땅밀림지에 대한 전기비저항의 통계적 특성

봉태호 ( Taeho Bong ),허준 ( Joon Heo ),정은수 ( Eunsoo Jeong ),변지섭 ( Jiseop Byeon ),김민선 ( Minseon Kim ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

땅밀림은 지반이 경사가 낮더라도 암석과 토양이 비탈면을 따라 천천히 아래로 움직이는 대규모 이동 현상으로 산사태에 비하여 대규모 피해를 유발할 수 있어 이에 대한 관심이 높아지고 있다. 땅밀림의 원인 중 하나는 팽창성 점토로 지하수위 상승과 같은 조건에서 물에 노출되면 팽창과 수축에 영향을 받으며 땅밀림의 활동면으로 작용하게 된다. 하지만 사면 내에 존재하고 있는 이러한 취약지역을 찾기란 매우 어려우며 수목의 이상 생장, 인장균열과 같이 외부적으로 땅밀림 발생에 대한 징후를 발견함으로써 땅밀림의 발생유무를 알 수 있다. 지반조사 방법 중 하나인 전기비저항탐사 (electrical resistivity survey)는 지반에 전류를 흘려보내 매질에 따라 전류가 잘 흐르거나 흐르지 않는 지반의 전기적 물성 차이에 의한 전위차를 측정함으로써 지하구조를 조사하는 방법으로 토양 특성의 공간적 및 시간적 변동성을 판별하기 위해 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 땅밀림지의 취약성을 평가하기 위한 방법으로 물리탐사를 적용하기 위하여 현장조사 및 전기비저항탐사를 수행하였다. 현장 조사에서는 토성, 토양의 물리적 및 수리적 특성, 경사도, 지형, 지질 및 식생 등 땅밀림에 영향을 미치는 다양한 요소를 조사하고, 인장균열이나 기울어진 나무 등과 같은 땅밀림 발생 흔적을 관찰하였으며 현장 조사 결과에 따라 땅밀림에 대한 취약성을 세 그룹 (A:높음, B:보통, C:낮음)으로 분류하였다. 전기비저항탐사 결과를 활용하여 땅밀림 우려지를 판정하기 위하여 사면지반의 전기비저항값에 대한 평균, 표준편차 및 특정 기준값에 대한 하위평균 등 다양한 통계적 특성을 산출하였다. 또한, 땅밀림 취약성을 뚜렷하게 구분할 수 있는 A그룹과 C그룹에 대하여 두 그룹을 구별하기 위한 가장 적합한 통계적 특성치를 규명하기 위하여 t-검정을 수행하였다. 결론적으로, 땅밀림 취약성이 높은 사면의 경우 평균적으로 낮은 전기비저항값을 갖는 것으로 나타났으며 지반 내 전기비저항 400Ω·m 이하가 차지하는 비율은 두 그룹 간에 통계적으로 유의한 차이(p-value=0.003)가 있는 것으로 나타났다.

탄성파를 활용한 산지사면 토심추정 및 변동성 분석

봉태호 ( Taeho Bong ),허준 ( Joon Heo ),정은수 ( Eunsoo Jeong ),변지섭 ( Jiseop Byeon ),김민선 ( Minseon Kim ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

사면안정은 해석에 있어 외적 요인뿐만 아니라 내적으로 많은 불확실성이 존재하는 지반공학 문제로 알려져 있다. 일반적으로 사면 안전율은 토심이 증가함에 따라 감소하므로 사면의 안전율을 결정하는데 있어 토심은 매우 중요한 역할을 하며 토석류에 의한 피해 예측, 유역의 수문과정 평가 등에서도 활용된다. 그럼에도 불구하고 토심은 측정하기 어려운 변수 중 하나이며 사면안정해석 시 다른 매개변수와 비교하여 그 중요성은 종종 무시되어 왔다. 토심을 추정하기 위한 정확한 방법은 현장에서 직접 인력굴착이나 시추를 통하여 지층을 확인하거나, 핸드오거 또는 전동오거를 통하여 지층을 직접 확인하는 방법이다. 하지만 이러한 방법은 산지사면의 경우 대형장비의 접근이 어렵고 인력에 따른 토심측정 심도는 한계가 존재한다. 또한 접근이 어려운 산지에서 광역적 지역의 토심을 현장조사로 파악하는 것은 현실적으로 불가능하다. 따라서 정밀토양도나 산림입지토양도에서 제공하는 유효토심을 활용하거나 간접적으로 토심을 추정하기 위하여 다양한 토심추정모델이 제안되어 왔다. 하지만 유효토심은 사면안정에서 정의되는 토심인 지 표면에서 기반암까지의 거리와는 다소 차이가 있으며 제안된 토심추정모델들도 예측 정확도 및 실용성에 있어서는 여전히 많은 제한이 있다. 본 연구에서는 산지사면에 대한 토심을 추정하기 위하여 국내 산지를 대상으로 수행된 71개의 탄성파 탐사 결과를 활용하여 사면 내 경사 및 고도에 따른 토심을 추정하였다. 토심을 추정하기 위한 탄성파 속도 기준은 700m/s를 적용하였으며 탄성파 탐사가 수행된 사면을 5m 간격으로 나누고 각 분할된 사면의 경사, 고도 및 토심에 대한 데이터를 구축하였다. 이를 바탕으로 사면경사와 토심, 고도와 토심 간 상관관계 및 사면 내 토심에 대한 변동성을 분석하였다. 또한, 기존 사면경사를 기반으로 한 다양한 토심 예측 모델을 조사하고 이에 대한 비교·분석을 수행하였으며 경사를 활용한 보정된 토심 예측식을 제안하였다.

