The Journal of Engineering Geology ISSN:1226-5268(Print) 2287-7169(Online) 지질공학

국내 사면 및 터널에서 주로 적용되고 있는 다단 압력을 이용한 그라우팅 방법들은 천공 후 지중에서 지표 방향으로 스텝주입을 하는 상향식 다단압력 그라우팅 방법이며 다수의 연구결과와 축척된 시공실적을 토대로 현재 여러 현장에서 적용되고 있다. 국내에서 하향식 다단압력 그라우팅 방법의 연구결과는 미미한 실정이다. 본 논문에서는 토조시험과 현장시험을 통해 기존 상향식 다단압력 그라우팅 방법과 지표부에서부터 주입을 실시하는 하향식 다단압력 그라우팅 방법의 주입효과를 비교․분석하였다. 토조 시험 결과 하향식 다단압력 그라우팅 방법의 경우 상향식 다단압력 그라우팅 방법에 비해 구근체의 부피는 약 24% 증가하는 것으로 나타났다. 현장시험 결과 하향식 다단 압력 그라우팅 방법이 상향식 다단 압력 그라우팅 방법에 비해 주입 범위가 넓고 면적당 주입 밀집도가 높은 것으로 확인되었다.

본 연구는 CPR 공법을 적용한 압축재하시험을 통하여 지반의 항복하중과 허용지지력을 평가하여 기초지반 보강효과를 확인하기 위한 것이다. 주입재의 평균압축강도는 계획된 강도보다 높게 나타났다. 또한 각 지층에서 표준관입시험 결과는 시험 전보다 시험 후의 평균 N값이 향상되었다. 즉, 이것은 지반의 지지력을 증대시키는 효과를 가져왔음을 의미한다. 두 종류의 CPR 말뚝 압축재하시험 결과에 의하면, 최대 재하하중에 의한 전침하량과 순침하량은 CPR 말뚝직경 허용범위를 초과하는 침하량을 나타냈다. 침하량 기준과 하중-침하량 곡선에 의해 산정한 항복하중 및 허용지지력은 적용되는 방법에 따라 값의 편차가 크게 나타났다. 따라서 허용지지력은 다양한 항복하중 산정법을 적용한 후 종합적인 분석을 통하여 최적의 값을 결정할 필요성이 있다고 사료된다.

전기비저항탐사는 지질 분포나 단층 파쇄대의 유무 등의 지질 구조, 지층의 풍화 및 변질 정도, 지하수 등을 파악하기 위하여 광범위하게 활용되는 탐사기법이다. 본 연구에서는 지하 전기비저항의 분포특성을 분석하기 위하여 총 6개 측선을 중심으로 울릉도 나리분지와 알봉분지 주변 지하 칼데라 퇴적층과 지질구조를 파악하기 위하여 기존의 쌍극자배열법(A 방법과 C 방법)의 탐사결과와 함께 변형된 쌍극자배열법(D 방법)을 적용하여 연구를 수행하였다. 본 연구결과, 변형된 쌍극자배열법을 적용하여 최적의 지하 비저항 분포단면 분석을 통해 퇴적층과 연약대가 분포하는 구간인 500 ohm-m 이하의 저비저항대와 화산암체인 조면안산암질 암류가 분포하는 5,000 ohm-m 이상의 고비저항대의 경계를 명확하게 파악할 수 있었다. 알봉분지의 퇴적층은 평균 50~100m 내외, 나리분지의 퇴적층은 평균 약 100~200m 내외의 두께로 분포하는 것으로 추정되며, 칼데라 단층으로 추정되는 이상대는 지표부근에서 탐사심도 하부까지 500 ohm-m 이하의 저비저항대가 수직으로 연장성을 가지면서 암반 내 연약대와 구분되는 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 지하수의 이동에 영향을 주는 암반의 균열에 대해서 고온하에서의 다단계 압력실험을 통해 균열면의 거칠기 변화에 대한 분석을 실시하였다. 연구에 사용된 시료는 지표에서 지하 500 m 구간에서 획득한 조립질 화성암과 세립질 화성암 시료 중 심도 약 40 m와 270 m의 시료를 실험에 사용하였다. 압력은 최대 120 MPa 까지 가압을 하였으며, 단계적으로 10 MPa씩 증가하면서 실험을 수행하였다. 각 단계에서의 표면 변화를 관측하기 위해서 고분해능 3차원 다초점 레이저 스캔 현미경(Confocal Laser Scanning Microscope, CLSM)을 사용하였으며, 이를 통해서 미세한 표면의 거칠기를 확인할 수 있었다. 거칠기의 변화에 대해서는 거칠기 인자값을 기준으로 변화된 양을 계산하였다. 본 실험에 사용된 시료는 20 × 40 × 5 mm 크기를 가지고 있으며, 가압장치는 나사방식으로 압력을 가할 수 있도록 제작한 챔버를 활용하여 실험을 수행하였다. 실험결과 단계적으로 압력이 가해지는 조건에서 압력에 따른 균열면의 거칠기는 입자의 크기에 따라 다른 변화를 보이는 것으로 확인되었으며, 이러한 자료는 추후 암석의 균열면을 따라 이동할 수 있는 지하수의 흐름에 대한 예측을 위한 기초자료로 활용 될 수 있을 것으로 기대한다.

