지반침하 메커니즘 분석 및 평가 프로그램 개발

최성웅(Sung O. Choi),전양수(Yang-Soo Jeon),박의섭(Eu-Sup Park),정용복(Yong-Bok Jung),천대성(Dae-Sung Chun) 한국암반공학회 2005 터널과지하공간 Vol.15 No.3

지하채굴적의 함몰, 지하수의 무분별한 양수, 연약지반의 압밀 및 얕은 심도에서의 지하굴착 등의 원인으로 기인하는 지반침하는 국가 기간망에 심각한 안전문제를 야기하고 있다. 특히 인구밀집 지역에서는 가옥 및 기타 시설물의 붕괴요인으로 작용함에 따라 국민의 생활권을 위협하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 지반침하가 발생한 이후 조사와 보강작업이 실시되는 기존의 수동적인 접근법을 달피하고 지반침하를 예측하여 피해발생을 최소화하기 위해 사례분석을 통해 국내 지질조건에 부합하는 지반침하의 메커니즘을 규명하였으며, 지반침하에 영향을 미치는 제반 요인들을 수치해석적으로 분석하였다. 또한 이를 통해 각 요인들의 가중치를 점검, 합리적인 판단 기준을 제시코자 하였으며, 지반침하 발생여부를 파악할 수 있는 프로그램을 제작하여 이러한 가중치를 접목시킴으로써 지반침하 발생가능성에 대한 객관적인 판단과 정량적인 기준을 제시할 수 있도록 하였다. 이러한 연구결과를 통해, 지질학적 분포 현황과 같은 자연적인 조건과 지하채굴적 및 양수 현황 등과 같은 인공적인 조건들을 결부시켜 추후 전 국토에 대한 지반침하 재해 위험지도를 작성함으로써 지반침하발생 가능성을 억제하고 그 피해규모를 최소화할 수 있는 근간을 마련하였다. Surface subsidence which occurs with several reasons, such as collapse of gangway, discharge of groundwater, compaction of weak rock mass, and tunnel excavation in shallow depth, gives rise to a serious problem in national infra-structures. In this study, therefore, the mechanism of subsidence has been examined numerically to overcome the passive approach on subsidence occurrence area. With many kinds of numerical studies, the major geotechnical parameters have been selected and the weighted values have been defined for each parameters. Also the authors developed the numerical program which can estimate the possibility of subsidence occurrence, and proposed the decision method for objective and quantitative guideline. It is anticipated that this research will be helpful to establish the hazard map on subsidence region.

Fuzzy-FMEA를 활용한 지반함몰 위험도 평가

김대천,정영민,신동일 한국재난정보학회 2023 한국재난정보학회 논문집 Vol.19 No.2

연구목적: 지반사고 발생통계에 따르면 최근 도심지를 중심으로 침하발생 및 지반함몰 빈도가 매년 증 가하고 있어 사회적으로 문제로 대두되고 있다. 이 연구는 지반침하에 영향을 미치는 세부요인들의 위 험도를 규명하고자 하였다. 연구방법: 연구를 위해 지하안전정보시스템의 2016년도부터 2022년 9월 6 일까지의 사고사례 분석을 통해 나타난 자료와 선행연구, 연구보고서 그리고 굴착 전문가의 자문을 받 아 28개의 지반침하 세부위험요인을 도출 주요하였고, 산·학·연 지반침하 전문가 12명을 대상으로 설 문을 실시하여 Fuzzy-FMEA기법을 적용하여 위험도를 산정하였다. 연구결과: 하수관로의 손상이 전체 위험도의 24.99%로 그 다음으로 굴착공사 17.34%, 상수관로 14.84%, 다짐(되메우기) 불량이 13.93% 순으로 나타났으며, 매설물 손상(상수관로, 하수관로, 기타매설물)위 위험도가 높게 나타났으며, 다음 으로 공사부실(굴착공사, 상하수관 손상, 기타매설물공사), 그리고 다짐(되메우기)불량 순으로 위험도 가 높게 나타났다. 결론: 이는 전문가 입장에서 판단하는 지반침하 요인에 대한 위험도가 지하안전정보 시스템의 지반침하사례와 비슷한 결과를 확인하였다. Purpose: According to the recent occurrence statistics of ground accidents, ground subsidence and subsidence have become social problems as the frequency has increased centering around the downtown areas. This study tried to clarify risk of detailed factors which have an effect on subsidence. Method: For the study, detailed risk factors of 28 foundations were mainly drawn through the materials, precedent studies, and research reports shown by analyzing JIS' accident cases from 2016 to September 6, 2022 and by taking advice from an excavation expert. And risk was assessed by conducting a survey on 12 subsidence experts from the universities, research institutes, and industries and applying Fuzzy-FMEA to it. Result: It has found that damage of sewer pipes is 24.99% of overall risk, followed by excavation work (17.34%), water pipes (14.84%), and poor compaction (refill) (13.93%). And it has found that risk of damaging utilities (water pipes, sewer pipes, and other utilities) is highest, followed by poor construction works (excavation work, damage of sewer and water pipes, and other utility work) and poor compaction (refill). Conclusion: This shows that risk of subsidence factors judged by experts is similar with JIS' cases of ground subsidence.

