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홍수 시 콘크리트 중력식댐의 위험도 분석을 위한 파괴확률 산정

Failure Probability Assessment for Risk Analysis of Concrete Gravity Dam under Flood

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.31 no.6, 2016년, pp.58 - 66  

조수진 (서울시립대학교 토목공학과) ,  신성우 (부경대학교 안전공학과) ,  심성한 (울산과학기술원 도시환경공학부) ,  임정열 (한국수자원공사 연구원)

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This study aims to estimate the failure probability of concrete gravity dams for their risk analysis under flood situation. To the end, failure modes of concrete gravity dams and their limit state functions are proposed based on numerous review of domestic and international literatures on the dam fa...

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  • 150 m 홍수시까지 상류의 수위를 1 m씩 변화시켜가며 파괴확률을 평가하였다. 계산의 편의를 위하여 하류에는 물이 없다고 가정하였다. A댐의 월류부(Block 10)과 비월류부(Block 5)의 단면은 해석을 위하여 Fig.
  • 유한요소 모델은 콘크리트 댐 부분과 하부의 지반으로 이루어지며 2차원 평면 응력을 받는 요소로 모델링하였다. 모델링에 사용한 A댐의 재료 물성치는 Table 4와 같이 콘크리트와 지반으로 나누어 정의하였으며, 모두 선형탄성으로 가정하였다. 지반을 댐에 비해 충분히 크게 만들고 콘크리트 댐체와 지반은 타이(Tie)로 결합함으로써, MATLAB 프로그램을 이용하여 계산한 전도와 활동은 나타나지 않도록 한 뒤 외력에 대한 콘크리트 댐체의 응력만을 파괴확률 평가에 활용하였다.
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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
우리나라의 현행 댐 안전 관리 체계 구성은? 우리나라의 현행 댐 안전 관리 체계는 주기적/정기적 안전 점검 및 진단의 실시, 안전 점검 및 진단 결과를 이용한 댐 제체 및 부속 시설물의 안전성 평가, 안전성 평가 결과에 따른 후속 대응 조치 실시와 같은 일련의 절차로 구성되어 있다1). 한편, 선진국의 댐 안전 관리 체계는 2000년대 이전에는 우리나라와 유사한 댐 안전 관리 체계를 유지하고 있었으나, 2003년 ANCOLD(Australian National Committee on Large Dams)에서 위험도 평가를 바탕으로 한 댐 안전 관리 Guideline을 제정된 이후로 위험도 기반 댐 안전 관리 체계로의 전환이 빠르게 이루어지고 있다2-3).
우리나라에서 콘크리트 중력식댐에 대한 연구가 많이 이루어지지않은 이유는? 우리나라의 댐은 지형적인 요인 때문에 필댐, 콘크리트 중력식댐 형식으로 대부분 건설되었으나, 대댐 기준(높이 15.0 m 이상, 또는 높이 10~15 m로서 길이가 2,000 m 이상, 또는 저수용량이 300만 ㎥이상)에 해당되는 콘크리트 중력식댐의 수는 전체 대댐 대비 약 2% 정도로 매우 낮은 비율을 차지하고 있다5). 이로 인해 위험도 기반 댐 안전 관리 체계 구축에 대한 기존연구는 주로 필댐에 대한 연구에 치중되어 있으며, 상대적으로 콘크리트 중력식댐에 대한 연구는 많이 이루어지지 않은 실정이다.
기존의 댐 안전 관리 체계와 위험도 기반 댐 안전 관리 체계의 차이점은? 한편, 선진국의 댐 안전 관리 체계는 2000년대 이전에는 우리나라와 유사한 댐 안전 관리 체계를 유지하고 있었으나, 2003년 ANCOLD(Australian National Committee on Large Dams)에서 위험도 평가를 바탕으로 한 댐 안전 관리 Guideline을 제정된 이후로 위험도 기반 댐 안전 관리 체계로의 전환이 빠르게 이루어지고 있다2-3). 기존의 댐 안전 관리 체계와 위험도 기반 댐 안전 관리 체계의 가장 큰 차이점은 확률론적(probabilistic) 위험도를 안전 관리에 도입함으로써, 불확실한 미래의 상황에 대해 선제적 대응이 가능하다는 점이다2-4). 최근 전세계적으로 기후변화에 따른 국지적/단기적 집중 호우 및 홍수와 같은 사건(event)들이 급증하고 있으며, 그에 따라 미래의 수리수문학적 현상에 대한 불확실성이 점점 증대되고 있다1,4).
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참고문헌 (22)

