1994년 처음으로 국내 지반공학자들에게 소개된 수압파쇄 시험법은, 측정장비 및 해석방법에 있어서 많은 발전을 이루어 왔다. 파이프라인 타입이었던 제1세대 수압파쇄 시험장비는 다루기가 쉽지 않았고 파이프 연결부위에서의 압력 누설 문제가 대두되면서, 제2세대라 불리는 와이어라인 타입으로 보완된 바 있으나, 기존의 시스템에 비해 많은 장점을 가짐에도 불구하고 공기압축기를 별도로 설치해야 하는 문제점을 여전히 안고 있어, 2004년 이후 이를 모두 포함하는 현재의 제3세대 all-in-one 시스템으로 보완된 바 있다. 장비의 발전과 함께, 응력해석을 위한 소프트웨어의 발전도 꾸준히 진행되어온 바, 불확실한 결정값으로 인해 가장 다루기 어려운 균열폐쇄압력에 대하여 여러 가지 기법을 적용함으로써 가장 합리적인 값을 도출해내는 방법의 개발이 그 한 예가 될 것이다. 이러한 지난 10여년 간의 기술발전과 함께 국내 대부분의 지역에서 수행된 수압파쇄시험을 통하여 대한민국의 거의 전 지역에 대한 측정결과들을 축적할 수 있었으며, 현재 이 결과값은 터널굴착을 위한 기초설계단계에서 널리 활용되고 있다. 향후 해저터널의 건설과 관련하여 해상에서의 수압파쇄 초기응력측정법 또한 꾸준히 개발되고 있으나, 지금까지 축적된 내륙에서의 초기응력 측정값이 해저터널의 안전한 설계를 위해 직간접적으로 사용되어지길 기대하며, 현재까지 수압파쇄시험을 통해 얻어진 한반도의 초기응력의 평균 크기와 방향을 지질학적 특성결과와 관련 지어 제시하고자 한다.
1994년 처음으로 국내 지반공학자들에게 소개된 수압파쇄 시험법은, 측정장비 및 해석방법에 있어서 많은 발전을 이루어 왔다. 파이프라인 타입이었던 제1세대 수압파쇄 시험장비는 다루기가 쉽지 않았고 파이프 연결부위에서의 압력 누설 문제가 대두되면서, 제2세대라 불리는 와이어라인 타입으로 보완된 바 있으나, 기존의 시스템에 비해 많은 장점을 가짐에도 불구하고 공기압축기를 별도로 설치해야 하는 문제점을 여전히 안고 있어, 2004년 이후 이를 모두 포함하는 현재의 제3세대 all-in-one 시스템으로 보완된 바 있다. 장비의 발전과 함께, 응력해석을 위한 소프트웨어의 발전도 꾸준히 진행되어온 바, 불확실한 결정값으로 인해 가장 다루기 어려운 균열폐쇄압력에 대하여 여러 가지 기법을 적용함으로써 가장 합리적인 값을 도출해내는 방법의 개발이 그 한 예가 될 것이다. 이러한 지난 10여년 간의 기술발전과 함께 국내 대부분의 지역에서 수행된 수압파쇄시험을 통하여 대한민국의 거의 전 지역에 대한 측정결과들을 축적할 수 있었으며, 현재 이 결과값은 터널굴착을 위한 기초설계단계에서 널리 활용되고 있다. 향후 해저터널의 건설과 관련하여 해상에서의 수압파쇄 초기응력측정법 또한 꾸준히 개발되고 있으나, 지금까지 축적된 내륙에서의 초기응력 측정값이 해저터널의 안전한 설계를 위해 직간접적으로 사용되어지길 기대하며, 현재까지 수압파쇄시험을 통해 얻어진 한반도의 초기응력의 평균 크기와 방향을 지질학적 특성결과와 관련 지어 제시하고자 한다.
Since the hydraulic fracturing field testing method was introduced first to Korean geotechnical engineers in 1994, there have been lots of progresses in a hardware system as well as an interpretation tool. The hydrofracturing system of first generation was the pipe-line type, so it was not easy to h...