연약지반 얕은 기초의 지지력 보강 연속 구조체 개발

김두환,서동혁,안만복,손주섭,김영찬,이지훈 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

본 연구에서는 대표적인 연약지반인 직접기초와 쇄석기초 공법을 연구 대상으로 결정하여 형상에 따라 변형된 사각 피라미드 기초와 비교 분석하고 3차원 유한요소해석을 이용한 침하량을 검토하고 수치해석시 연약지반의 지반조사의 결과를 가지고 지반 특성치를 의미 하는 토질 정수를 산정한다. 또한, 지층 조건에 따른 해석은 사각 피라미드 기초의 하중-침하 특성을 분석하고 구조물에 생기는 전체 침하 또는 부등 침하, 기초 지반의 지지력 부족으로 인한 성토의 파괴, 구조물의 부족으로 인한 인접지반의 융기, 지진에 의한 기초지반의 액상화 및 액상화에 의한 지지력 감소로 인한 영향 등을 고려할 수 있다.이와 같은 문제점이 있는 연약지반은 구조물의 설치 목적과 지반의 특성에 따라 일반적으로 거동이 달라질 수 있으며, 따라서 설계에 적용되는 기존의 침하량 산정 방법들에 대해 살펴보고 정확한 이해와 평가를 하여 기초 지지력 및 침하에 대한 안전성 증대에 목적이 있다. 유한요소해석을 통하여 설계시 기초 지반 조건과 기초 하부에 채움쇄석을 설치하여 interface 요소를 고려하였고 하중분산 효과를 가질 수 있도록 하겠다.본 연구에서는 연약지반에 사각 피라미드 기초공법을 이용하여 시제품을 제작하여 영향폭 1.0mx1.0m (4x4열)의 영향을 고려한 총 침하량을 산정하고 각기 다른 형태의 기초를 동일 조건의 재하폭 조건에 따라 압밀 침하량을 3차원 유한요소 해석을 통하여 압밀 침하 특성을 비교 분석한다. 또한, 지지력 보강 연속 구조체를 개발 제작함으로서 구조물의 기초에 강성지반을 형성하고 하중을 넓게 분포시켜 연약 지반상에 전달되는 응력을 감소시킴으로서 침하량을 줄일 수 있고 상재 하중에 대한 저항능력을 증대시키는 효과를 갖도록 한다.