본 연구에서는 설악산국립공원 천불동 계곡에 위치한 암반사면의 낙석 위험블록을 대상으로 지상 LiDAR를 이용하여 변위 모니터링을 수행하였다. 모니터링 지점은 기존에 낙석이 발생되었거나 낙석발생이 예상되는 귀면암 인근 및 오련폭포 인근 암반사면을 선정하였다. 대상 지점의 암반사면 위험블록에 대한 모니터링은 지상 LiDAR를 이용하여 약 7개월 동안 5차례 촬영을 진행하였다. 지상 LiDAR 촬영 결과를 토대로 변위량을 분석한 결과 폐색영역의 보간을 통해 발생한 오차와 식생 활력도의 차이에 의한 오차가 분석결과에 크게 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 이와 같은 외부영향을 최소화하기 위해서는 실제 촬영지점을 대상으로 변위량을 탐지하여야 한다. 대상구간 암반사면 위험블록에서 지상 LiDAR 촬영 및 변위량을 분석한 결과 변위량이 매우 작게 발생하였으며, 대부분 오차범위 아래의 변위량을 보이므로 실제 변위가 발생하였다고 판단하기 어렵다. 한편, 지상 LiDAR를 이용하여 암반사면 위험블록 모니터링을 수행하기 위해서는 식생이 없는 구간을 선정하는 것이 중요하며, 식생이 존재하는 구간의 PountCloud 제거 및 Mesh Model 분석은 데이터 신뢰성 확보에 가장 중요한 항목임을 알 수 있다.

지구 온난화에 따른 기후 변화, 강수량, 강우 강도, 빈도 그리고 강우 유형의 변화는 지하수 함양과 지하수위 변동에 큰 영향을 미친다. 전 세계적인 총 저수량 변화를 파악하는데, GRACE의 월 중력값 이용되어지고 있다. 그러나 지하수위의 공간적인 분포를 표현하기가 쉽지 않으므로, GRACE자료와 지하수위 자료를 정량적으로 연관시키기는 쉽지 않다. 본 연구에서는 세 가지 국지적인 보간법(크리깅, 역 거리 가중값 및 자연 인접)을 이용하여 2002년부터 2016년 까지 국내 지하수 함양 변화량의 공간적인 분포를 추정하였다. 그리고 추정된 월평균 지하수 함양 변화량과 GRACE의 월별 지하수 저장량 변화값을 비교하였다. GRACE자료와 실측 지하수자료의 함양량 변동값은 미약하지만 시간이 경과할수록 감소추세를 보이고 있으며, 연구기간 동안에 지하수 함양 변화량의 평균값은 -0.01 cm/month, 중앙값은 -0.02 cm/month로 산정되었다.

본 연구는 안성천에 설치된 방사형집수정에서 약 4,000 m3/d의 취수시 주변지역에서의 지하수위 강하량을 측정하였으며, mirror well 개념을 적용하여 계산된 지하수위 강하량과 비교 분석하였다. 지하수위 강하량의 계산은 방사형집수정을 균질 등방성 매질내의 대형 수직정으로 고려하여 실시하였다. 양수시 각 관측정에서 측정된 지하수위 강하량은 계산된 값과 약간의 오차가 발생하는데, 이는 수리전도도 및 대수층 두께 등의 이방성 때문으로 보인다. 또한, OW-7 지점은 실측 및 계산 지하수위 강하량의 차이가 약 48 cm로 크게 나타났는데, 이는 이 방향으로의 수평집수관이 설치되지 않았기 때문이다. 연구지역내에서 출현 가능한 수리전도도와 대수층 두께를 고려한 지하수위 변화의 민감도를 분석한 결과, 대수층의 두께보다는 수리전도도가 지하수위 변화에 민감하게 작용하는 것으로 나타났다. 대용량 취수 시설인 방사형 집수정의 개발시에는 배후지 수위 강하에 대한 우려가 존재하게 되므로 주변지역에 대한 대수층 특성을 정밀하게 파악하여 지하수위 변화를 예측, 평가할 필요가 있다.

최근 굴착현장 인근의 지반함몰 발생사례가 증가함에 따라 사전에 지반함몰 가능성을 예측할 수 있는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 기존 연구에 의해 개발된 굴착 전 지반함몰 위험등급 평가 시트인 GSRp를 실제 굴착 현장에 적용하여 현장 적용성을 검증하였다. 각각 다른 지반조건을 가진 5개 굴착현장에 대하여 지반함몰 위험등급을 평가한 결과, GSRp 점수는 40~79점으로 산출되어 대부분 II등급(우수지반)~III등급(양호지반)으로 분류되었다. 평가방법의 신뢰성 검증을 위하여 계측결과에 의해 실측된 수평변위량과 비교 분석하였다. 본 연구현장의 수평변위량은 허용치의 25~47%로 나타나 지반함몰 위험이 낮게 평가된 GSRp 결과와 일치하였다. 향후 지반함몰 위험성이 높은 불량한 지반을 대상으로 하는 현장 적용에 대한 연구가 진행되어 검증과 보완이 이루어진다면 GSRp 평가방법이 굴착 전 지반함몰 위험도를 예측하는 평가 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

