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지진 시 필댐의 침하량과 지반진동 변수 간의 상관관계 분석
Evaluation of Correlation between Earthquake Induced Settlement of Fill Dams and Ground Motion Parameters 원문보기

한국지반신소재학회논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.17 no.4, 2018년, pp.65 - 72  

백종민 (Dept. of Civil and Env. Engineering., Hanyang University) ,  박두희 (Dept. of Civil and Env. Engineering., Hanyang University) ,  윤지남 (Dept. of Civil and Env. Engineering., Hanyang University) ,  최병한 (Rural Research Institute, Korea Rural Community Co.)

초록
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지진 시 댐에 여유고 이상의 과도한 침하가 발생하는 경우 댐의 붕괴로 이어질 수 있다. 댐의 침하는 댐의 손상 예측에 중요한 지표로 사용되는 횡균열 폭과 깊이에 높은 상관성을 가진 것으로 알려져 있으므로 댐의 손상 평가에서 정확한 침하량 예측이 중요하다. 국내에서는 국외에서 수치해석을 통하여 도출된 경험적인 식이 댐의 손상 평가에 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 필댐으로 분류되는 콘크리트 표면차수벽 석괴댐(CFRD)과 코어형 석괴댐(ECRD) 대표 단면에 대한 2차원 비선형 동적 해석을 수행하여 댐마루의 침하량을 계산하였다. 입력지진파의 지진강도와 지진규모 등의 영향을 복합적으로 고려하기 위하여 20개의 계측기록을 해석에 사용하였다. 수치해석으로 계산된 결과를 바탕으로 댐마루 침하량을 예측하기 위해 지진파의 최대지반가속도, 최대지반속도, Arias Intensity, 지진규모와의 상관관계를 도출하였다. 평가 결과, 최대지반가속도에 추가적인 변수를 사용할 경우, 상관성이 크게 향상되는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Seismically induced settlement exceeding dam freeboard may lead to a dam failure. The prediction of settlement is important also because it is also reported to be strongly related to longitudinal crack width and depth, which are critical indices used for safe evaluation of dams. The empirical correl...

주제어

표/그림 (13)

AI 본문요약
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문제 정의

  • (1) 국내 대표 필댐 단면으로 해석을 수행한 결과, 국외에서 제안된 PGA - M과 댐마루 침하량의 경험적 관계와 해석결과에서 차이를 보이는 것으로 나타났다. 본 과업에서는 해석결과를 기반으로 새로운 경험식을 제안하였다.
  • 본 연구에서는 지진 발생시 필댐의 댐마루 변위를 예측하기 위해 댐의 단면에 대한 2차원 비선형 동적 수치해석을 수행하였다. 콘크리트 표면차수벽 석괴댐(concrete faced rockfill dam, CFRD)과 코어형 석괴댐(earth core rockfill dam, ECRD)의 대표단면을 선정하여 각각에 대한 동적해석을 수행하였으며, ECRD의 경우 국내 댐의 제원 분석을 통해 평균 단면을 사용하였고, CFRD의 경우 표준단면도를 사용하였다.
  • 본 연구에서는 지진시 필댐의 손상 예측에 필요한 댐마루 침하량을 산정하기 위하여 일련의 비선형 동적해석을 수행하였다. ECRD와 CFRD 대표단면을 선정하여 각각에 대한 2차원 비선형 동적해석을 수행하였다.
  • 본 절에서는 침하량비와 입력지반운동의 지반진동변수와의 상관관계를 도출하였다. 평가에 사용된 지반진동변수는 PGA, PGV, 지진 모멘트 규모, 그리고 Arias Intensity IA이다.
  • 수치해석 결과를 통해 댐체 높이에 대한 댐마루 침하량비와 최대지반가속도(PGA), 최대지반속도(PGV), 지면운동강도인 Arias Intensity(Arias, 1970), 그리고 지진 규모(M)와의 상관관계를 다중 회귀분석 하였다. 이를 통해 침하량과 지진규모 및 지반진동변수 간의 상관관계를 규명하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
FLAC 2D에서 가능한 해석은 무엇인가? FLAC 2D는 보, 케이블, 말뚝요소 그리고 셀 요소 등으로 구조물을 모형화 할 수 있으며 Modified cam-clay 모델, Bilinear strain-hardening 및 Softening 모델 등과 같은 기존의 구성 모델과 더불어 Fish function을 이용한 사용자 정의 모델의 적용 역시 가능하다. 또한 유한요소해석 프로그램과 달리 구조물계 전체에 대한 강성도 역행렬을 구성하지 않으므로, 댐과 같은대단면 모델에 대하여 효율적인 해석이 가능하다.
MC 모델의 단점은? 구성모델은 Mohr-Coulomb(MC) 모델과 Sig3 모델을 동시에 적용하였다. MC 모델은 가장 널리 사용되는 구성모형이기는 하나 미소변형률에서의 비선형성을 고려하지 못하는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이를 보완하기 위해서 FLAC 2D에 탑재되어 있는 Sig3 모델을 MC 모델과 융합하여 적용하였다.
댐의 침하와 높은 상관성을 가진것은? 지진 시 댐에 여유고 이상의 과도한 침하가 발생하는 경우 댐의 붕괴로 이어질 수 있다. 댐의 침하는 댐의 손상 예측에 중요한 지표로 사용되는 횡균열 폭과 깊이에 높은 상관성을 가진 것으로 알려져 있으므로 댐의 손상 평가에서 정확한 침하량 예측이 중요하다. 국내에서는 국외에서 수치해석을 통하여 도출된 경험적인 식이 댐의 손상 평가에 널리 사용되고 있다.
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참고문헌 (15)