터널굴착에 따른 지반침하 예측을 위한 침하량 평가도표 개발

박치면,유광호,이호 사단법인 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.6

The main risk factors of tunnel excavation through urban areas are ground settlement and surface sink which caused by ground conditions, excavation method, groundwater condition, excavation length, support method, etc. In the process of ground settlement assessment, the numerical analysis should be conducted considering the displacement and stress due to tunnel excavation. Therefore a technique that can simplify such process and easily evaluate the influence of tunnel excavation is needed. This study focused on the tunnelling-induced ground settlement which is main consideration of underground safety impact assessment. The parametric numerical analyses were performed considering such parameters as ground conditions, tunnel depth, and lateral distance from tunnel center line, etc. A simplified ground settlement evaluation chart was suggested by analyzing tendency of ground subsidence, lateral influence area and character by depth. The applicability of the suggested settlement evaluation chart was verified by comparative numerical analysis of settlement characteristics. 도심지 터널굴착 시 지반침하는 지반조건, 굴착방법, 지하수 상태, 터널 지보방법 등 다양한 조건이 복합적으로 작용하여 발생할 수 있으며 대표적인 위험요인은 크게 터널굴착에 의한 지반침하와 지표면함몰로 나눌 수 있다. 터널굴착에 의한 지반침하를 예측하기 위해서는 대상구간의 현황 및 시공조건 등을 반영하고 응력 및 변위를 고려한 수치해석을 수행하여야 한다. 그러므로 터널 전체 노선 및 인근 지장물 현황을 포함하는 영역에 대해, 터널 심도가 변하는 다양한 조건을 고려해야 하는 수치해석의 복잡한 과정을 단순화하여 터널굴착으로 인한 지표면 및 심도별 지반침하를 간편하게 예측하고 평가할 수 있는 기법이 필요하다. 본 연구에서는 지하안전영향평가 수행 시 주요 평가항목인 터널굴착으로 인한 지반침하를 연구대상으로 선정하고, 지층조건, 지반특성, 토피고(터널심도) 및 터널 중심선으로부터 횡방향 이격거리와 같은 지반침하 영향요소를 고려한 매개변수해석을 수행하여 심도별 지반침하 특성 및 침하 발생경향을 분석하고, 터널굴착으로 인한 지반침하를 간편하게 예측할 수 있는 침하량 평가도표를 도출하였다. 도출된 침하량 평가도표는수치해석 결과와 비교 ․ 분석을 통해 적정성이 검증되었으며 침하량 평가도표를 이용하여 터널굴착 시 지표침하뿐만 아니라 지중 매설물의 위치와 심도에 따른 침하량을 간편하게 예측하고 평가할 수 있다.

지반함몰 방지를 위한 지하수 재주입 실험적 연구

신은철(Eunchul Shin),박춘성(Chunsung Park) 한국지반환경공학회 2017 한국지반환경공학회논문집 Vol.18 No.5

지하수위 저하를 방지하기 위한 방법으로 지반 굴착에 따라 배출된 지하수를 대상 지반에 다시 재주입함으로써 흙막이 벽체 배면의 지반함몰 및 침하를 방지하는 방법에 관한 연구이다. 지하수 재주입에 따른 흙막이 벽체 배면의 지반함몰 및 침하를 분석하기 위해 지하수 재주입 여부와 흙막이 벽체 배면으로부터 거리 등 조건을 달리하며 재주입정 위치별 효과를 확인할 수 있는 실내모형실험을 수행하였다. 실험을 통해 지하수위에 영향을 미치는 인자와 흙막이 벽체 배면의 지반함몰 및 침하경향을 분석하고, 지하수 재주입에 따른 지반함몰 방지효과에 대한 연구를 수행하였다. 지하수위의 영향을 고려한 침하분석 결과, 흙막이 전면을 굴착할 때 지하수위 저하에 따라 지표면 침하가 발생, 흙막이 벽체 배면에서 최대가 된다. 또한 흙막이 길이를 기준으로 흙막이 벽체배면으로부터 재주입정 위치별 거리 비에 따라 침하량이 달라지는 것으로 분석되었다. 지하수의 영향에 의한 지반함몰 및 침하를 방지하기 위한 방법으로 흙막이 벽체 배면으로부터 가까운 위치에 지하수를 재주입 할 때 지반함몰 및 침하 방지 효과가 크고 최대 침하영향거리도 감소하는 것으로 분석되어 지하수 재주입정 공법의 지반함몰 방지효과를 확인하였다. It is a method of suppressing back ground subsidence by re-injecting groundwater back to the target ground and recovering the underground water level. In order to analyze the subsidence of the back ground due to maintaining the underground water level, indoor model experiments were conducted. Through this study, the factors influencing on the groundwater and the tendency of subsidence back ground by experiments were analyzed and the effect of ground subsidence by reinfusion of groundwater was also investigated. As a result of the subsidence analysis with considering only the influence of the underground water level, the settlement of the ground occurs as the underground water level at the time of ground excavation goes down. The closer to the back of the retaining wall, the maximum settlement occurred. Moreover, it was analyzed that the influence distance where subsidence occurs from retaining wall to the point of about 1.8 H on the basis of the ground collapse. The most effective location of water reinjection is the closet location to the back of braced-cut wall for reducing the groundwater down and also minimizing the ground settlement.

