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지하공동 탐지를 위한 3차원 시간영역 유한차분 GPR 탐사 모델링
장한누리 ( Hannuree Jang ),김희준 ( Hee Joon Kim ),남명진 ( Myung Jin Nam ) 한국지구물리·물리탐사학회 2016 지구물리와 물리탐사 Vol.19 No.1
최근 우리나라 도심지에서 도로 일부가 갑자기 함몰되는 현상이 빈번하게 발생하고 있으며, 이에 의한 피해를 예방하기 위해서는 도로하부의 지하공동의 존재 여부를 조사하는 것이 필요하다. 현재 지표 투과 레이더 탐사(groundpenetrating radar, GPR)가 도심지 도로하부 지하공동을 탐지하기 위한 효과적인 수단으로 인식되고 있다. GPR 탐사방법에 대한 물리적인 과정을 보다 잘 이해하고 지하공동에 대한 효과적인 해석을 위하여 GPR 수치모델링을 통한 이론적인 접근이 필요하다. 이 연구에서는 엇갈린 격자(staggered-grid)를 이용한 3차원 시간영역 유한차분(finite-difference timedomain, FDTD) 법을 사용한 GPR 모델링 알고리듬을 개발하였다. 개발된 3차원 모델링 알고리듬을 이용하여 간단한 공동모델에 대한 GPR 반응을 검토하여 도심지 도로하부 공동 탐사에서 지하공동 부존 정보를 얻는데 효과적으로 적용될 수 있음을 확인하였다. Recently many sinkholes have appeared in urban areas of Korea, threatening public safety. To predict the occurrence of sinkholes, it is necessary to investigate the existence of cavity under urban roads. Ground-penetrating radar (GPR) has been recognized as an effective means for detecting underground cavity in urban areas. In order to improve the understanding of the governing physical processes associated with GPR wave propagation, and interpret underground cavity effectively, a theoretical approach using numerical modeling is required. We have developed an algorithm employing a three-dimensional (3D) staggered-grid finite-difference time-domain (FDTD) method. This approach allows us to model the full electromagnetic wavefield associated with GPR surveys. We examined the GPR response for a simple cavity model, and the modeling results showed that our 3D FDTD modeling algorithm is useful to assess the underground cavity under urban roads.
김빛나래 ( Bitnarae Kim ),남명진 ( Myung Jin Nam ),장한누리 ( Hannuree Jang ),장한길로 ( Hangilro Jang ),손정술 ( Jeong-sul Son ),김희준 ( Hee Jun Kim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2017 지구물리와 물리탐사 Vol.20 No.2
유도분극(induced polarization; IP) 탐사는 분극 현상으로 인해 매질에서 발생하는 과전압을 측정하는 전기전자탐사법으로 주로 금속 광상을 찾을 때 사용되었으나 장비의 발전에 힘입어 최근에는 지하수, 환경 오염, 지반 등 여러 분야에서 다양하게 활용되고 있다. IP 탐사에는 충전율을 측정하는 시간영역 IP 탐사, 진동수 효과를 측정하는 진동수영역IP 탐사, 그리고 복소수 전기비저항을 측정하는 복소 전기비저항 탐사와 광대역 IP (spectral IP; SIP) 탐사 등이 있다. 또한, 최근에는 전극 형태의 측정 방법의 단점을 보완하기 위해 전자기 유도에 기초한 IP 법도 개발되어 지속적으로 연구가 진행되고 있다. 다양한 IP 탐사법에 대한 체계적인 이해를 돕기 위해 이 논문에서는 1) 송신원 형태와 측정 자료를 기준으로 IP 탐사법을 분류하고 이들에 대한 개념 정리와 함께 2) 각 탐사법의 수치 모델링 및 역산 알고리듬 발전 과정을 자세히 기술하고 3) 마지막으로 IP 탐사의 다양한 현장 활용 사례를 소개하고자 한다. Induced polarization (IP) method is based on the measurement of a polarization effect known as overvoltage of the ground. IP techniques have been usually used to find mineral deposits, however, nowadays widely applied to hydrogeological investigations, surveys of groundwater pollution and foundation studies on construction sites. IP surveys can be classified by its source type, i.e., time-domain IP estimating chargeability, frequency-domain IP measuring frequency effect (FE), and complex resistivity (CR) and spectral IP (SIP) measuring complex resistivity. Recently, electromagnetic-based IP has been studied to avoid the requirement for spike electrodes to be placed in the ground. In order to understand IP methods in this study, we: 1) classify IP surveys by source type and measured data and illustrate their basic theories, 2) describe historical development of each IP forward modeling and inversion algorithm, and finally 3) introduce various case studies of IP measurements.
철근 콘크리트 교량의 열화 평가를 위한 지표투과레이더 자료의 완전파형역산
안영돈(Youngdon Ahn),최용규(Yongkyu Choi),장한누리(Hannuree Jang),이동권(Dongkweon Lee),장한길로(Hangilro Jang),신창수(Changsoo Shin) 한국지반환경공학회 2024 한국지반환경공학회논문집 Vol.25 No.2
Reinforced concrete bridge decks are the first to be damaged by vehicle loads and rain infiltration. Concrete deterioration primarily occurs owing to the corrosion of rebars and other metal components by chlorides used for snow and ice melting. The structural condition and concrete deterioration of the bridge decks within the pavement were evaluated using ground-penetrating radar (GPR) survey data. To evaluate concrete deterioration in bridges, it is necessary to develop GPR data analysis techniques to accurately identify deteriorated locations and rebar positions. GPR exploration involves the acquisition of reflection and diffraction wave signals due to differences in radar wave propagation velocity in geotechnical media. Therefore, a full-waveform inversion (FWI) method was developed to evaluate the deterioration of reinforced concrete bridge decks by estimating the radar wave propagation velocity in geotechnical media using GPR data. Numerical experiments using a GPR velocity model confirmed the deterioration phenomena of bridge decks, such as concrete delamination and rebar corrosion, verifying the applicability of the developed technology. Moreover, using the synthetic GPR data, FWI facilitates the determination of rebar positions and concrete deterioration locations using inverted velocity images.