얕은 대수층에서 매우 복잡한 함양과정을 거치는 지하수의 함양은 지표와 지하매질의 투수성에 의해 상당한 영향을 받는다. 투수성은 고유투수계수(intrinsic permeability)와 수리전도도(hydraulic conductivity)의 두 가지 개념으로 설명되며 이중 지표매질의 특성만으로 수리전도도를 구하려는 많은 연구가 이루어졌다. 본 연구에서는 경주지역 지하수기초조사에서 수행된 미고결퇴적물의 입도분포곡선과 강우-지하수위 교차상관분석을 토대로 회귀식을 사용하여 강우-지하수위 교차상관분석을 통한 수리전도도 산정식을 제안하고 실제현장에서 수행한 대수성 시험결과와 비교하여 그 적용성을 검토하였다. 그 결과 사질토 기반 충적층대수층에서 Zunker의 경험식에서 산정된 수리전도도와 강우-지하수위 최대 교차상관계수의 상관식이 자연로그형태로 증가하면서 결정계수 0.95 이상으로 매우 큰 상관성을 나타내었고 이 회귀식을 다른 관측공에 적용한 결과 실제 현장에서 수행한 대수성시험결과와 평균제곱근오차가 2.83%로 나타나 강우-지하수위 모니터링 자료만으로 매우 신뢰할 만한 수리전도도를 추정할 수 있었다.

매립지 비탈면의 전단파괴 해석은 일반적으로 역해석 통한 파괴원호활동면을 추정하고 안전율을 산정한다. 그러나 현장 상황과 해석을 통해 산정된 원호파괴면 사이에는 서로 상이한 경우가 존재한다. 그래서 연구에서는 매립장에서 발생된 파괴면을 정확히 판정할 수 있는 근거가 될 수 있는 지반내 전단활동파괴면의 위치를 파악하기 위하여 연구를 실시하였다. 이를 위해 콘관입시험, 시추조사, 연 X-선 영상 분석, 밀도검층, 초음파주사검층 등의 현장 및 실내실험을 실시하였다. 조사 결과 콘관입시험 결과로 부터 관입저항치, 간극수압, 비배수전단강도가 주변 구간에 비해 현저히 감소하는 특정 구간을 확인할 수 있었고 지반내의 전단파괴면으로 예측된다. 추가 확인을 위해 실시된 연 X-선 영상 판독 결과 예상 활동 지반층에서 층리가 교란된(경사진) 것으로 나타났다. 밀도검층과 초음파주사검층 결과에서도 유사하게 파괴면 위치에서 다른 위치와는 다른 경향을 보이는 구간을 확인하였다. 본 연구에서 사용된 방법으로 지반내 파괴면 추정이 가능함을 알 수 있었다.

샘물개발허가의 유효기간은 5년이며, 연장허가를 위하여 만료 6개월 전까지 샘물환경영향조사 보고서를 첨부하여 기간 연장을 신청하여야 한다. 제출된 보고서의 심사과정에서 가장 큰 관심은 샘물 취수에 따른 지하수위 강하, 원수 수질분석 및 감시정의 모니터링 결과에 집중된다. 중생대 백악기 지역과 선캠브리아기 변성암 지역에 각각 위치하는 먹는샘물 제조업체의 취수정에 대하여 수중모터펌프의 양수능력과 양수시간을 조절하는 방법으로 수위강하량과의 상관성을 조사하였다. 양수능력을 감소시키는 방법이 매시간 동일하게 양수시간과 회복시간을 조정하는 방법보다 수위강하량을 줄이는데 효과적이었다. 또한 변성암 지역에 설치한 감시정에 대하여 pH센서의 계측자료를 분석한 결과, 설치 후 경과시간에 따라 계속 증가하여 일정한 값에 수렴하는 것으로 조사되어 관리가 어려운 pH항목을 감시정에서 제외하거나 사용자 친화적인 계측방법으로 보완이 필요할 것으로 판단된다.

국내 40개 구조물 설계 시 수행된 1,646개의 실내 및 현장시험 결과를 활용하여 국내 암종에 따른 동탄성계수의 분포특성을 파악하기 위하여 암종별 P파 속도, 정탄성계수, 동탄성계수 간의 상관식을 도출하고 기존 연구사례와 비교하여 검증하였다. P파 속도와 정탄성계수의 관계를 살펴보면 편마암에서는 선형, 화강암과 사암에서는 지수 함수의 관계를 보인다. 결정계수(R2)는 0.491~0.642로 높지 않지만, 결정계수를 0.836~0.990로 제시하고 있는 기존의 연구사례와 유사한 분포범위를 보인다. 정탄성계수와 동탄성계수의 상관식은 모든 암종에서 선형적인 관계를 보이며, 결정계수는 0.543~0.676이다. P파 속도와 동탄성계수의 상관식은 지수함수의 관계를 보이며, 결정계수는 0.875~0.940으로 높게 나타난다.