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제방의 취약구간 파악을 위한 전기비저항과 탄성파속도의 교차출력 해석
조경서 ( Kyoung-seo Cho ),김정인 ( Jeong-in Kim ),김종우 ( Jong-woo Kim ),김지수 ( Ji-soo Kim ) 대한지질공학회 2021 지질공학 Vol.31 No.4
각 탐사의 반응 값은 지하 매질의 특정 물성에 따라 달라지기 때문에 한가지의 지구물리학적 방법만으로는 탐사목적을 달성하지 못하는 경우가 종종 있다. 특히 지질재해 위험에 취약한 지역을 조사하는 경우, 인명 및 재산피해를 최대한 줄이기 위해 한 가지 이상의 탐사방법을 사용하는 것이 효과적이다. 제방의 안전성 평가를 위한 이 연구에서는 각 탐사결과들을 개별적으로 해석하는 대신 탄성파속도(굴절법에 의한 P파속도와 MASW의 S파속도)와 전기비저항 값들을 통계적으로 분석하여 결정된 임계값들을 기반으로 취약구간과 안전구간 등으로 구분하는 사분면 상관기법을 수행하였다. 임계값은 수평 4층 구조와 경사진 파쇄대에 대한 모델자료를 가지고 수행한 사분면 상관기법을 테스트하는 과정에서 두 개의 속성자료 모두 평균에서 표준편차를 빼준 값으로 결정되었다. 전기비저항-P파 속도의 교차출력에 비해 전기비저항과 S파속도를 이용한 교차출력 해석이 제방 시스템의 토양유형, 지반강성 및 암석학적 특성 정보를 보다 충실히 제공하였다. 낮은 S파속도와 높은 전기비저항으로 2사분면에 투영된 느슨한 모래 구역이 취약구간으로 평가되는데 이와 같은 해석은 시추공 표준관입시험에서 보인 중심코어의 N 값 분포로 뒷받침되었다. Specific survey objectives often cannot be met using only one geophysical method, as each method’s results are influenced by the specific physical properties of subsurface materials. In particular, areas susceptible to geological hazards require investigation using more than one method in order to reduce risks to life and property. Instead of analyzing the results from each method separately, this work develops a four-quadrant criterion for classifying areas of levees as safe or weak. The assessment is based on statistically determined thresholds of seismic velocity (P-wave velocity from seismic refraction and S-wave velocity from multichannel analysis of surface waves) and electrical resistivity. Thresholds are determined by subtracting the standard deviation from the mean during performance testing of this correlation technique applied to model data of four horizontal and inclined fracture zones. Compared with results from the crossplot of resistivity and P-wave velocity, crossplot analysis using resistivity and S-wave velocity data provides more reliable information on the soil type, ground stiffness, and lithological characteristics of the levee system. A loose and sandy zone (represented by low S-wave velocity and high resistivity) falling within the second quadrant is interpreted to be a weak zone. This interpretation is well supported by the N values from standard penetrating test for the central core.
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점토광물 함유량을 고려한 땅밀림 산사태 지역의 전기비저항 자료의 해석
김정인 ( Jeong-in Kim ),김지수 ( Ji-soo Kim ),이선중 ( Sun-joong Lee ),조경서 ( Kyoung-seo Cho ),김종우 ( Jong-woo Kim ) 대한지질공학회 2021 지질공학 Vol.31 No.2
산사태 연구에서 풍화대 안에 분포하는 점토광물의 함유량은 매우 중요한 요소이다. 산사태 발생과 관련된 지하 구조를 파악하고 미끌림 면을 확인하기 위해 일반적으로 지구물리탐사를 수행하는데 특히 전기비저항 단면이 많이 사용된다. 이 연구에서는 풍화대에 분포하는 카올리나이트와 몬모릴로나이트와 같은 점토광물에 의한 전기전도도의 증가효과(전기비저항의 감소효과)를 해석하기 위해 병렬모델 아치의 방정식을 이용하였다. 점토의 전기전도도는 광물의 종류 및 그 비표면적과 양이온 교환능력에 따라 달라진다. 간극수의 전기비저항이 증가함에 따라 매질의 전체 비저항과 지층인자는 작아지는데 카올리나이트에 비해 몬모릴로나이트가 훨씬 작게 나타난다. 또한 공극률이 커지고, 고결인자가 작아질수록 지층인자가 감소하는 것으로 나타난다. 점토광물에 대한 병렬모델 아치의 방정식을 현장자료에 적용하기 위해 2014년 땅밀림 산사태가 일어난 충남 태안 신진도리에서 수집되어 처리ㆍ해석된 전기비저항자료를 사용하였다. 기존의 실험식에서 카올리나이트의 함유량에 따라 결정되는 계수들을 활용하여 풍화대의 전기비저항 값들을 계산하고 이들을 전기비저항 수치모델링에 포함시켰다. 점토 함유량을 변화시켜 만든 여러 개의 이론자료들 중에서 현장자료와 가장 근접하는 모델자료를 선택하여 이에 입력된 점토 함유량 10%를 이 지역의 풍화대에 대한 점토 함유량으로 추정하였다. 땅밀림 연구에서 처음 시도된 전기비저항 자료를 이용한 점토 함유량의 추정기법은 차후 점토함유량 외에 전기비저항에 영향을 미치는 다른 인자(공극률, 포화도, 간극수의 전기비저항)들에 대한 자료를 확보하고 이들을 수치모델링에 먼저 포함시켜 수행할 때 더욱 그 신뢰성은 더욱 높아질 것으로 기대된다. Clay mineral content of weathered zone is a key parameter for landslide studies. Electrical resistivity tomography is usually performed to delineate the geometry of complex landslides and to identify the sliding surface. In clay-bearing weathered zone, parallel resistivity Archie equation is employed to investigate the effect of conductivity added (resistivity reduced) by clay minerals of kaolinite and montmorillonite, which is dependent on their specific surface area and cation exchange capacities (CEC). A decrease of overall resistivity and apparent formation factor is observed with increasing pore-water resistivity, significantly in montmorillonite. Formation factor is found decreased with increasing porosity and decreasing cementation factor. Parallel Archie equation was applied to the electrical resistivity data from the test area (Sinjindo-ri, Taean-gun, Chungcheongnam-do, Korea) which experienced land creeping in the year of 2014. A panel test with varying clay-mineral contents provides the best fit section when the theoretical section constructed with the assumed contents approaches the field section, from which the clay-mineral content of the weathered zone is estimated to be approximately 10%. Resistivity interpretation schemes including the clay mineral contents for land creeping studies explored in this paper can be challenged more when porosity, saturation, and pore-water resistivity are provided and they are included in the numerical resistivity modeling.
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