[논문]지반굴착에 따른 지반 안정성 평가 시 지하시설물이 지하수흐름에 미치는 영향 분석

차장환; 이재영; 김병찬

doi:10.21729/ksds.2018.11.2.17

지반굴착에 따른 지반 안정성 평가 시 지하시설물이 지하수흐름에 미치는 영향 분석
Effect of Underground Building for the Groundwater flow in the Ground Excavation 원문보기

한국방재안전학회논문집 = Journal of Korean Society of Disaster and Security, v.11 no.2, 2018년, pp.17 - 28

차장환 ((주)신우엔지니어링 융합기술연구소) , 이재영 ((주)신우엔지니어링 융합기술연구소) , 김병찬 ((주)베이시스소프트 건설IT연구소)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 지반굴착 시 굴착구간 주변의 지하시설물이 지하수 흐름특성에 미치는 영향을 파악하기 위해 지하시설물의 규모와 이격거리, 지하수 동수구배 등을 고려하여 시나리오 기반으로 굴착 단계별 지하시설물의 영향을 지하수 수위 변화와 지하수 유출량 측면에서 비교 분석하였다. 그 결과 지하시설물의 규모가 증가할수록 수두차와 수두구배가 크게 발생하며 이격거리가 짧을수록 큰 수두차와 수두구배를 보인다. 모델영역의 지하수 수두구배에 따른 영향은 비교적 작은 것으로 나타났다. 또한 시나리오에 대한 지하수 유출량 분석 결과 지하시설물의 규모가 증가하거나 이격거리가 짧을수록 지하수 유출량이 감소하는 경향을 보인다. 이는 지반굴착에 따른 지하수 유동특성 분석에 있어 주변에 존재하는 지하시설물에 대한 영향 검토가 필요한 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to investigate the effect of underground facilities around excavation zone on groundwater flow characteristics during excavation. The scenarios were constructed considering the size of the underground facility, the separation distance, and the hydraulic gradient. As a result, as the size of the underground facility increases, the difference of head and the hydraulic gradient become large. The shorter the separation distance of underground facility is, the more the difference of head and the hydraulic gradient occur. The effect of hydraulic gradient on model area was relatively small. As a result of analysis of groundwater flow rate for the scenario, groundwater flow rate tends to decrease as the size of underground facility increases or groundwater flow rate tends to decrease as the separation distance decreases. It is necessary to examine the effect of underground facilities on the groundwater flow analysis in the ground excavation.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Model grid domain and geology, boundary conditions; (a) 3D model domain and (b) vertical cross-section of model domain.
그림 Fig. 2. Excavation simulations according to the scenario of underground facilities (or barrier) locations; (a) separation distances and (b) barrier sizes.
표 Table 1. Aquifer parameters
표 Table 2. The ground excavation schedules
표 Table 3. The scenario list according to separation distance and barrier (or facilities) size, hydraulic gradient
그림 Fig. 3. A distribution of groundwater level for a general 1; (a), (d) 1st step (30day) and (b), (e) 2nd step (60day), (c), (d) 3rd step (90day).
그림 Fig. 4. A distribution of groundwater level for a Case 1-2; (a), (d) 1st step (30day) and (b), (e) 2nd step (60day), (c), (d) 3rd step (90day).
그림 Fig. 5. A comparison of groundwater distribution according to a scenario for a 3rd steps; (a) separation distance effect (General 1 and Case 1-2, Case 1-4) and (b) barrier size effect (General 1 and Case 1-2, Case 4-2).
그림 Fig. 6. The results of simulation according to a scenario for a barrier sizes; (a), (d) difference of head and (b), (e) hydraulic gradient, (c), (d) hydraulic gradient ratio.
그림 Fig. 7. The results of simulation according to a scenario for a separation distances; (a), (d) difference of head and (b), (e)hydraulic gradient, (c), (d) hydraulic gradient ratio.
그림 Fig. 8. The result of simulation according to a scenario for a hydraulic gradient (dh/L) of model; (a), (d) difference of head and(b), (e) hydraulic gradient, (c), (f) hydraulic gradient ratio.
그림 Fig. 9. The result of groundwater discharge rate and ratio according to a separation distance; (a), (b), (c) discharge rate of daily and (e), (f), (g) ratio of discharge rate.
그림 Fig. 10. The result of groundwater discharge rate and ratio according to a barrier size; (a), (b), (c) discharge rate of daily and(e), (f), (g) ratio of discharge rate.
그림 Fig. 11. The result of groundwater discharge rate and ratio according to a scenario; (a), (b), (c) discharge rate of daily and (e),(f), (g) ratio of discharge rate.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