쇄석다짐말뚝의 하중저항계수 설계를 위한 저항계수 산정

봉태호 ( Taeho Bong ),허준 ( Joon Heo ),손영환 ( Younghwan Son ),유병수 ( Byeongsoo Yoo ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

구조물의 대형화와 복합화 경향에 따라 경제적이고 합리적인 최적 설계방안에 대한 요구가 증가하면서 신뢰도를 기반으로 하는 설계법이 세계적인 추세가 되어가고 있다. 국내에서 기초구조물 설계 시 일반적으로 사용되고 있는 허용응력설계법은 하중과 지반의 불확실성을 고려하지 못하고 획일적인 안전율을 적용함으로써 경제적이고 효율적인 설계가 불가능하다는 단점이 있다. 이에 반해 한계상태설계법은 경험적 데이터베이스에 대한 신뢰성 분석을 통해 파괴확률 및 대응 신뢰도지수 (reliability index)를 산정하여 구조물의 안전도를 정량적으로 평가함으로써 일관되고 경제적인 설계가 가능한 장점이 있다. 신뢰성 기반의 설계법 중 미국의 하중-저항계수 설계법 (Load and Resistance Factor Design, LRFD)과 유럽의 유로코드 (Eurocode)로 양분화되고 있는 추세이며, 세계 대부분 국가에서 채택하여 사용하고 있다. 국내의 경우, 2012년 도로교 설계기준(한계상태설계법)이 제정되었고 2015년부터 의무적으로 시행되고 있다. 교량 하부구조설계 기준 (한계상태설계법, 2018)에서는 구조물 기초의 극한한계상태에 대한 LRFD 적용을 위하여 확대기초, 타입말뚝, 그리고 현장타설말뚝에 대한 저항계수를 제시하고 있다. 쇄석다짐말뚝 공법은 지중에 자갈이나 쇄석을 이용하여 다짐말뚝을 형성함으로써 연약지반을 보강하는 공법으로 기초지반의 지지력 증가, 침하량 감소, 액상화 방지 등 다양한 지반개량 효과를 얻을 수 있으며 환경적, 경제적 공법으로 알려져 널리 사용되고 있다. 우리나라에서는 1990년대부터 해성 점성토 지반의 개량을 위해 주로 모래다짐말뚝 공법이 많이 사용되어 왔으나 최근에는 모래수급 부족 및 단가 상승으로 모래 대신 쇄석다짐말뚝의 적용이 증가하고 있다. 하지만 아직까지 쇄석다짐말뚝으로 개량된 지반에 대하여 LRFD 적용을 위한 저항계수는 국내설계기준에 반영되지 않고 있다. 본 연구에서는 쇄석말뚝공법의 저항계수를 산정하기 위하여 양질의 현장재하시험 자료로부터 저항편향계수의 통계적 특성을 분석하고 지반 불확실성 및 시공 오차를 고려한 총 저항편향계수를 산정하였다. 최종적으로 일계이차모멘트법을 통하여 목표 신뢰도지수에 대한 하중비 및 비배수전단강도의 변동성에 따른 쇄석말뚝공법의 저항계수 보정을 수행하였으며 그 영향을 평가하였다.

