미소지진 계측기록을 활용한 국내 사력댐 고유주기 산정방법

하익수(Ha Iksoo) 한국지반환경공학회 2011 한국지반환경공학회논문집 Vol.12 No.6

본 연구의 목적은 국내 사력댐에서 계측된 미소지진 기록(댐 정상부 계측 최대가속도 0.001g 이하)을 활용하여, 사력댐의 고유주기를 신뢰성 있게 산정할 수 있는 방법을 제시하는 데 있다. 이를 위하여, 최근 국내에서 발생한 6회의 지진에 대해 7개의 사력댐에서 계측된 총 20개의 미소지진 계측기록에 대하여, 비교적 크기가 큰 지진 계측기록(댐 정상부 계측 최대가속도 0.02g)에 대해 적용되었던 댐 저부와 정상부 가속도 증폭비에 의한 산정방법과 미소지진 기록에 직접적 적용사례는 없었던 댐 저부(기초부 또는 양안 어버트)와 정상부 가속도의 응답스펙트럼비에 의한 산정방법을 이용하여 사력댐의 고유주기를 산정해 보았다. 고유주기산정 결과로부터, 각각의 산정방법이 미소지진 계측기록을 이용하여 국내 사력댐의 고유주기를 일관성 있게 산정할 수 있는 지 여부를 검토하였다. 본 연구에서는 국내와 같이 중약진 지역에서 미소지진 계측기록을 활용하여 사력댐의 고유주기를 산정하고자 하는 경우에는, 댐 저부와 정상부 가속도의 응답스펙트럼비를 이용한 방법이 가장 합리적인 방법인 것으로 판단되었다. 이러한 방법은 각각의 지진계측 기록에 대해 일관성 있게 사력댐의 고유주기를 산정함을 확인하였다. 또한, 산정된 결과를 기존의 일본 사력댐들에서 계측된 기록을 활용하여 산정한 일본 사력댐의 고유주기 산정결과와 비교한 결과, 매우 유사한 결과를 보임을 확인하였다. The purpose of this study is to propose a method that can reliably evaluate the fundamental period of a rockfill dam using the micro-earthquake records, which were obtained at the domestic dam sites. For total 20 micro-earthquake records obtained at 7 domestic rockfill dam sites against 6 earthquake events which recently occurred, the fundamental periods of seven rockfill dams were evaluated by two kinds of methods; one is a method using acceleration amplification ratio and the other is a method using acceleration response spectrum ratio. Applicability of each method to evaluation of fundamental periods of domestic rockfill dams was examined. In the moderate seismicity region like our country, the method using acceleration response spectrum ratio, which could evaluate the fundamental period of the rockfill dam using the ratio between the response spectrum for acceleration observed at the dam crest and that observed at the dam base or abutment, proved to be reliable and was proposed in this study. From the results of analyses, it was found that the proposed method could consistently evaluate the fundamental period of the rockfill dam and the results obtained by the proposed method were very similar to the results by the existing method which was proposed from the analysis for the earthquake records observed at Japanese dam sites.

국내 중소규모 흙댐의 지진 시 파괴확률 산정 도표 제안

하익수(Iksoo Ha),이수권(Soogwun Lee),김남룡(Namryong Kim),임정열(Jeongyeul Lim) 한국지반환경공학회 2017 한국지반환경공학회논문집 Vol.18 No.3

본 연구의 목적은 지반공학적 물성정보가 거의 없는 국내 중소규모 댐의 지진 시 파괴확률을 간편하게 산정할 수 있는 도표를 제시하는 것이다. 기존의 댐의 지진 시 파괴확률을 산정하는 방법 및 절차를 검토하여, 댐의 지반공학적 물성정보와는 상관 없이 지진 시 파괴확률이 ‘0’이 되는 지진파괴확률 영곡선을 댐높이-여유고율 평면에서 쌍곡선의 형태로 결정하였다. 국내 중소규모 댐들의 댐높이-여유고율 분포형태가 지진파괴확률 영곡선과 같이 쌍곡선의 형태를 이루는 것을 확인하여, 다수의 등파괴확률 곡선(seismic failure probability contour)이 댐높이-여유고율 평면에서 일정한 간격의 다수의 쌍곡선들로 표시되는 지진파괴확률 산정도표를 작성하였다. 작성된 도표는 비교적 관리가 잘 되고, 지반공학적인 정보를 충분히 가진 2개의 중소규모 댐들의 지진 시 파괴확률 산정에 적용하여, 기존 절차와 방법으로 산정된 결과와 비교하여 적용 타당성을 확인하였다. 향후, 제안된 도표는 중소규모댐의 지진대비 보수보강의 투자 우선순위 등을 고려할 때 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. The purpose of this study is to propose a chart that can easily estimate the seismic failure probability of small and medium sized earthfill dams with little geotechnical information. By considering the existing method and procedure for estimating the seismic failure probability of a dam, the zero seismic failure probability curve, on which the seismic probability is zero regardless of the geotechnical properties of the dam, was determined in the form of hyperbola in the dam height and freeboard ratio plane. It was confirmed that the dam height-freeboard ratio distribution pattern of the Korean small and medium sized dams was shaped like a hyperbola like the zero seismic failure probability curve. Therefore, a estimation chart was constructed in which a number of seismic failure probability contours are represented by a number of hyperbolas at regular intervals in the dam height-freeboard ratio plane. The proposed chart was applied to the calculation of the seismic failure probability of two small and midium sized dams with relatively well-managed geotechnical properties and the validity of the chart was confirmed by comparison with the results obtained by the existing procedures and methods. In the future, the proposed chart is expected to be useful in considering investment priorities for maintenance and reinforcement of small and medium sized dams in preparation for earthquakes.