가스 생산기지 지반침하 관리 방안

김진영 ( Jinyoung Kim ),최창호 ( Changho Choi ),김준호 ( Junho Kim ),백원진 ( Wonjin Baek ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

최근 사회적 문제로 대두되고 있는 지반침하는 도로, 철도 등 국가 기간망의 안전성에 심각한 위험요소로 작용하고 있으며, 특히 중요성이 높은 SOC 시설이나 국민의 삶에 직접적인 영향을 미치는 가스관, 송유관, 전력, 통신과 같은 라이프라인에 대한 지반침하 위험을 조기에 예측하고, 능동적으로 대처할 필요가 있다. 이 중 해안지역의 매립지반에 건설된 가스 생산기지의 특성상 지속적인 침하가 예상되기 때문에 이에 대한 관리가 필요하다. 현재 가스 공사에서 건축물 및 가스설비에 대한 침하 및 변위를 모니터링 하고 있으나, 데이터 베이스 구축 및 침하 관리기준이 제시되지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 생산기지에 모니터링이 필요한 주요 건축물과 가스 설비에 대한 지반침하 기준과 모니터링 방법에 대한 연구를 수행하였다. 지반침하 모니터링을 위한 입력 데이터는 관리기준점, 점의 조서, 설정한 관리 기준, 침하 예측 알고리즘, 지반조사 자료, 기준점 침하량 등이 필요하며 개발한 지반침하 유지관리 프로그램에 업로드 한 뒤관리 기준에 의해 안전/주의 관찰 등의 의사결정을 한다. 관리 기준으로는 전년도 침하 속도가 당해 연도 침하속도보다 작은 경우, 건축구조물의 경우 허용 각변위를 추가적으로 검토하고, 침하량이 설정한 허용 기준 이상 발생할 경우 관리 대상으로 파악한다. 위와 같은 방법으로 가스 생산기지의 모니터링을 통하여 지반침하에 따른 사고를 사전에 예방 할 수 있을 것이다.

페탄광지역의 지반침하발생과 지하 채굴적의 상관관계 연구

최종국,김기동,송교영,조민정,Choi, Jong-Kuk,Kim, Ki-Dong,Song, Kyo-Young,Jo, Min-Jeong 대한자원환경지질학회 2008 자원환경지질 Vol.41 No.4

