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

본 연구에서는 국내 지반굴착에 의한 지반거동 수치해석 평가 시 주로 사용되고 있는 Mohr-Coulomb 모델의 한계점을 분석하고, 실제 지반굴착 거동에 잘 부합되는 Hyperbolic 모델과 수치해석 결과를 비교하였다. 최근 국내에서 Mohr-Coulomb 모델 사용 시 지반굴착면이 실제보다 과다하게 융기되는 현상을 제어하기 위해서 특별한 경계조건을 임의대로 부과해서 해결하는 경향이 있다. 이러한 결과는 굴착면의 융기량의 크기만 제어할 뿐 지반거동이 실제와 왜곡되어 나타나는 문제점을 내포하고 있다. 본 연구에서 Hyperbolic 모델(Hardening Soil model)을 사용한 결과와 Mohr-Coulomb 모델을 사용한 결과를 비교하여, Hyperbolic 모델이 굴착 지반 융기량 및 실제 지반의 응력-변형거동에 더 잘 부합됨을 확인하였다. 지반굴착에 관한 수치해석 분석 시 Hyperbolic 모델을 사용하는 것이 실제 지반거동에 부합되는 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

광학영상화검층은 광원과 CMOS 영상 센서를 이용하여 시추공벽을 이미지로 구현하는 물리검층 기술로 지하의 불연속면에 대한 여러 가지 원위치 정보를 고분해능으로 제공한다. 최근 시추공영상화검층은 지반침하 모니터링, 암반 무결성 평가, 응력으로 인한 단열 변화 탐지, 극지에서의 빙하 연대측정 등 그 활용범위가 매우 다양해졌다. 현재 국 내외로 많이 이용되고 있는 시추공영상화검층 시스템은 장비 사양에 따라 한계점을 가지고 있어 적용 범위에 대한 검증과 여러 가지 시추공 환경에 대한 적절한 품질관리가 필요하다. 그러나 광학영상화검층의 자료로 도출되는 이미지는 원위치 정보로 정확도, 구현도, 신뢰성에 대한 검증에 직접적인 비교 확인이 어렵다. 본 논문에서는 신뢰성 있는 고품질 자료 취득 방법과 자료 처리 방법을 확인하기 위해 시추공 환경과 유사한 모듈화 된 균열모형시추공을 설계 ‧ 제작하여 현재까지 보고되지 않은 실험에 대한 결과를 얻고자 하였다. 검출기 자기계 방향 확인의 정확성을 검증하고, 노출시간에 따른 색상의 구현도 및 균열의 분해능 관계, 정확한 간극 측정을 위한 자료 처리 방법 등을 제시하였다. 다양한 시추공 환경을 모사한 균열모형시추공 실험을 통해 고분해능의 신뢰성 높은 광학영상화검층의 자료 취득 및 해석이 가능할 것으로 기대된다.

2014년 충남 태안 신진도리의 해안지역에서 일어난 작은 산사태 지역의 지하구조를 파악하기 위하여 전기비저항 및 하향식 탄성파탐사와 시추 ‧ 물리검층을 실시하였다. 시추 ‧ 검층자료에서 산사태 발생지역의 상부에 위치한 시추공 BH-2의 5~7 m 깊이에서 N값이 현저히 낮아지는 것을 확인하여 하향식 탄성파 탐사를 추가 실시하고 이 깊이에서 지질 연약대가 연장되는 것으로 가정하여 하부의 시추공 BH-1 지점까지 전기비저항 탐사를 실시하였다. 8 m 내외의 두께를 갖는 150 Ω ‧ m 이하의 저비저항 이상대는 시추 ‧ 검층자료에서 해석된 세립 실트질 점토로 이루어진 풍화토층과 잘 상관되었다. 시추공 BH-2에 걸쳐있는 지질 연약대는 시추공 BH-1에 비해 상대적으로 작은 밀도 1.6~1.8 g/cm3와 150 Ω ‧ m 이하의 비교적 낮은 전기비저항로 나타나며 포아송 비는 깊이에 따라 그 편차가 크게 나타난다. 이 지역의 산사태는 초과 강수와 이로 인한 상승 지하수면의 영향으로 물을 함유한 실트질 점토를 많이 포함하고 있는 풍화토가 전단력이 감소되어 미끄럼 활동으로 나타난 것으로 해석하였다.

