지반함몰 모형실험 연구동향 및 적용방안 고찰

정성윤(Seong Yun Jeong),정영훈(Yeong Hoon Jeong),김동수(Dong Soo Kim) 한국방재안전학회 2017 한국방재안전학회 논문집 Vol.10 No.1

근래에 들어 증가하고 있는 도심지 지반함몰 사고는 사회적 이슈가 되고 있으며 이로 인해 최근 관련 법안이 발의 되었다. 지반함몰은 수많은 원인인자들의 복합적 작용으로 발생하므로 수치해석적 기법의 적용에 한계점이 존재한다. 이로 인해 지반함몰 메커니즘 규명 연구는 주로 모형실험을 이용하여 진행되었다. 선행 연구들은 상하수도관 파열로 인한 지반함몰 모사에 초점이 맞추어져 있으며, 지하수 흐름, 지반 굴착공사 등 다양한 원인에 의해 발생하는 지반함몰에 대한 연구가 부족한 실정이다. 또한 기존 수행된 대부분의 모형실험은 1 g 상태의 모형실험이며, 지반함몰 메커니즘 평가 시 지반의 현장 구속응력을 고려할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 모형실험을 이용한 지반함몰 거동 평가에 대한 선행 연구동향들을 고찰하여 보다 다양한 환경 조건을 모사할 수 있는 기법들에 대해 논의하였다. 또한 본 연구에서는 더 신뢰성이 있는 지반함몰 메커니즘 평가 기법으로서 원심모형실험기법을 제시하였다. 마지막으로 본 연구에서는 지반안정성평가에 지반함몰 메커니즘에서 사용한 모형실험 기법을 적용할 것을 제시했다. Recently, increasing cases of ground subsidence in the urban area has become social issue, and related bill has been passed. Ground subsidence occurs through complex combination of various factors, and numerical analysis of this problem is limited thereby. This is why verification of ground subsidence mechanism has been conducted through physical modelling. Previous researches has been focused on modelling ground subsidence caused by utility pipe defects, and there has been insufficient physical modelling study on ground subsidence caused by various reasons such as groundwater flow and excavation activity. Also, most previous physical modelling studies were performed in 1g condition, which cannot take the in-situ stress condition into the evaluation of the ground subsidence mechanism. Therefore, in this study, physical modelling techniques to simulate various conditions is discussed by studying the previous researches on the ground subsidence mechanism through physical modelling. Also, centrifuge modelling test is suggested in this study as the technique to perform more reliable evaluation of ground subsidence mechanism. Lastly, this study suggests to apply the techniques used in the evaluation of ground subsidence mechanism into Ground Stability Assessment.

반구형 지중공동의 수치해석적 안정성 평가

이태건,류동우,윤희정 한국암반공학회 2022 터널과지하공간 Vol.32 No.1

The existence of underground cavity should be considered in the assessment of georisk such as ground subsidence. Even if the shear strength of the ground around the cavity is known, it is difficult to accurately analyze the safety around the cavity due to the uncertainties related to geometric conditions such as the cavity size. In this paper, stability chart representing dimen- sionless stability constants was proposed based on the ground strength and geometric condi- tions. Numerical analysis had been carried out accounting for the stability constants such as the ground strength, the adhesion and friction angles, and the size and depth of the under- ground cavity. The proposed charts can help estimating the stability of ground with under- ground circular cavity. 지중공동이 존재하는 지반의 거동은 지반함몰의 위험을 평가할 때 반드시 고려해야 하는 사항이다. 지중 공동 주변 지반의 전단강도를 알더라도 공동의 크기와 같은 기하학적 요소와 관련된 불확실성으로 인해 정밀한 분석이 어렵다. 본 연구에서는 지반의 강도 및 공동의 기하학적 조건들을 바탕으로 무차원 안정 성 상수를 나타내는 도표를 제안하였다. 이를 위해 수치해석이 수행되었으며 안정성 상수는 지반의 강도 정수인 점착력과 마찰각, 그리고 지중 공동의 크기와 심도를 고려한다. 제안도표는 지반 조건을 바탕으 로 현장의 안정성을 추정하는 데 도움이 될 수 있다.