This study is to examine a relation between coal mining subsidence occurrence at abandoned underground coal mines and underground goaf with respect to surface geology, subsurface structure, depth and thickness of coal beds and the distribution of drifts. A study is carried out at the site where susceptibility of coal mining subsidence was proven high in a previous study. In that previous study, the susceptibility of coal mining subsidence was spatially analyzed by GIS using digitized geological maps, investigation reports, digitized mining tunnel maps without consideration of subsurface structure and the multi-level arrangement of drifts. Here we analyze geological characteristics around the goaf and the distribution of coal seam based upon digitized geological maps and investigation reports on the study area. And digitized mining tunnel maps are also used to analyze the depth and multi-level arrangement of drifts. The results show that weakened surface rock strength, relatively shallow depth and large thickness of coal seam below the surface are closely related to the coal mining subsidence occurrence. Complicatedly inter-connected drifts, shallow depth of drifts and surface rock fractures are revealed as additional control factors affecting coal mining subsidence. These factors examined in this study as well as original factors should be taken into account for the quantitative estimation of coal mining subsidence occurrence at abandoned underground coal mine. 이 연구에서는 폐탄광 지역에서 발생하는 지반침하와 지하 채굴적 사이의 상관성을 지질, 지하구조, 탄층의 심도와 두께, 지하갱도의 분포 측면에서 분석하고자 하였다. 연구대상 지역은 강원도 삼척시 삼척탄전에 속하며, 채굴적 특성을 고려하지 않은 기존의 연구에서 수치지질도, 수치갱내도, 현장조사보고서 자료와 GIS의 공간분석기법을 적용하여 지반침하 취약성이 높게 분석된 지역에 해당된다. 연구지역에 대한 수치지질도 및 지반안정성 조사 보고서를 기반으로 연구지역내에서 지반침하가 관측된 지역의 분포, 지표 및 지하의 지질구조와 탄층의 분포현황을 분석하였고, 수치갱내도 자료를 이용하여 지하 갱도의 심도 및 중첩분포 현황을 분석하였다. 연구결과, 지표의 암석 강도 저하, 얕은 심도와 두꺼운 층후의 함탄층 존재가 지반침하 발생과 밀접한 관련이 있는 것으로 분석되었다. 또한, 다수의 중첩된 갱도의 분포 및 얕은 심도의 지하 갱도 존재, 단층의 존재 역시 지반침하발생에 영향을 주는 주요인으로 확인되었다. 지반침하 위험지역을 정량적으로 예측함에 있어, 연구결과로 나타난 지반침하 관련 요인을 추가로 데이터베이스화하여 폐탄광 지역별로 적합한 지반침하예측 모델을 구축한다면 폐탄광 지역의 지반침하위험 예측 및 예방에 매우 효과적일 것으로 판단된다.

김포한강지구 계측자료를 이용한 침하예측기법의 적용성에 관한 연구

이정상(Lee, Jungsang),정재원(Jeong, Jaewon),최승철(Choi, Seungchul),천병식(Chun, Byungsik) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.12

연약지반에 구조물을 설치하거나 도로 또는 단지를 조성하는 경우 지지력 부족으로 인한 지반 전단파괴 및 과도한 압밀침하 등 공학적 문제가 발생하게 되어, 강도증가 및 침하억제를 위한 지반 개량공사를 필수적으로 시행하여야 한다. 연약지반을 개량함에 있어 현장계측자료를 바탕으로 한 장기침하량 예측은 선행재하 성토고 및 압밀완료시점 예측을 위한 매우 중요한 요소로 이에 관한 연구가 국내 ? 외 여러 학자들에 의해 진행되고 있다. 본 연구에서는 선행재하 및 연직배수 공법을 적용하여 점성토 연약지반개량을 시행한 연구 대상 지역의 압밀침하 특성을 분석하였으며, 쌍곡선법,   법, Asaoka법을 적용하여 압밀도에 따른 예측 침하량과 실측 최종침하량을 비교 ? 분석하여 김포한강지구의 토질특성에 맞는 침하예측기법을 연구하였다. 연구결과에 의하면 3가지 예측방법으로 추정한 침하량과 계측침하량의 오차가 최대 ±4% 이내로 실 침하량과 거의 일치하였으며, 예측의 정확도는 Asaoka법, 쌍곡선법, √s 법 순으로 나타났다. There are many large-scale coastal region landfill and land development by loading to use territory efficiently, this regions are mostly soft clay ground. Constructing structures and road on the soft ground bring about engineering problems like ground shear fracture and a big amount of consolidation by bearing capacity. Improvement of soft soil is required to secure soil strength and settlement control. In improvement of soft soil, predict for the amount of settlement based on field surveyed reports are important element for estimating pre-loading banking height and the final point of consolidation. In this study, there is calculating theoretical settlement by analyzing field surveyed report and ground investigation to improvement of soft soil with pre-loading and vertical drain method. And present settlement prediction method reflect soil characteristics in Gimpo Hangang site by analysing prediction settlement and observational settlement during compaction using hyperbolic, √s, Asaoka method.