Since the hydraulic fracturing field testing method was introduced first to Korean geotechnical engineers in 1994, there have been lots of progresses in a hardware system as well as an interpretation tool. The hydrofracturing system of first generation was the pipe-line type, so it was not easy to handle. It had been modified to a wire-line system at their second generation. It was more compact one but it also needed an additional air-compressor. Our current system is much more compact and operated by all-in-one system, so it doesn't need an additional air-compressor. With a progress in a hardware system, the software for analyzing the in-situ stress regime has also been progressed. For example, the shut-in pressure, which is the most ambiguous parameter to be obtained from hydrofracturing pressure curves, can now be acquired automatically from the various methods. While the hardware and software for hydrofracturing tests are being developed during the last decade, the author could accumulate the field test results which can cover the almost whole area of South Korea. Currently these field data are used widely in a feasibility study or a preliminary design step for tunnel construction in Korea. Regarding the difficulties in a site selection and a test performance for the in-situ stress measurement at an off-shore area, the in-situ stress regime obtained from the field experiences in the land area can be used indirectly for the design of a sub-sea tunnel. From the hydrofracturing stress measurements, the trend of magnitude and direction of in-situ stress field was shown identically with the geological information in Korea.
Since the hydraulic fracturing field testing method was introduced first to Korean geotechnical engineers in 1994, there have been lots of progresses in a hardware system as well as an interpretation tool. The hydrofracturing system of first generation was the pipe-line type, so it was not easy to handle. It had been modified to a wire-line system at their second generation. It was more compact one but it also needed an additional air-compressor. Our current system is much more compact and operated by all-in-one system, so it doesn't need an additional air-compressor. With a progress in a hardware system, the software for analyzing the in-situ stress regime has also been progressed. For example, the shut-in pressure, which is the most ambiguous parameter to be obtained from hydrofracturing pressure curves, can now be acquired automatically from the various methods. While the hardware and software for hydrofracturing tests are being developed during the last decade, the author could accumulate the field test results which can cover the almost whole area of South Korea. Currently these field data are used widely in a feasibility study or a preliminary design step for tunnel construction in Korea. Regarding the difficulties in a site selection and a test performance for the in-situ stress measurement at an off-shore area, the in-situ stress regime obtained from the field experiences in the land area can be used indirectly for the design of a sub-sea tunnel. From the hydrofracturing stress measurements, the trend of magnitude and direction of in-situ stress field was shown identically with the geological information in Korea.
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문제 정의
본 고에서는 저자들에 의해 수행되었던 과거 10여년 간의 수압파쇄 초기응력 측정결과를 대한민국 전체 영역에 대해 요약하고, 지질학적 및 지진학적으로 선행되었던 연구결과들과의 비교를 통해 그 측정결과의 신뢰성을 제고하고자 한다.
수압파쇄시험에 의한 현지암반 초기응력측정법이 국내에 소개된 이후, 장비 및 해석기법에 있어서 많은 발전이 있어 왔으며, 이를 통해 국내 각 지역에 대한 초기응력 측정값을 축적해 왔으며 그 분포 양상을 본 고에서 정리하였다. 지역에 따라 암종의 차이 및 국부적인 지형적 영향 등에 의하여, 연직방향의 응력성분에 대한 수평방향의 응력성분의 비로 나타낼 수 있는 K값의 분포 양상도 일률적이진 않았지만, 측정된 결과값으로부터 심도에 따른 K값의 분포 양상을 구해보면 일정한 범위에 속하고 있음을 알 수 있었으며, 여기서 제안된 ‘심도에 따른 K값의 분포 범위’는 외국의 연구사례에서 제시된 결과값과 크게 다르지 않음을 알 수 있었다.
성능/효과
따라서 한반도를 포함하고 있는 아무리안판 주변의 지각의 움직임과 함께, 한반도를 크게 세 부분으로 나누는 두 개의 대규모 전단영역대의 분포 양상을 살펴보면, 한반도의 지각 운동은 전체적으로 NE 또는 NEE 방향으로 우세하다는 것을 예상할 수 있을 것이다.
또한 판구조론에 의한 한반도의 지각 거동 양상해석 및 최근 60여년 간 한반도 주변에서 발생하였던 괄목할 만한 지진에 대한 해석의 결과를 수압파쇄시험으로부터 구해진 최대수평주응력의 방향과 비교해 볼 때, 매우 유사한 양상을 띄고 있음을 발견할 수 있었으며, 결국 이는 국내 암반 내에 존재하는 현지암반 초기응력의 작용 방향이 한반도 지각의 거동 역사와 매우 밀접한 관계가 있음을 보여주는 것이라 하겠다.