유속에 따른 표준사의 수중거동 특성 규명을 위한 실험적 연구

봉태호 ( Taeho Bong ),박재성 ( Jaesung Park ),윤태강 ( Taekang Yun ),김동근 ( Donggeun Kim ),김규선 ( Kyusun Kim ),손영환 ( Younghwan Son ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

효율적인 준설 매립을 위해서는 준설토를 목표한 위치에 정합한 수량을 매립해야한다. 하지만 준설 매립을 실시할 때 투기된 토사는 모두 목적한 장소에 퇴적되지 않고 물의 흐름으로 인하여 일부가 유실되게 된다. 따라서 보다 합리적이고 경제적인 매립수립 계획을 위해서는 흙입자의 유속에 따른 거동특성을 규명할 필요가 있다. 본 연구에서는 표준사의 유속에 따른 수중거동 특성을 규명하기 위하여 수로실험을 실시하였다. 수로의 제원은 길이 960cm, 너비30cm, 높이45cm이며 펌프의 유량조절을 통하여 0.1, 0.3, 0.5, 0.67 m/s의 총 4가지 유속에 대한 표준사의 수중거동을 분석하였다. 실험결과, 표준사의 경우 비교적 입자의 사이즈가 균일함에도 불구하고 입자의 크기에 따른 영향으로 이동거리가 다양하게 나타났으며 일정 범위의 퇴적분포를 형성하였다. 또한, 유속에 따른 평균이동거리는 거의 선형적으로 증가하는 것으로 나타났으며 유속이 증가함에 따라 퇴적분포의 범위는 증가하는 것으로 나타났다.

점착력과 내부 마찰각의 상관관계에 따른 전단강도의 불확실성

봉태호 ( Taeho Bong ),허준 ( Joon Heo ),김성필 ( Seongpil Kim ),손영환 ( Younghwan Son ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

지반의 불확실성은 지질학적 이질성, 퇴적조건, 응력이력 등 다양한 요인에 의하여 발생하며, 여기에 실험오차, 측정오차, 해석모델 오차 등으로 인한 불확실성이 더해지면서 지반의 거동을 예측하는데 있어 예기치 않은 결과를 초래할 수 있다. 따라서 이러한 지반의 불확실성을 정량적으로 고려하고자 확률론적 해석을 적용한 연구들이 이루어져 왔다. 지반의 거동 예측 또는 안정성 평가를 위하여 가장 중요한 지반 정수는 전단강도로 다양한 지반 문제를 해석하기 위하여 사용된다. 따라서 전단강도의 통계적 특성을 올바르게 이해하고 재현하는 것은 신뢰성 해석 및 설계에 있어 가장 중요한 문제라 할 수 있다. 전단강도는 점착력과 내부 마찰각의 함수로 표현됨에 따라 전단강도의 통계적 특성은 두 강도정수에 의하여 결정된다. 일반적으로 신뢰성 해석에서 전단강도의 통계적 특성은 간단하게 전단강도를 하나의 확률변수로 고려하거나 점착력과 내부 마찰각을 확률변수로 고려하여 전단강도를 산정할 수 있으며 점착력과 내부 마찰각은 통계적 특성이 다르기 때문에 두 강도정수를 각각의 확률변수로 고려하여 전단강도를 산정하는 것이 보다 합리적이라 할 수 있다. 하지만 점착력과 내부 마찰각의 상관관계는 명확하게 규명되지 않음에 따라 두 강도정수를 동일한 확률변수로 고려하거나 서로 독립적인 확률변수로 고려하며, 여기서 전자의 경우는 두 강도정수의 상관관계를 1로 가정하는 것이며 후자는 상관관계가 0인 것으로 가정하는 것을 의미한다. 하지만 점착력과 내부 마찰각은 일정한 상관관계를 가지며 두 강도정수의 상관관계에 따라 전단강도의 통계적 특성은 다르게 나타날 수 있어 이에 대한 영향을 무시할 경우 잘못된 결과를 도출할 수 있다. 본 연구에서는 사면지반을 대상으로 획득한 점착력과 내부 마찰각 자료를 통하여 두 강도정수 간 상관계수를 도출하였으며 두 강도정수의 상관관계에 따른 전단강도의 통계적 특성을 비교하였다.

