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지반입도조건에 따른 지반함몰 가능성 평가 및 수치해석적 검증
Evaluation of Land Subsidence Risk Depending on Grain Size and Verification using Numerical Analysis 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.27 no.2, 2017년, pp.133 - 141  

이종현 (한국건설기술연구원 복합재난대응연구단) ,  진현식 ((주)HNG컨설턴트 지반사업부) ,  백용 (한국건설기술연구원 복합재난대응연구단) ,  윤형석 (인하공업전문대학 토목환경과)

초록
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본 연구에서는 지반함몰의 실질적 원인인 토립자 유실에 의한 함몰 가능성을 판단하기 위해 댐설계 시 활용되고 있는 코어재와 필터재의 입도 차이에 의한 필터조건을 굴착공사 주변의 지반조건에 대한 평가 조건으로 응용하였다. 이를 위해 여러 제안자들이 실험 등을 통해 제안한 필터 기준을 확인하였으며, 이 중 미공병단에서 제안한 필터조건을 이용하여 지반입도 조건에 따른 지반함몰 가능성을 판단해 보았다. 이를 통해 사용자가 지반조사 정보로부터 획득한 지반입도조건을 이용하여 빠르게 지반함몰 가능성을 판단할 수 있는 평가도표를 작성하였으며, 다양한 굴착 주변의 지층 변화에 따른 지반함몰 가능성을 쉽게 평가해 볼 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 입자유동 과정을 모사하기 위해 PFC3D 프로그램을 활용하였으며, 이것은 단순 지하수위 저하에 의한 지반침하 경향을 판단하는 것이 아니라 실질적인 토립자 유실에 의한 지반함몰 예측 및 평가가 지반입도조건을 통해 이루어질 수 있고 이를 수치해석 적으로 검증할 수 있음을 나타낸다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, filter conditions by difference in grading between core material and filter material used for dam construction was applied as evaluation condition for surrounding ground conditions near excavation site in a bid to identify the risk of land subsidence resulting from the erosion of soil...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 즉, 지반 입도특성을 이용하면 지반내 토립자 이동가능성 평가기준을 도심지내 지반함몰가능성 평가방법으로 활용할 수 있으며 그 적용성을 연구하고자 한다. 그리고, 입도 크기를 고려할 수 있는 수치해석기법인 개별요소법(PFC3D)을 통해 입도기준에 의한 지반함몰 평가방법을 검증하고자 한다.
  • , 1992; Kawaguchi, 2003; Shimizu, 2004). 본 연구에서는 기존 개별요소방법에 수리연동 기법을 적용하여 현장 수압조건 및 지층별 입도조건을 고려하여 지층의 입자유동 가능성을 평가하였다.
  • 본 연구에서는 댐설계 시 필터재 설계기준을 응용하여 지반입도특성을 고려한 지반함몰 가능성을 평가해 보았으며, 이를 실제 현장의 지반입도조건을 적용한 평가 및 수치해석적 검토를 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 본 연구에서는 미공병단 필터 기준(1948)을 이해하고 이를 반영한 지반함몰 발생가능성을 판단해 보았다. Table 2는 토사 유실을 방지하기 위한 미공병단 제안식(1948)의 필터 조건이다.
  • 상부 모래질 실트층이 입도 차이 및 침투압에 의해 하부자갈질 모래층으로 이동하게 되는데, 본 연구에서는 이를 수치해석적으로 검증하는 작업을 시도하였다. 입자가 작은 상부 지층의 모래질 실트층의 미세입자들의 이동을 해석하기 위하여 Fig.
  • 지반의 입자특성에 따른 토립자 이동 가능성 평가는 국내 댐설계기준(KWRA, 2011) 콘크리트 표면차수벽형 석괴댐에서 “차수벽 지지존의 입도보다 필터존의 입도가 충분히 작아야 차수벽 지지존의 입자가 필터재로 이동을 억제할 수 있다” 라고 제시되어 있다. 즉, 지반 입도특성을 이용하면 지반내 토립자 이동가능성 평가기준을 도심지내 지반함몰가능성 평가방법으로 활용할 수 있으며 그 적용성을 연구하고자 한다. 그리고, 입도 크기를 고려할 수 있는 수치해석기법인 개별요소법(PFC3D)을 통해 입도기준에 의한 지반함몰 평가방법을 검증하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
구조물 시공중 또는 시공후 도심지내 지반의 물리적 특성파악이 중요한 이유는? 구조물 시공중 또는 시공후에 언제든 발생할 수 있는 도심지내 지반함몰을 억제하기 위해서는 흙막이 공사, 상하수도 공사 설계시 시추조사를 통한 정확한 지층 지질구조를 파악하고, 각 지층별 물리적 특성(입도특성 등), 역학특성(투수특성 등) 파악이 매우 중요하다. 물리적 특성파악이 중요한 이유는 지층별 입도특성에 따라 토립자의 이동 가능성을 예측할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 지중 내 2개의 층이 존재한다고 가정하고, 첫 번째 층은 입도가 매우 작은 모래질 실트층이 존재하고, 그 아래층에는 입도가 큰 자갈질 모래층이 존재한다면 상부 모래질 실트층의 입자는 하부 자갈질 모래층내로 이동할 가능성이 매우 크다.
지하수 유출에 따른 토립자 유출이 장기적으로 발생할 경우 어떤 상황이 발생할 수 있는가? 이러한 발생원인은 지중의 물의 흐름과 관련되며, 오래된 상하수도관의 누출, 굴착공사장의 지하수 유출 등 지하수위 저하 등에 따른 토립자의 유출로 유추할 수 있다. 초기 토립자 유출로 지반내 작은 공동이 발생하고 이는 지반함몰로 이어지지는 않겠지만, 이러한 지하수 유출에 따른 토립자 유출이 장기적으로 발생할 경우에는 갑작스런 지반함몰로 이어져 인명 및 재산상의 피해로 발생할 수 있을 것이다.
도로함몰과 관련된 발생원인은? 2014년 서울 도심에서 발생된 지반함몰 이후 다수의 도심지 지반함몰(주로 도로 및 주택가 등에서 발생)이 발생되면서 이에 대한 사회적 관심이 높아지고 있다. 특히, 서울시의 도로함몰 발생자료를 통해 최근 도심지에서의 지반함몰은 상하수관 손상 약 85%, 인접 굴착공사 등의 원인 약 15% 등에 의해 발생되는 것으로 밝혀졌다(The hankyoreh, 2014). 이러한 발생원인은 지중의 물의 흐름과 관련되며, 오래된 상하수도관의 누출, 굴착공사장의 지하수 유출 등 지하수위 저하 등에 따른 토립자의 유출로 유추할 수 있다.
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참고문헌 (22)

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  3. Cundall, P. A. and Strack, O. D. L., 1979, A discrete numerical model for granular assemblies, Geotechnique, 29(1), 47-65. 

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  19. The hankyoreh, 2014, It was 14% more than the excavation design, Retrieved from http://www.hani.co.kr/arti/society/area/653280.html. 

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  21. U.S. Corps of Engineers., 1948, Laboratory Investigation of Filters for Enid and Grenada Dam, U. S. Army Waterways Experiment Station, Vicksburg, Miss., Technical Memorandum 3-245. 

  22. Zweck, H. and Davidenkoff, R., 1957, Etude experimentale des filtres de granulometrie uniforme, Proceedings, Fourth International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, London, 2(1), 410-413. 

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