본 연구는 기존의 강지보재보다 우수한 고강도 격자지보재를 개발하여 그 성능을 평가하기 위함이다. 이를 위해 수치해석을 이용한 지보재의 구조적 특성을 분석하였고, 시작품에 대한 최대 굽힘하중시험과 용접이음부 인장강도시험을 실시하여 그 성능을 평가하였다. 구조해석 결과에 따른 최적의 상하부부재와 플레이트의 규격은 50 mm × 31.8 mm × 25.4 mm로 시공성과 경제적이 우수한 것으로 나타났다. 굽힘하중시험으로부터 확정된 규격 55 mm × 30 mm × 20 mm와 85 mm × 30 mm × 20 mm의 고강도 격자 지보재는 기준값과 H형강 100과 125의 목표값 모두 만족하는 것으로 나타났다. 이론 처짐량과 실제 처짐량의 비를 검토한 결과, 이 연구에서 개발된 고강도 격자지보재는 독일연방 철도국에서 제시하고 있는 격자지보재 처짐량의 평가기준 5 이하로 나타났다. 마지막으로 용접이음부에 대한 인장시험 결과는 고강도 격자지보재의 주봉-보조봉-플레이트가 접하는 용접이음부 인장강도가 목표값 이상으로 나타나 용접이음부에 대한 안정성은 충분한 것으로 나타났다.

CPR 시험말뚝에 대해 인발재하시험을 실시하고, 하중-변위 곡선과 하중-침하량 곡선을 분석한 후 항복하중과 허용지지력을 산정하여 주면마찰력을 평가하였다. 하중-변위 곡선으로부터 분석된 CPR 시험말뚝의 결과에 의하면, CPR 시험말뚝의 직경이 큰 경우의 항복하중과 허용지지력이 작은 경우보다 약 1.4배 이상 크게 나타났다. 하중-침하량 곡선으로 부터 분석된 결과에 의하면, CPR 시험말뚝의 직경 D500의 허용지지력이 D400보다 약 1.2~2.1배 큰 것으로 나타났다. 하지만, Fuller 분석에 의해 산정된 허용지지력은 P-S 곡선과 log P - log S 곡선에 의해 산정된 허용지지력과 큰 차이를 보여, Fuller 분석에 의한 허용지지력 산정은 적절하지 않은 것으로 판단되었다.

강원도 평창 방림 지구 깎기 비탈면에 드러난 단면은 고생대 조선누층군 석회암층을 기반으로 다양한 지질구조가 발견된다. 비탈면에서 관찰되는 횡와습곡(recumbent fold)은 우리나라에서도 발견된바 거의 없는 매우 희귀한 지질구조로 강원도 지역 고생대 시대의 지질 구조의 형성과정을 규명함에 중요한 학술적 가치를 지니고 있다. 본 연구에서는 도로비탈면에서 관찰되는 지질구조의 지질학적 가치에 대하여 논의하며, 위험비탈면의 관리방안을 위한 연구를 수행하였다. 본 횡와습곡의 발달 상태는 지질학적 희소성, 특이성 등에서 보존가치를 지니고 있으며 지질과학 교육적 중요한 가치를 지니는 지질유산으로써의 보호 및 낙석위험 저감대책을 통한 보존 관리방안이 마련되어야 하며 나아가 지질공원(geopark)으로 보전되고 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

강도정수의 산정은 암반사면의 안정성 해석에 매우 중요하다. 강도정수를 결정하는 다양한 방법들이 여러 연구자들에 의하여 제안되었다. 암반사면의 안정성 해석을 위하여 강도정수 결정에 사용된 방법들의 빈도를 문헌조사를 통하여 조사하였다. 특히 파괴유형에 따른 강도정수 결정방법의 빈도수를 조사하였다. 사례연구를 통하여 암석과 불연속면의 점착력과 마찰각의 값을 조사하여 RMR값과 함께 제시하였다. 연구 결과에 의하면 점착력은 내부마찰각과 비교하여 상당히 큰 범위를 보였다. RMR은 점착력과는 상관관계를 보이지 않았으나 마찰각과는 뚜렷한 상관관계를 보였다. 파괴유형에 따라 강도정수 결정을 위하여 적절한 방법이 사용되어야 하며 문헌조사를 통하여 결과를 검증해야 한다. 향후 각 지역별로 역해석을 통하여 파괴가 발생한 사면에 대한 강도정수 자료가 축적된다면 강도정수 결정의 신뢰성이 향상될 것으로 기대한다.