압밀계수의 확률분포가 이질적 지반의 압밀에 미치는 영향 분석

봉태호 ( Taeho Bong ),박재성 ( Jaesung Park ),윤태강 ( Taekang Yun ),김동근 ( Donggeun Kim ),손영환 ( Younghwan Son ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

지반의 비균질성은 지질학적 이질성, 퇴적조건, 응력이력 등 다양한 요인에 의하여 발생하며, 여기에 실험오차, 측정오차, 해석모델 오차 등으로 인한 불확실성이 더해지면서 지반의 거동을 예측하는데 있어 불확실적인 요소로 작용한다. 따라서 지반의 불확실성을 정량적으로 고려하고자 하는 많은 연구들이 이루어져 왔으며 확률론적 해석의 수행을 통하여 효과적으로 반영할 수 있다. 하지만 지반의 불확실성은 공간적 상관구조를 갖고 있으며 지반의 공학적 거동은 극단치보다 국부적으로 평균화된 물성에 지배를 받으므로 지반의 공간적 변동성을 고려하는 것은 매우 중요하다. 특히, 지반의 압밀은 투수계수에 의한 영향이 매우 크며 이에 따른 지반 내 연속성을 만족시킬 수 있어야 한다. 본 연구에서는 이질적 지반의 공간 변동성을 고려하여 압밀계수의 확률분포가 압밀해석 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과, 이질적 지반의 압밀은 압밀계수가 동일한 확률분포를 갖더라도 지반의 이질성에 따라 매우 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한, 동일한 이질성을 갖는 지반이라도 확률분포의 형태에 따라 압밀해석결과가 매우 다르게 나타났으며 지반의 이질성이 높게 나타날수록 확률분포에 따른 영향은 큰 것으로 나타났다. 따라서 이질적 지반에서의 확률론적 압밀 해석은 올바른 확률분포의 고려가 매우 중요한 것으로 나타났다.

액상화 후 체적변형에 따른 부등침하 위험도 평가

봉태호 ( Taeho Bong ),손영환 ( Younghwan Son ),김성렬 ( Sung-ryul Kim ),허준 ( Joon Heo ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

전 세계적으로 지진 발생빈도는 증가하는 추세이며, 국내의 경우도 일정 규모의 강진이 꾸준히 관측됨에 따라 지진 안전성에 대한 국민적 경각심이 확산되고 있다. 이에 따라 지진에 대한 구조물의 위험도를 정량적으로 평가할 필요성이 있으며 이에 대한 대비가 필요한 시점이다. 지금까지 액상화와 관련된 대부분 연구는 주로 액상화의 유발 원인 및 가능성 평가에 초점이 맞춰져 있다. 하지만 지진 시 액상화에 의해 유발되는 침하는 건물의 파괴나 부등침하, 기초 시설물의 붕괴 등 심각한 피해를 가져올 수 있음에도 불구하고 이에 대한 연구는 상대적으로 부족한 실정이다. 특히, 각 지층의 안전율 산정에 따른 액상화 가능성 평가는 실제 지반의 액상화 피해 정도를 예측하기 어려우며 지반의 비균질성에 따른 위험을 반영할 수 없는 단점이 있다. 따라서 지반 침하에 따른 구조물의 피해를 정량적으로 평가하기 위해서는 액상화 후 부등침하에 따른 구조물의 위험도를 평가할 필요가 있다. 이에 따라 본 연구에서는 액상화 후 지반의 체적변형에 따른 부등침하의 위험도를 정량적으로 평가하고자 하였다. 대상지반에 대한 지반 물성치 및 공간적 상관구조는 콘관입시험 (cone penetration test, CPT) 결과를 통하여 파악하였으며, 크리깅 (kriging) 기법을 통한 미관측지점의 공간 보간을 수행하였다. 액상화에 따른 대상지반의 안전율 및 체적변형은 CPT 데이터를 활용한 액상화 평가절차를 통하여 산정되었으며, 다양한 기초간격 및 최대지반가속도에 따른 부등침하의 위험성을 각변위 (angular distortion)를 기준으로 평가하였다.

성토재로의 활용을 위한 Bottom Ash의 파쇄지수 산정 및 투수계수 변화

김동근,손영환,박재성,봉태호,Kim, Donggeun,Son, Younghwan,Park, Jaesung,Bong, Taeho 한국농공학회 2015 한국농공학회논문집 Vol.57 No.6

The objective of the this study is to find the breakage index and changes in permeability of Bottom ash from thermoelectric power plants in Korea. Bottom ash was crushed by compaction according to compaction energy from 0 to $1661.4\;kN/m^2$. The particle size distribution was estimated by sieve analysis. The various breakage indexes were used for analyzing the change in particle size distribution and effect of compaction energy. In the result, breakage indexes were increased as compaction energy and initial upper 4.75 mm diameter ratio, but values and tendencies of breakage indexes appeared in different as calculation method of breakage indexes. The coefficient of permeability was decreased with particle breakage, but decreasing ratio of permeability was very small. Bottom ash has a higher permeability than the weathered soil and it is considered high usability as a permeable materials.