지반굴착에 따른 지반 안정성 평가 시 고려사항인 지하수유동 특성은 굴착구간 주변의 존재하는 지하시설물의 규모(size), 이격거리(separation distance), 수두구배(hydraulic gradient),흐름방향(flow direction)에 의한 영향을 받는다. 본 연구에서는 굴착구간 주변에 존재하는 지하시설물의 규모와 이격거리, 수두구배에 의한 영향을 파악하기 위해 시나리오를 구성하였으며 각 시나리오에 대한 지하수 수위변화 및 지하수 유출량을 분석하였다. 시나리오는 주변에 지하시설물이존재하지 않는 경우와 지하시설물이 굴착구간으로부터 각각 25, 50, 75, 100 m 이격되어 있을 때, 규모는 폭이 10 m인 지하시설물의 길이(너비)가 각각 25, 50, 75, 100, 150 m인경우를 고려하여 구성하였다(Fig.
본 연구에서는 수치해석 프로그램을 활용하여 지반굴착 시 굴착구간 주변의 지하시설물이 지하수 유동 특성에 미치는 영향을 파악하기 위해 지하시설물의 규모와 이격거리, 모델영역의 지하수 동수구배 등을 고려하여 시나리오를 구성하였다. 또한 이 시나리오를 기반으로 굴착 단계별 지하시설물의 영향을 지하수 수위변화와 지하수 유출량 측면에서 비교분석하였다.

가설 설정

기존 지하시설물의 경우벽체경계(Wall B·C)로 설정하였으며 암반층까지 설치된 것을 가정하였으며 벽체의 투수계수는 1.0 × 10-6 cm/sec을 적용하였다.