고정산란체 기반 시계열 영상레이더 간섭기법을 활용한 부산 대심도 지하 고속화도로 건설 구간의 지반 안정성 분석

김태욱,한향선,이시웅,김우석 대한지질공학회 2023 지질공학 Vol.33 No.4

지하 교통 인프라 건설에 있어서 지반 안정성을 평가하는 것은 매우 중요하다. 지표변위는 지반 안정성을 평가하는데 사용되는 주요 인자 중하나로 인공위성 영상레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR)에 레이더 간섭기법(Interferometric SAR, InSAR)을 통해 관측될 수 있다. 이연구에서는 부산광역시의 만덕동과 센텀시티를 잇는 대심도 지하 고속화도로 건설 구간에 대해 2017년 1월부터 2023년 6월까지 획득된Sentinel-1 SAR 영상에 고정산란체 기반 시계열 영상레이더 간섭기법(Permanent Scatterer InSAR, PSInSAR)을 적용하여 시계열 지표변위를 산출하였다. 계절에 따라 지반의 침하와 융기가 반복되는 지역과 2022년 여름철 이후 심각한 지반침하가 발생하는 지역이 확인되었다. 지하 고속화도로 건설 구간에 대한 지반 안정성을 평가하기 위해 평균변위속도, 최종 지표 변위량, 누적 지표 변위량, 최소-최대 변위량의 차이를 분석하였다. 연구지역의 시계열 지표변위 특성을 고려하여 2022년 6월 이후의 최소-최대 변위량의 차이가 지반 안정성 평가에 가장 적합한 것을 확인하였으며, 지하 고속화도로 건설 구간 중 온천천 중하류의 북쪽 지반과 수영강이 온천천과 합류하는 지점에서 수영강 서편 지반이 40~60 mm의 최소-최대 변위량을 보여 불안정성이 큰 것을 파악하였다. Assessing ground stability is critical to the construction of underground transportation infrastructure. Surface displacement is a key indicator of ground stability, and can be measured using interferometric synthetic aperture radar (InSAR). This study measured time-series surface displacement using permanent scatterer InSAR applied to Sentinel-1 SAR images acquired from January 2017 to June 2023 for the area around a deep underground expressway under construction to connect Mandeok-dong and Centum City in Busan, South Korea. Regions of seasonal subsidence and uplift were identified, as were regions with severe subsidence after summer 2022. To evaluate stability of the ground in the construction area, the mean displacement velocity, final surface displacement, cumulative surface displacement, and difference between minimum and maximum surface displacement were analyzed. Considering the time-series surface displacement characteristics of the study area, the difference between minimum and maximum surface displacement since June 2022 was found to be the most suitable parameter for evaluating ground stability. The results identified highly unstable ground in the construction area as being to the north of the mid-lower reaches of the Oncheon-cheon River and to the west of the Suyeong River at the point where both rivers meet, with the difference between minimum and maximum surface displacement of 40~60 mm.

지반침하 방지기술의 현황 및 발전방향

방기문(Ki Mun Bang) 한국암반공학회 2017 터널과지하공간 Vol.27 No.6

본 연구는 1990년대부터 국내에서 처음으로 시작된 폐광산 지역 지반침하방지기술을 정리하고 향후 지반침하방지기술의 발전방향을 모색해보고자 하였다. 먼저 지반침하의 개념을 정리하고, 지반침하 조사기술, 안정성 평가기술, 보강기술, 계측기술 등 각각의 적용기술을 설명하였다. 현재의 어려운 사업상황을 극복하고 지반침하방지 기술을 발전시켜 나가기 위하여서는 먼저 현재까지 개발된 기술을 통합정리 하고, 공공기관과 민간전문사업자가 상호 긴밀히 협력하여야 한다. 그동안 다양한 시행착오를 거쳐 발전된 기술을 터널굴착, 토목기반시설물 건설, 지하 환경영향 평가 등과 같은 관련 산업분야에 적용하여 사업영역을 확장해 나가는 것이 필요하다. 또한 좁은 국내시장을 벗어나 그동안 축적된 기술로 해외시장을 개척하여 나아가야 할 것이다. This study was carried out to predict the future technology on the prevention and reclamation of mining induced subsidences in Korea. We summarized the technical improvement of ground surveys and investigation, ground stability assessment, ground reinforcement, ground monitoring system and so on. It is essential to improve the technology that we try to collect and review all the data that is implemented on the site of mined area in Korea and collaborate all the members of public and private business sectors. We, also, try to expand our business area to related industry such as tunnelling, civil infrastructure, underground environmental assessment etc, and continue to develop oversea’s market.