  1. I. S. Ha, J. W. Lee, S. E. Cho and B. H. Oh, "Development of Dam Earthquake Monioring System and Application of Earthquake Records for Dam Safety Management against Earthquake", Proceedings of Korean Geotechnical Society, 2008. 

  2. ANCOLD Guidelines on Dam Safety Management, Australian National Committee on Large Dams, 2003. 

  3. Interim Dam Safety Public Protection Guidelines - A Risk Framework to Support Dam Safety Decision-Making, Bureau of Reclamation, USA, 2012. 

  4. ANCOLD Guidelines on Risk Assessment, Australian National Committee on Large Dams, 2003. 

  5. National Technical Strategy Plan for Performance Improvement and Safety Management of Water Structures, K water, 2009. 

  6. A.H.S. Ang and C.A. Cornell, "Reliability-based Structural Safety Design", Journal of the Structure Division - ASCE, Vol.100, No. ST9, pp. 1755-1769, 1974. 

  7. A. M. Hasofer and N. Lind "An Exact and Invariant First-order Reliability Format", Journal of Engineering Mechanics, Vol.100, pp. 111-121, 1974. 

  8. R. Rackwitz and B. Fiessler, "Structural Reliability under Combined Random Load Sequences", Computers and Structures, Vol. 9, pp. 489-494, 1978. 

  9. R. E. Melchers, Structural Reliability Analysis and Prediction, Wiley, 1999. 

  10. J. Y. Lim and B. S. Jang, "Risk Factor Analysis of Concrete Dam for Decision Making", Proceedings of Korea Concrete Institute, pp. 554-557, 2006. 

  11. ICOLD Bulletin 99: Dam Failures - Statistical Analysis, International Commission on Large Dams, Paris, France, 1995 

  12. Federal Guidelines for Dam Safety, Federal Emergency Management Agency (FEMA), USA, 2007. 

  13. Design of Dam, Korea Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2011. 

  14. Design of Gravity Dams, Bureau of Reclamation, USA, 1989. 

  15. Safety Control for Dams - Technical Memorandom, No. 2115, Public Works Research Institute, Japan, 1984. 

  16. Dam Safety Guidelines, Canadian Dam Safety Association (CDA), Canada, 1995. 

  17. Swedish Hydropower Companies Guidelines for Dam Safety. Application Guideline (RIDAS TA), Sweden Hydropower Companies Association, 2006 (in Swedish) 

  18. A. Kiureghian, T. Haukaas and K. Fujimura, "Structural Reliability Software at the University of California, Berkely", Structural Safety, Vol. 28, pp. 44-67, 2006. 

  19. L. Altarejos-Garcia, I. Escuder-Bueno, A. Serrano-Lombillo, M.G. Membrillera-Ortuno, "Methodology for Estimating the Probability of Failure by Sliding in Concrete Gravity Dams in the Context of Risk Analyis", Structural Safety, Vol. 36-37, pp. 1-13, 2012. 

  20. C. Bernstone, M. Westberg, and J. Jeppsson, "Structural Assessment of a Concrete Dam Based on Uplift Pressure Monitoring", Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 135, pp. 133-142, 2009. 

  21. L. Peyras, P. Royet, L. Deroo, R. Albert, J. Becue, S. Aigouy, E. Bourdarot, D. Loudiere, and J. Kovarik, "French Recommendations for Limit-State Analytical Review of Gravity Dam Stability", European Journal of Environmental and Civil Engineering, Vol. 12, pp. 1137-1164, 2008. 

  22. ACI 214R-02, Evaluation of Strength Test Results of Concrete, American Concrete Institute, USA, 2002. 

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