제안 방법

격자망은 437행 437열 5층으로 구성하였으며 굴착구간은 1 m × 1 m의세격자로설정하였으며점차격자간격을증가시켜외곽의경우 5 m × 5 m로 격자(grid)를 구성하였다.
본 연구에서는 수치해석 프로그램을 활용하여 지반굴착 시 굴착구간 주변의 지하시설물이 지하수 유동 특성에 미치는 영향을 파악하기 위해 지하시설물의 규모와 이격거리, 모델영역의 지하수 동수구배 등을 고려하여 시나리오를 구성하였다. 또한 이 시나리오를 기반으로 굴착 단계별 지하시설물의 영향을 지하수 수위변화와 지하수 유출량 측면에서 비교분석하였다.
0 × 10^-6 cm/sec을 적용하였다. 또한, 굴착구간은 굴착단계에 따라 배수경계를 설정하였으며 전도계수는 충적대수층의 수리전도도를 적용하였고 굴착심도를 고려하여 고정수두로 설정하였다(Fig. 1b).
모델에 대한 경계조건은일정수두경계(constant head B·C)과 벽체경계(Wall B·C),배수경계(drain B·C)로 설정하였다.
본 연구에서는 지반굴착 시 굴착구간주변의 지하시설물이지하수 유동 특성에 미치는 영향 분석에 있어 지하시설물의 규모와 이격거리, 지하수 동수구배에 따른 시나리오를 구성하였으며 이를 통해 굴착 단계별 지하시설물의 영향을 지하수수위변화와 지하수 유출량 측면에서 비교분석하였다.
본 연구에서는 굴착구간 주변에 존재하는 지하시설물의 규모와 이격거리, 수두구배에 의한 영향을 파악하기 위해 시나리오를 구성하였으며 각 시나리오에 대한 지하수 수위변화 및 지하수 유출량을 분석하였다. 시나리오는 주변에 지하시설물이존재하지 않는 경우와 지하시설물이 굴착구간으로부터 각각 25, 50, 75, 100 m 이격되어 있을 때, 규모는 폭이 10 m인 지하시설물의 길이(너비)가 각각 25, 50, 75, 100, 150 m인경우를 고려하여 구성하였다(Fig. 2). Table 3은 지하시설물의 이격거리와 규모에 따른 시나리오 목록을 나타낸 것으로 수두구배가 0.
모델에 대한 경계조건은일정수두경계(constant head B·C)과 벽체경계(Wall B·C),배수경계(drain B·C)로 설정하였다. 일정수두경계는 전체모델영역에 대한 지하수 흐름을 고려하여 모델의 북쪽과 남쪽에 각각 49, 39 m의 지하수위를 적용하여 북쪽에서 남쪽으로 지하수 흐름을 주었으며 모사영역의 동쪽과 서쪽은 무흐름(no-flow) 경계로 설정하였다. 기존 지하시설물의 경우벽체경계(Wall B·C)로 설정하였으며 암반층까지 설치된 것을 가정하였으며 벽체의 투수계수는 1.
지반굴착 시 굴착구간 주변에 존재하는 지하시설물이 지하수 유동 특성에 미치는 영향을 파악하기 위해 지하시설물의 규모 및 이격거리, 수두구배 등 시나리오를 기반으로 영향을 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서 모델영역은 1,000 m×1,000 m×50 m이며 지층은 미고결층(unconsolidated deposit; 충적층)과 암반층으로 구분하여 두께 10 m인 5개의 층으로 설정하였다(Fig. 1a).
)를 나타낸 것이다. 분석에 활용된 지하수 수위는 지하시설물의 북쪽과 남쪽 각각 1.5 m 이격거리에 위치한 관측정에서 계산된 값을 이용하였다. Fig.

데이터처리

본 연구는 지반굴착에 따른 지반 안정성 검토 시 고려사항인 지하수 흐름 분석에 있어 굴착구간 주변의 지하시설물에 의한 영향을 파악하기 위해 지하수 해석용 상용프로그램인 Visual MODFLOW ver. 4.6 (Waterloo hydrogeologic사)을 이용하였다. MODFLOW는 다공질 포화매질을 대상으로 하는 유한차분법의 3차원 지하수유동 모델로 모델영역을 쉽게 설정할 수 있으며 모델영역 내에서 수리적 특성과 모델경계를 쉽게 지정할수 있다.

이론/모형

Table 1은 모델에 사용된 입력변수를 나타낸 것으로 수리전도도는 우리나라의 국가지하수 관측망(National Ground water Monitoring Wells)을 대상으로 분석한 충적대수층(1.46 × 10-3cm/sec)과 암반대수층(8.80 × 10-5 cm/sec)의 결과값을 적용하였으며 비산출률, 비저류계수, 유효공극률은 문헌값을 활용하였다(전선금 외, 2005; Domenico, 1972; Morris and Johnson, 1967).