광산지역 지반침하 발생현황과 대책

송원경 한국자원공학회 2019 한국자원공학회지 Vol.56 No.6

지반침하 사례와 현재 가행중인 광산의 갱도들의 실태를 살펴봄으로써 우리나라 광산지역에서 발생하는 지반침하의 특징을 분석하고 갱도 안정성에 대한 문제점과 개선할 점을 찾고자 하였다. 또한 지반침하를 방지할 수 있도록 갱도의 안정성을 확보하는데 필요한 기술들에 대해서 살펴보았다. 국내 광산지역에서 발생하는 지반침하 형태는트러프형, 함몰형, 계단형 등 다양하게 나타나고 있다. 가행 광산의 갱도들은 다양한 암반 조건을 갖고 있으므로 암반평가에 기초한 적정 설계가 요구된다. 지반침하를 일으키는 요소는 지표로부터 갱도 또는 채굴 공동까지의 깊이, 지질상태 그리고 과채굴 여부를 들 수 있다. 지반침하 방지 대책은 곧 갱도를 적정하게 설계, 굴착하고 갱도를 안전하게 유지하는 것이다. 이를 위해서는 3차원 지질도 작성, 라이다 측량, 미소진동, 드론 기술 등이 활용될 수 있다. By examining the ground subsidence and actual conditions of mines in Korea, I have made this edit to improve the structure, flow, and clarity of the sentence.we analyzed the characteristics of ground subsidence, and attempted to determine any problems and suggest measures to improve tunnel stability. In addition, we examined technologies that can secure the stability of the tunnel and prevent ground subsidence. There are numerous types of ground subsidence that occur in domestic mining areas, such as trough, sinkhole, and step-type. Mining tunnels have a variety of rock conditions and must be appropriately designed based on the rock assessment. Factors that cause ground subsidence include the depth from the surface to the tunnel or mined cavity, geological status, and excessive mining. Preventive measures against ground subsidence include the proper design, excavation, and maintenance of the tunnel. To this end, three-dimensional geological maps, lidar surveys, microseismic, and drone techniques can be used.

토사터널굴진시 지반거동에 대한 이론적 접근에 대한 연구

김상환 사단법인 한국터널지하공간학회 2003 한국터널지하공간학회논문집 Vol.5 No.4

This paper considers the stresses and pore pressures induced in soft ground due to tunnelling and it presents and discusses the approach methods for estimating the stability of the tunnel and its heading during drained and undrained condition. In practical, the undrained analyses of the face stability of shield tunnelling in soft soil, are carried out based on the field data measured during tunnelling and the results are also evaluated. 이 논문은 토사지반 (연약지반)에서의 터널굴진시 터널주변에 야기되는 응력과 간극수압에 대한 거동의 이론적 고찰에 대한 연구로써 터널 굴진시 터널의 안정성 예측을 위한 접근방법에 대하여 연구, 제시되었다. 안정성에 대한 이론적인 접근방법을 이해하기 위하여 배수 및 비배수조건에서의 터널막장의 거동에 대하여서도 고찰하였으며, 실질적으로 현장에서 계측하여 얻어진 자료를 기초로 터널의 안정성에 대한 이론적 접근방법의 적용사례를 연구하고 그 결과에 대하여서도 또한 분석 평가하였다.