  1. Arias, A. (1970), "Measure of earthquake intensity", Seismic Design for Nuclear Power Plants, edited by Hansen, R. J., Massachusetts Inst. of Tech., Cambridge, pp.438-483. 

  2. Darendeli, M. B. (2001), Development of a new family of normalized modulus reduction and material damping curves, Ph. D. dissertation, University of Texas at Austin. 

  3. Itasca Consulting Group (2011), Fast Lagrange Analysis of Continua, Version 7.0. 

  4. KIWE (2004), Study on evaluation method of seismic safety on various types of dams, KIWE-DRC-04-14, K water (in Korean). 

  5. Kwok, A. O., Stewart, J. P., Hashash, Y. M., Matasovic, N., Pyke, R., Wang, Z. and Yang, Z. (2007), "Use of exact solutions of wave propagation problems to guide implementation of nonlinear seismic ground response analysis procedures", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol.133, No.11, pp.1385-1398. 

  6. Kuhlemeyer, R. L. and Lysmer, J. (1973), "Finite element method accuracy for wave propagation problems", Journal of Soil Mechanics & Foundations Div, Vol.99, No. Tech Rpt. 

  7. MOLIT (2016), Korean building code (in Korean). 

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  10. Newmark, N. M. (1965), "Effects of earthquakes on dams and embankments", Geotechnique, Vol.15, No.2, pp.139-160. 

  11. IBM Corp. (2016), IBM SPSS Statistics for Windows, Version 24.0., New York. 

  12. Park, D., Kim, T. G., Ahn, J. K. and Park, I. J. (2013), "Amplification characteristics of mountain slope", Journal of KOSHAM, Vol.13, No.2, pp.117-123. 

  13. Sawada, Y. and Takahashi, T. (1975), "Study on the material properties and the earthquake behaviors of rockfill dams", Proc. of 4th Japan Earthquake Engineering Symposium, Tokyo, pp.695-702 (in Japanese). 

  14. Swaisgood, J. R. (2003), "Embankment dam deformations caused by earthquakes", Proc. of 2003 Pacific Conference on Earthquake Engineering, Christchurch NZ. 

  15. Timothy D. A., Robert B. D., Jonathan P. S., Emel, S., Walter J. S., Brian S. C., Katie E. W., Robert W. G., Albert R. K., David M. B., Tadahiro, K. and Jennifer L. D. (2014), "NGA-West2 Database", Earthquake Spectra: August 2014, Vol.30, No.3, pp.989-1005. 

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