지역에 따라 암종의 차이 및 국부적인 지형적 영향 등에 의하여, 연직방향의 응력성분에 대한 수평방향의 응력성분의 비로 나타낼 수 있는 K값의 분포 양상도 일률적이진 않았지만, 측정된 결과값으로부터 심도에 따른 K값의 분포 양상을 구해보면 일정한 범위에 속하고 있음을 알 수 있었으며, 여기서 제안된 ‘심도에 따른 K값의 분포 범위’는 외국의 연구사례에서 제시된 결과값과 크게 다르지 않음을 알 수 있었다.
후속연구
, 2006), 본 고에서 제시하는 국내 암반의 초기응력 분포양상에 대한 대표적인 특징을 함께 고려하는 연구가 수행된다면 상호 보완적인 연구결과를 도출할 수 있을 것이라 사료된다. 단, 육상에서 측정된 초기응력 분포 양상을 해저 지반으로 확대 해석하기 위해서는 지질학적 검토가 심도있게 선행되어야 할 것이다.
인구 대비 협소한 유용 면적을 가진 우리나라에서는, 여러 가지 건설공사가 활발히 이루어지고 있으며, 연안 지역 간의 연결 및 동북아시아 허브의 중심국으로 발돋움하기 위해 해저터널에 대한 연구도 심도 있게 진행되고 있다. 특히 해저 또는 하저 터널의 안전한 설계를 위해 해당지역에서의 초기응력 측정에 관한 연구가 진행 중에 있으며, 현장시험의 한계성을 극복할 수 있는 보완된 초기응력 측정법이 연구되고 있으나(Shin et al., 2006), 본 고에서 제시하는 국내 암반의 초기응력 분포양상에 대한 대표적인 특징을 함께 고려하는 연구가 수행된다면 상호 보완적인 연구결과를 도출할 수 있을 것이라 사료된다. 단, 육상에서 측정된 초기응력 분포 양상을 해저 지반으로 확대 해석하기 위해서는 지질학적 검토가 심도있게 선행되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
한반도가 가진 지질학적으로 매우 복잡한 특성은 무엇인가?
그러나 지질학적으로 매우 복잡한 특성을 지닌 한반도에서의 교량, 터널, 암반사면 등 지반구조물의 구축작업은 결코 간단치 않다. 즉, 한반도 지각은 선캠브리아기부터 제4기까지 다양하게 분포하고 있으며, 선캠브리아 변성암대와 중생대 화성암이 전체 노두의 50% 이상을 차지하고 있다.
수압파쇄 시험법은 무엇의 발전에 영향을 미쳤는가?
1994년 처음으로 국내 지반공학자들에게 소개된 수압파쇄 시험법은, 측정장비 및 해석방법에 있어서 많은 발전을 이루어 왔다. 파이프라인 타입이었던 제1세대 수압파쇄 시험장비는 다루기가 쉽지 않았고 파이프 연결부위에서의 압력 누설 문제가 대두되면서, 제2세대라 불리는 와이어라인 타입으로 보완된 바 있으나, 기존의 시스템에 비해 많은 장점을 가짐에도 불구하고 공기압축기를 별도로 설치해야 하는 문제점을 여전히 안고 있어, 2004년 이후 이를 모두 포함하는 현재의 제3세대 all-in-one 시스템으로 보완된 바 있다.
수압파쇄 시험법은 언제 국내에 소개되었는가?
1994년 처음으로 국내 지반공학자들에게 소개된 수압파쇄 시험법은, 측정장비 및 해석방법에 있어서 많은 발전을 이루어 왔다. 파이프라인 타입이었던 제1세대 수압파쇄 시험장비는 다루기가 쉽지 않았고 파이프 연결부위에서의 압력 누설 문제가 대두되면서, 제2세대라 불리는 와이어라인 타입으로 보완된 바 있으나, 기존의 시스템에 비해 많은 장점을 가짐에도 불구하고 공기압축기를 별도로 설치해야 하는 문제점을 여전히 안고 있어, 2004년 이후 이를 모두 포함하는 현재의 제3세대 all-in-one 시스템으로 보완된 바 있다.
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