성능/효과

또한 지하수 동수구배에 따른 유출량 비는 각각 97.7∼98.8％, 98.4％, 98.0％로 나타났다.
지하시설물의 이격거리가 동일한 경우(50 m) 규모가 클수록 지하수 영향 반경은 작게 나타난다. 또한 지하수 흐름은 지하시설물을 우회하여 발생하며 지하시설물 사이의 수두차는 크게 나타났다. 이는 굴착공사가 진행됨에 따라 지하시설물의 모서리 부분에서 지하수위 차에 의해 지하수 유속이 급격히 증가하며 이로 인한 세굴현상이 발생할 가능성이 충분한 것으로 판단된다.
51 m의 수두차를 보인다. 또한 지하시설물의 규모가 증가할수록 수두차가 크게 발생하는 것으로 나타났으며 이격거리가 짧을수록 지하시설물 사이의 수두차가 크게 발생하는 것으로 나타났다. Fig.
또한, 3단계 굴착에서 지하시설물 규모(Lsize)와 지하수 유출량 비(Qratio)와의 관계는 이격거리가 50 m일 때 Qratio = 3.50 × ln(Lsize) + 111.1로 시설물의 규모가 증가함에 따라 유출량 비가 감소하는 지수함수의 경향(R2=0.95)을 보였으며 이격거리가 100 m인 경우 Qratio = −0.01 ×Lsize+ 100.2로 음의 상관성(R2= 0.99)을 갖는다.
0 m 기준)로 나타났다. 또한, 지하수위 강하 형태는 말발굽 형태를 보이며 지하시설물의좌우에서 영향반경이 약 105.5 m로 나타났다. Fig.
0 m 기준)로 나타났다. 또한, 지하수위강하 형태는 말발굽 형태를 보이며 지하시설물의 좌우에서영향반경이 약 69.7 m로 크게 나타났다. Fig.
, ％)로 나타낸 것 이다. 모사결과 지하시설물의 규모가 클수록, 지하시설물과 이격거리가 짧을수록 지하수 유출량은 감소하며 지하수 유출량 비도 감소하는 경향을 보인다. 또한, 지하시설물의 이격거리 보다 규모에 대한 영향이 더 크게 나타나는 것으로 모사되었다.
시나리오에 대한 굴착단계별 지하시설물의 이격거리 및 규모와 모델의 지하수 수두구배에 따른 지하수 일 유출량과 지하수 유출량 비에 대한 분석 결과 지하시설물의 규모가 50 m인 경우 굴착단계별 이격거리에 따른 지하수 유출량은 각각 157.9∼164.9, 498.6∼520.8, 607.5∼635.5 m3/day이며 유출량 비는 각각 95.6∼99.8％, 95.5∼99.7％, 95.2∼99.6％로 이격거리가 25 m에서 약 4%의 유출량 차이를 보였으며 75 m 이상에서는 약 1% 미만의 유출량차이를 보였다.
1％의 값을 갖는다. 이상에서와 같이 지하시설물과 이격거리가 짧을수록 지하수 유출량은 감소하며 지하시설물의 규모가 클수록 감소하는 경향을 보인다.
특히, 3단계굴착에서 지하시설물 규모(Lsize)와 지하시설물 사이 수두차(Δh)와의 관계는 이격거리가 50 m인 경우 Δh = 1.51×ln(Lsize)−2.61로 높은 상관성(R2= 0.99을 보이며 이격거리 100 m인경우 Δh = 0.82×ln(Lsize)−1.69로 상관성(R2)은 0.99로 높게 나타났다.

