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 보다 신뢰도 높은 지하수위 예측을 통해 지하차도 구조물의 합리적인 부력설계 방향을 제시하고자한다. 특히, 최근 친환경적인 개발 개념인 LID 기법을 도입한 투수 포장 적용에 따른 물순환 특성 변화가 지하차도 구조물에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 검토하였다. 이를 위해 개발 전, 개발 후, 투수포장 적용에 의한 지표면 불투수 특성 변화가 침투량 및 지하수위 변화에 미치는 영향 분석과 지하차도 안정성을 검토하는 일련의 수치해석을 수행하였다. 해석결과 지표면의 변화가 지하수위 변화를 유발하고 지하 구조물 안정성에 영향을 줄 수 있음을 확인하였다. 따라서 지하차도 및 지하구조물의 최적 설계를 위해서는 지표면 유출 특성을 고려한 적절한 지하수위 예측 및 적용이 필요할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Ground water is one of important parameters in the designs of underpass structures because urban areas are characterized by soil ground which is relatively permeable than rock ground and a high level of ground water due to low elevation. Therefore, it is important properly to predict variations of t...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 지하차도를 포함한 지하구조물의 최적 설계를 지향하는 연구의 일환으로 지표면의 불투수 특성이 지하수위에 미치는 영향과 이에 따른 지하차도 구조물의 부력설계 방향을 제시하고자 수행하였다. 특히, 최근 친환경적인 개발 개념인 LID 기법 도입으로 물순환 특성이 바뀌고 있으며 이러한 변화가 지하차도 구조물에 어떠한 영향을 미치는지에 대해서도 검토하였다.
  • 이러한 점을 고려하고자 본 연구에서는 지표면의 유출특성(불투수율, 경사, 침투 특성) 및 LID 적용유무가 빗물침투에 미치는 영향을 파악하고 지하수위에 어떤 영향을 미치는지에 대해 수치 해석적으로 분석 하였다. LID 기법으로 침투 및 저류기능을 가지는 투수포장을 고려하였으며 투수포장이 침투율 변화및 지하수 흐름에 미치는 영향을 분석하였다.
  • 본 연구는 지하차도를 포함한 지하구조물의 최적 설계를 지향하는 연구의 일환으로 지표면의 불투수 특성이 지하수위에 미치는 영향과 이에 따른 지하차도 구조물의 부력설계 방향을 제시하고자 수행하였다. 특히, 최근 친환경적인 개발 개념인 LID 기법 도입으로 물순환 특성이 바뀌고 있으며 이러한 변화가 지하차도 구조물에 어떠한 영향을 미치는지에 대해서도 검토하였다. 본 연구를 통해 최종적으로 도출된 결론은 다음과 같다.

가설 설정

  • 6(b)와 같고 경계부분의 영향을 줄이기 위해 가로, 세로 모두 지하차도 폭과 높이의 3배 크기로 모델링하였다. 좌우 경계는 x방향 변위를 구속하고 모델바닥에서 y방향 변위를 구속하여 반무한영역으로 가정하고 해석을 수행하였다. 이때, 지하차도와 지반사이에 interface 요소를 도입하여 실제 지반과 구조물사이의 특성을 반영하고자 하였으며 interface 요소의 물성은 Lee (2000)의 연구를 참고하여 결정하였다.
  • 2 m의 분포를 보이며 그 이하는 기반암이 위치한 것으로 조사되 었다. 지하수 유동 모델의 영역은 가로 1,800 m, 세로 1,800 m로 지하수 분수령이 유역의 경계와 같다고 가정하였다. 모델 격자 한 개의 크기는 5 m × 5 m~10 m × 10 m이며 주요 관측위치인 지하차도 주변은 조밀하게 격자를 구성하였다.
  • 이때, 지하차도와 지반사이에 interface 요소를 도입하여 실제 지반과 구조물사이의 특성을 반영하고자 하였으며 interface 요소의 물성은 Lee (2000)의 연구를 참고하여 결정하였다. 해석모델에서 지반은 모어쿨롱 모델 (Mohr-Coulomb model)을 적용하였으며 지하차도 구조물은 탄성모델(elastic model)로 가정하였다. Table 4는 수리-역학 해석 모델에 적용된 입력자료이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지하수위 저하로 인한 문제점은 무엇입니까? , 2002). 지하수위 저하는 사회 및 환경적으로 지반침하, 도시홍수, 지하수 고갈 등 다양한 문제를 야기하고 있다.
2000년대 들어 불투수면 증가로 발생하는 문제를 해결하고자 어떠한 조치를 행했습니까? 불투수면 증가로 발생하는 문제를 해결하고자 국내외에서는 이미 다양한 인식 변화 및 조치가 이루어지고 있다. 그 중에서도 2000년대에 들어 자연 물 순환 체계에 영향을 최소화하고 자연적인 수문특성(침투, 저류, 여과 등)을 이용하여 도시화 이전의 물순환 상태로 보존・유지하고자 하는 저영향개발(low impact development, LID)개념이 도입되었다(EPA, 2000). LID 기법을 활용한 기술은 다양하게 개발되고 있으며 가장 일반적인 기술로 옥상녹화, 빗물통, 생태저류지, 투수포장 등이 있다.
가장 일반적인 LID 기법을 활용한 기술은 무엇입니까? 그 중에서도 2000년대에 들어 자연 물 순환 체계에 영향을 최소화하고 자연적인 수문특성(침투, 저류, 여과 등)을 이용하여 도시화 이전의 물순환 상태로 보존・유지하고자 하는 저영향개발(low impact development, LID)개념이 도입되었다(EPA, 2000). LID 기법을 활용한 기술은 다양하게 개발되고 있으며 가장 일반적인 기술로 옥상녹화, 빗물통, 생태저류지, 투수포장 등이 있다. 지금까지 LID 기법에 관한 연구는 저류, 침투, 여과 등을 고려한 수리수문학적 지식을 바탕으로 기술적용에 따른 유출특성 및 효과를 분석하거나 오염원의 처리 또는 저감 효과에 대한 내용이 주를 이루고 있다(Yi et al.
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참고문헌 (16)

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  13. Sophocleous, M. S., Perkins, S.P. (2000), "Methodology and application of combined watershed and ground-water models in Kansas", Journal of Hydrology, Vol. 236, pp. 185-201. 

  14. Tholin, A.L., Keifer, C.J. (1960), "Hydrology of urban runoff", Transactions, American Society of Civil Engineers, Vol. 123, pp. 1308-1379. 

  15. United States Department of Agriculture (1968), Urban hydrology for small watershed, Technical Release 55 (TR-55) (Second ed.). Natural Resources Conservation Service, Conservation Engineering Division. 

  16. Yi, J.Y., Yeo, W.G., Shim, J.H., Kang, T.H. (2001), "Analysis of stormwater runoff reduction effects by using porous pavement", Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 21, No. 6A, pp. 645-654. 

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