단층 발달 습곡지반 상 구조물 안정성을 위한 설계정수 도출 사례 연구

임명혁 국제문화기술진흥원 2020 The Journal of the Convergence on Culture Technolo Vol.6 No.2

Methods for deriving design input-parameters to ensure the stability of a structure on a common ground are generally well known. Folded metamorphic rocks, such as the study area, are highly foliated and have small faults parallel to the foliation, resulting in special research methods and tests to derive design input parameters, Etc. are required. The metamorphic rock ground with foliation development of several mm intervals has a direct shear test on the foliation surface, the strike/dip mapping of the foliation, the boring investigation to determine the continuity of the foliation, and the rock mass rating of the metamorphic rock. etc. are required. In the case of a large number of small foliation-parallel faults developed along a specific foliation plane, it is essential to analyze the lineament, surface geologic mapping for fault tracing, and direct shear test. Folded ground requires additional geological-structural-domain analysis, discontinuity analysis of stereonet, electrical resistivity exploration along the fold axis, and so on. 일반적인 보통 등급의 지반(ground) 상 구조물의 안정성 확보를 위한 설계입력정수(input-parameters) 도출 방법들은 보편적으로 잘 알려져 있다. 연구지역과 같은 습곡된(folded) 변성암(metamorphic rocks) 지반은 엽리가(foliation) 촘촘히 발달해 있고, 엽리에 평행한 소규모 단층들이(faults) 분포하고 있어 설계입력정수 도출을 위한 특별한 조사방법 및 시험, 등이 요구된다. 수 mm 간격의 엽리가 발달한 변성암 지반은 엽리면 직접전단강도시험(direct shear test), 엽리의 배향(strike/dip)과 맵핑(mapping), 엽리의 지하 연속성 파악을 위한 시추조사, 변성암반의 암반분류(rock mass rating), 등이 필요하다. 특정 엽리면을 따라 발달한 소규모의 엽리평행단층(foliation-parallel faults)이 다수 발달한 지반은 선구조선 분석, 단층 추적을 위한 지표지질맵핑, 단층면 직접전단강도시험, 등이 필수적이다. 습곡지반은 지질구조구(structural domain) 분석, 불연속면의 평사투영(stereonet)해석, 습곡축을 따른 전기비저항탐사, 등의 추가조사로 설계입력정수 도출이 합리적이다.

○○광산의 지반 안정성 평가를 위한 수치해석적 연구

손민(Min Son),문현구(Hyun-Koo Moon) 한국암반공학회 2016 터널과지하공간 Vol.26 No.6

본 연구에서는 ○○광산의 지반 안정성 평가를 위한 수치해석적 연구를 수행하였으며 해석에 고려된 침하의 인자들은 다음과 같다. 첫 번째로 손상대에 의한 암반의 물성 열화, 두 번째로 현장계측자료에 의한 국내 평균 측압계수 적용, 세 번째는 해당 광산의 실제 채광이력 조사, 네 번째는 채광 후 채굴적 주변 암반의 붕락을 가정하여 붕락된 암반을 추가로 굴착하는 해석기법이다. ○○광산에서 실제 침하가 발생한 단면(5+10)을 대상으로 이 기법들을 적용하고 그 적용성을 확인하였으며, 침하가 발생하지 않았으나 침하가 우려되는 단면(3+10)을 대상으로 이 기법들을 또한 적용하고 지반 안정성을 평가하였다. 5+10 단면에서 추가 붕락을 통해 지표 최대변위가 41 mm 증가하여 46 mm가 나타났으며 추가 붕락에 따라 최대변위 위치가 실제 침하범위로 변화하는 양상을 확인하였다. 3+10 단면의 해석결과는 추가 붕락으로 5 mm 증가하여 7 mm의 지표 최대 변위가 발생하고 파괴영역이 채굴적 천단부에서 지표로 이어지지 않아 침하 가능성이 낮게 판단되었다. This study is the numerical analysis for the ground stability assessment in ○○mine. The subsidence factors applied to the numerical analysis were as follows. First, the deterioration of the rock mass properties by excavation of the disturbed zone. Second, using the average lateral pressure coefficient of Korea. Third, a study of the mine history. Fourth, the excavating collapsed rock mass in numerical analysis based on the assumption that the rock mass around the goaf was collapsed due to the mining. The developed methods were applied to the cross section (5+10) of the actual subsidence in ○○mine. The feasibility of the numerical analysis methods was confirmed by providing the same results as those of the actual subsidence. Next, the developed methods were applied to the cross section (3+10) that had a high probability of subsidence and the ground stability was evaluated. The analysis results show that the vertical displacement for the 5+10 cross section occurs at a maximum of 46 mm, whereas the analysis results show that the vertical displacement for the 3+10 cross section occurs at a maximum of 7 mm. Hence, it is concluded that the probability for subsidence is low.