후속연구

본 연구는 시나리오를 가정으로 분석한 결과로 실제 현장과 다소 차이가 있을 수 있으며 이에 따라 굴착공사 현장에서 지반굴착에 따른 지하수 유동 특성(지하수위, 지하수유출량)을 분석할 경우 주변에 존재하는 지하시설물에 대한 영향 검토가 필요할 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서 구성한 모델은 굴착구간 주변 지하시설물의 영향 검토의 필요성을 분석한 것으로 현장 적용 시 지층의 상태와 지층의 수리상수, 모델영역 내 경계조건, 굴착 심도 및 기간 등 다양한 요소를 고려해야 할 것으로 판단된다. 또한, 굴착공사에 따른 지하수 유동특성 해석에 있어 하천과 같은 일정 수두경계의 영향에 대한 검토가 필요하다.
이상에서와 같이 굴착공사 현장에서 지반굴착에 따른 지하수 유동 특성(지하수위, 지하수 유출량)을 분석할 경우 주변에 존재하는 지하시설물에 대한 영향 검토가 필요한 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서 구성한 모델은 굴착구간주변 지하시설물의 영향 검토의 필요성을 검토한 것으로 현장 적용 시 지층의 상태와 지층의 수리상수, 모델영역 내경계조건, 굴착 심도 및 기간 등 다양한 요소를 고려해야 할 것으로 판단된다.
99로 높게 나타났다. 또한, 이격거리가 짧을수록 지하시설물의 규모에 의한 영향이 더 크게 나타나고 있으며 이에 따라 굴착에 따른 지하수 수위 변화 평가 시 주변 지하시설물의 규모와 이격거리에 따라 영향을 필수적으로 검토해야 할 것으로 판단된다.
본 연구는 시나리오를 가정으로 분석한 결과로 실제 현장과 다소 차이가 있을 수 있으며 이에 따라 굴착공사 현장에서 지반굴착에 따른 지하수 유동 특성(지하수위, 지하수유출량)을 분석할 경우 주변에 존재하는 지하시설물에 대한 영향 검토가 필요할 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서 구성한 모델은 굴착구간 주변 지하시설물의 영향 검토의 필요성을 분석한 것으로 현장 적용 시 지층의 상태와 지층의 수리상수, 모델영역 내 경계조건, 굴착 심도 및 기간 등 다양한 요소를 고려해야 할 것으로 판단된다.
이상에서와 같이 굴착공사 현장에서 지반굴착에 따른 지하수 유동 특성(지하수위, 지하수 유출량)을 분석할 경우 주변에 존재하는 지하시설물에 대한 영향 검토가 필요한 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서 구성한 모델은 굴착구간주변 지하시설물의 영향 검토의 필요성을 검토한 것으로 현장 적용 시 지층의 상태와 지층의 수리상수, 모델영역 내경계조건, 굴착 심도 및 기간 등 다양한 요소를 고려해야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지반굴착에 따른 지반 안정성 검토에 있어 중요한 인자로 작용하는 것은?	지반굴착에 따른 지반 안정성 검토에 있어 지하수위 변화 및 지하수 유출량은 중요한 인자로 작용한다. 이는 굴착구간과 주변의 지하수 흐름에 대한 분석이 필요하며 이를 위해 정확한 지하수 흐름 특성(수위변화, 유동방향 등)을 파악해야 한다.
	지반굴착에 따른 지반 안정성 평가 시 고려사항인 지하수유동 특성은 어떤 영향을 받나요?	지반굴착에 따른 지반 안정성 평가 시 고려사항인 지하수유동 특성은 굴착구간 주변의 존재하는 지하시설물의 규모(size), 이격거리(separation distance), 수두구배(hydraulic gradient),흐름방향(flow direction)에 의한 영향을 받는다. 본 연구에서는 굴착구간 주변에 존재하는 지하시설물의 규모와 이격거리, 수두구배에 의한 영향을 파악하기 위해 시나리오를 구성하였으며 각 시나리오에 대한 지하수 수위변화 및 지하수 유출량을 분석하였다.
	지반굴착 시 굴착구간 주변의 지하시설물이 지하수 흐름특성에 미치는 영향을 파악하기위해 분석한 본 연구의 결과는?	본 연구에서는 지반굴착 시 굴착구간 주변의 지하시설물이 지하수 흐름특성에 미치는 영향을 파악하기 위해 지하시설물의 규모와 이격거리, 지하수 동수구배 등을 고려하여 시나리오 기반으로 굴착 단계별 지하시설물의 영향을 지하수 수위 변화와 지하수 유출량 측면에서 비교 분석하였다. 그 결과 지하시설물의 규모가 증가할수록 수두차와 수두구배가 크게 발생하며 이격거리가 짧을수록 큰 수두차와 수두구배를 보인다. 모델영역의 지하수 수두구배에 따른 영향은 비교적 작은 것으로 나타났다. 또한 시나리오에 대한 지하수 유출량 분석 결과 지하시설물의 규모가 증가하거나 이격거리가 짧을수록 지하수 유출량이 감소하는 경향을 보인다. 이는 지반굴착에 따른 지하수 유동특성 분석에 있어 주변에 존재하는 지하시설물에 대한 영향 검토가 필요한 것으로 판단된다.

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증