비배수 삼축시험을 통한 바텀애쉬의 크리프 특성

김태완 ( Taewan Kim ),봉태호 ( Taeho Bong ),박재성 ( Jaesung Park ),노수각 ( Sookack Noh ),손영환 ( Younghwan Son ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

현재 국내 발전의 절반 이상을 차지하고 있는 화력발전소의 산업부산물인 바텀애쉬는 꾸준히 증가하고 있으며 발생된 바텀애쉬 중 60%는 매립하고 있지만 매립부지가 부족해 재활용이 시급한 실정이다. 이러한 바텀애쉬는 모래와 유사한 성질을 가지고 있어 현재 매립재나 배수재로 쓰이고 있다. 하지만 바텀애쉬는 파쇄 되기 쉬우며 이에 따른 장기침하거동의 가능성이 있다. 따라서 본 연구에서는 바텀애쉬의 장기침하거동을 알아보기 위해 크리프 시험을 통하여 그 특성을 확인하고 바텀애쉬의 크리프 거동에 Singh-Mitchell 크리프 방정식의 적용성을 검토하고자 하였다. 시료를 등방 압밀한 후 삼축압축 실험을 통하여 최대축차응력의 30~80%에 해당하는 범위에서 각기 다른 세 응력을 적용하여 비배수상태에서 바텀애쉬의 크리프 거동을 확인하였다. 또한 Singh-Mitchell 크리프 방정식을 통해 바텀애쉬의 이론적인 크리프 거동과 실제의 크리프 거동을 비교하였다. 그 결과 바텀애쉬의 크리프 거동이 Singh-Mitchell 크리프 방정식의 이론적 거동과 유사함을 확인하였고 바텀애쉬의 크리프 거동을 위의 방정식으로 예측 가능할 것으로 판단하였다. 또한 바텀애쉬의 크리프 거동이 나타남을 확인하였으며 시간에 따른 변형률 속도는 감소하지만 변형률은 계속 증가하는 경향을 보였다.

이산화탄소 배출량을 고려한 이동거리에 따른 저수제 제체 둑높이기 사업 재활용 골재 대체 효과 분석

노수각 ( Sookack Noh ),봉태호 ( Taeho Bong ),박재성 ( Jaesung Park ),민슬기 ( Seulgi Min ),손영환 ( Younghwan Son ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

최근 국내 부족한 전력난을 해결하기 위하여 화력발전소 건설이 증가하면서 발전소 운용시 발생하는 부산물의 일종인 바텀애쉬의 양이 크게 증가하고 있으나 발생량의 대부분을 매립하여 매립부지확보에 대한 문제가 발생하고 있다. 또한 최근 항만 및 하천 정비 사업으로 인해 발생하는 준설토사에 대한 적절한 처리방안을 모색 중이나 재활용의 비율은 매우 낮은 실정이다. 이러한 부산물의 발생은 국토의 효율적 관리에 지장을 초래하기 때문에 재활용에 대한 관심이 증가하고 있다. 바텀애쉬는 모래와 그 성질이 유사해 뒷채움재, 배수재 등으로 활용되고 있으며 저수지 준설토는 바텀애쉬에 비하여 세립분 함량이 많아 두 부산물의 적절한 혼합으로 그 활용범위를 넓힐 수 있다. 이러한 부산물의 활용은 경제적, 환경적 등 여러 측면에서 많은 이익을 가져다주지만 이에 대한 평가는 주로 경제적 관점에서 이루어져 왔다. 따라서 본 연구에서는 정량적 환경성 평가방법으로 이산화탄소 배출량을 산정하여 재활용 골재에 대한 환경성을 평가하였다. 또한 근거리에서 채취 가능한 자연 골재에 비하여 발생위치가 고정되어있는 재활용 골재의 특성을 고려하여 이산화탄소 배출 분석을 통해 이동거리에 따른 재활용 효과를 분석하였다. 재활용 골재 대체 효과 분석을 위하여 저수지 둑높이기 사업지를 대상지로 선정하였으며 둑높이기 과정에서 제체에 사용되는 성토재를 바텀애쉬와 준설토의 혼합재료로 교체하여 분석하였다. 바텀애쉬는 대상지에서 가장 가까운 화력발전소에서 조달하고 준설토는 대상 저수지 준설토를 유용한다 가정하였다.