점토와 모래층이 교호하는 연약지반의 압밀대상층 평가

김정면 ( Jungmeyon Kim ),박성용 ( Sungyong Park ),임현택 ( Hyuntaek Lim ),김범주 ( Bumjoo Kim ),김용성 ( Yongseong Kim ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

연약지반구간의 침하량 검토는 일반적으로 압밀침하가 발생하는 점토지반과 즉시침하가 일어나는 연약모래층으로 구분하여 침하량을 예측한다. 압밀침하가 발생하는 점토층은 모래층에 비해 침하량이 크게 발생함에 따라, 연약지반 침하량 검토 시 세밀한 분석을 통한 압밀대상층을 선정하는 것이 중요하다. 특히 점토(CL)와 모래층(SM)이 교호하는 연약지반의 경우 예측 침하량이 실제 침하량보다 과대하게 발생하여, 실제로 연약지반 현장에서는 공기 및 공사비 증가 등과 같은 많은 문제가 발생하고 있다. 이는 모래층(SM)의 압밀침하 특성을 정확히 파악하지 못한 결과로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 점토와 모래층이 교호하는 연약지반 현장의 계측데이터를 수집·분석 하여 총 예상침하량과 연약점토층만 고려할 때의 침하량을 비교하여 모래층(SM)의 압밀대상층 포함 여부를 검증하였다.

폐광지역 침하방지를 위한 지반 및 구조물기초 보강

김도형(Do-Hyung Kim),최창림(Chang-Rim Choi),김동현(Dong-Hyun Kim),이두화(Du-Hwa Lee),이백송(Baek-Song Lee),제해찬(Hae-Chan Je) 한국암반공학회 2007 터널과지하공간 Vol.17 No.4

폐광지역의 침하발생 메커니즘 및 영향범위는 현장의 지반조건, 지압분포, 채굴적의 기하학적인 조건, 상부 구조물의 하중 조건 등에 따라 달라지므로 이를 예측하기는 매우 어렵다. 또한 지질 및 지반 상태, 탄층의 발달 상태, 채굴방법 등이 채굴현장마다 다르므로 기존의 보강대책을 그대로 적용하는 데에는 한계가 있다. 본 연구에서는 국내 폐광지역에 대한 합리적인 보강대책 수립을 위해 광역 채굴현황조사를 바탕으로 채굴적의 분포를 파악하고, 대심도 시추조사, 탄성파 토모그래피, 시추공 영상촬영 등의 상세 지반조사를 수행하여 석탄층의 분포현황과 암반이완상태를 파악하였다. 이를 토대로 지반침하이론에 의해 침하발생 유형을 예측하고 지반침하량을 산정하였다. 또한, 연구대상 지역의 침하발생 메커니즘을 분석하였으며, 기존 폐광지역 보강사례를 분석하여 각 침하원인별로 대상지역의 지반특성에 부합되는 지반 및 구조물기초에 대한 보강대책을 수립하였다. As the mechanism and effect range of subsidence are altered according to the various conditions (the ground condition, the earth pressure, the geometric condition of underground cavity and the structure load), the analysis and prediction of subsidence in abandoned mining area are very difficult. Also, as the geological characteristics and the mining methods are differed in each mines, the application of the pre-existing reinforcements without improvement has a lot of difficulties and limits. In this study, the various underground investigation such as longdepth core drilling, seismic tomography and BIPS (borehole image processing system) were performed, the distribution of underground cavity and coal seam and rock relaxation condition were analyzed. And we predicted the type of subsidence and estimated the subsidence by theories of mining subsidence. With these results, we analyzed the mechanism of subsidence occurrence in the research object area. Finally, we improved existing methods which were applied to the abandoned mining area and also we established the rational reinforcement for the ground and structure foundation against each subsidence cause.