국내 폐광지역의 지반침하 방지 및 복구 사업에 대한 고찰

전석원,전병규 한국자원공학회 2014 한국자원공학회지 Vol.51 No.1

Various mining hazards have been occurring in abandoned mine areas and they are highly prone to cause devastating social problems. Among them, ground subsidence needs to be seriously considered because it usually occurs in a type of unexpected accident resulting in loss of lives and property damage. At present MIRECO is in charge of the prevention of the mine subsidence where high risk areas are evaluated and categorized for subsequent reclamation. Several pre-existing methods of subsidence prediction are used to evaluate the ground stability, but they have limits to be directly applied to domestic mine conditions. Therefore, new subsidence prediction methods that suits to domestic mine conditions are under development. This paper introduces a few case histories of domestic mine subsidence followed by the past projects for mine subsidence prevention conducted by MIRECO. 국내 폐광지역에서 발생하는 다양한 형태의 광해는 사회적으로 큰 문제를 일으키고 있으며, 그 중에서도 지반침하는 예측할 수 없는 사고의 형태로 흔히 발생하여 경제적 손실 및 인명피해를 유발한다는 측면에서 중요하게 다루어져야 하는 사안이다. 현재 폐광지역에 대한 지반침하 방지 및 복구 사업은 한국광해관리공단(MIRECO)에서 주관하여 시행하고 있으며, 지반안정성 평가를 통해 위험지역을 선정 구분하고 복구사업을 진행하고 있다. 지반안정성 평가기법으로는 과거 개발된 침하이론이 주로 사용되고 있으나, 이를 국내 현장에 그대로 적용하기에는 한계가 따른다. 따라서 국내 조건에 부합하는 지반안정성 평가기법에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 본 고에서는 국내 폐광지역 침하사례와 현재까지 이루어진 지반침하 방지 사업에 대한 내용을 개략적으로 소개하고자 한다.

지하 채굴적이 지표 구조물의 안정성에 미치는 영향에 관한 모형실험 연구

김종우(Jong-Woo Kim),전석원(Seokwon Jeon),서영호(Young-Ho Suh) 한국암반공학회 2004 터널과지하공간 Vol.14 No.1

본 연구에서는 지하 채굴적이 상부 지표 구조물의 안정성에 미치는 영향을 검토하기 위하여, 지하 채굴적의 섬도와 보강 조건을 달리하는 네 가지의 경우에 대해 축소모형실험을 실시하였다. 이를 위해 실험목적에 부합한 모형 실험장치를 제작하였으며, 모형재료는 석고, 모래, 물의 혼합물을 시용하였다. 채굴적의 심도가 갚은 모형의 균열 개시압력은 얕은 모형에 비해 2.5배 더 크게 나타나 채굴적이 깊을수록 지반의 안정성은 우수하였다. 구조물의 하부 지반을 그라우팅으로 보강한 모형은 무보강 모형에 비해 균열 개시압력이 2.4배 커져, 보강을 실시하면 지반 안정성이 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 대규모 보강을 실시한 경우는 소규모 보강에 비하여 최대 침하량이 작을 뿐 아니라 침하곡선이 완만하여 경사와 곡률도 작아지므로 지반 안정성은 보다 더 커질 것으로 판단된다. In this study, scaled-model tests were performed to investigate the effect of underground openings on the stability of surface structure around the abandoned coal mine areas. Four types of test models which had respectively different depths of openings and different ground reinforcement conditions were introduced, where the modelling materials were the mixture of sand, plaster and water. The model with deep openings were turned out more stable to the structure than the model with shallow ones, because the crack-initiating pressure of the former was 2.5 times as much as that of the latter. The models with ground reinforcement were also turned out more stable than the model without reinforcement, because the crack-initiating pressure of the former was 2.4 times as much as that of the latter. Subsidence profiles were analysed to find the characteristics of slope and curvature, and the model with large reinforcement were turned out the most stable.