액상화 가능 지수의 국내 하천제방 지진취약도 평가 적용성 검토

하익수(Iksoo Ha),문인종(Injong Moon),윤정원(Jungwon Yun),한진태(Jintae Han) 한국지반환경공학회 2017 한국지반환경공학회논문집 Vol.18 No.4

본 연구에서는 하천제방이 홍수 때를 대비한 임시적인 기능이 크나 영구구조물이라는 기능적 특성과 길이가 매우 길다는 구조적 특성을 감안하여, 제방의 지진취약도를 간편하게 평가할 수 있는 방안을 검토하였다. 제방의 지진 시 주된 파괴모드가 제체 및 기초지반의 과잉간극수압 증가로 야기되는 지반의 강도감소 및 액상화로 인한 제체 침하인 점에 착안하여, 2차원 형태의 제방단면을 1차원으로 간주하고 액상화 가능 지수를 산정한 후, 그 결과를 지진 시 하천제방의 취약도와 연관시키는 방안을 검토하였다. 지진으로 야기된 제방 정상부의 변위와 제방의 지진취약도와의 관계를 기존 연구결과로부터 획득하였고, 2차원 동적 유효응력해석을 수행하여 산정한 제방 정상부 변위와 1차원 지진응답해석 결과를 기초로 산정한 액상화 가능 지수와의 상관관계를 검토하였다. 이러한 상관관계와 연계하여, 궁극적으로 액상화 가능 지수와 제방 지진취약도와의 연관성을 검토한 결과, 액상화 가능 지수를 이용한 국내 하천제방의 지진취약도를 평가하는 방법이 적용성이 있는 것으로 판단되었다. In this study, a simple method to evaluate the seismic vulnerability of river levees was examined considering the structural characteristic of river levee, that is long, and the functional characteristic of river levee that performs temporary function against flood but is a permanent structure in the ordinary way. Considering the fact that one of the main failure modes of the levee during the earthquake are the settlement due to the strength reduction of the ground caused by the increase of the excess pore pressure in the levee body and foundation and the settlement due to liquefaction, the 2-dimensional section of the levee was regarded as the 1-dimensional section and the liquefaction potential index (LPI) for the regarded section was estimated. The estimated LPI was correlated with the seismic vulnerability of river levees. The relationship between the displacement of the levee crest caused by the earthquake and the seismic vulnerability of the levees was obtained from the results of previous researches and the correlation between the displacements of the levee crest computed by 2-dimensional dynamic coupled analyses and LPIs based on the results of 1-dimensional seismic response analyses was investigated. In connection with this correlation, as a result of examination of the correlation between LPI and the seismic vulnerability of the levee, it was concluded that the method for evaluation of the seismic vulnerability of the Korean river levee using LPI is applicable.

MASW를 이용한 사력댐 코어죤 전단파속도 산정 사례 연구

이종욱(Lee Jongwook),하익수(Ha Iksoo) 한국지반환경공학회 2008 한국지반환경공학회논문집 Vol.9 No.7

본 연구의 목적은 MASW를 이용하여 산정한 사력댐 코어죤의 전단파속도 산정결과를 사례 분석하고, 그 결과를 기존 경험적 제안식과 비교하여 차이점을 파악하는데 있다. 또한, MASW 결과로부터 산정될 수 있는 코어죤의 깊이별 전단파속도 분포 범위를 제시하여 동적해석에 필요한 코어죤의 최대전단탄성계수 산정을 위한 기초자료를 제공하는데 있다. 사례분석 및 기존제안식과의 비교 결과, 댐 동적해석을 위해 MASW를 이용하여 코어죤의 전단파속도를 산정하는 경우, 심도 10m 이상에서는 거의 Sawada와 Takahashi의 제안식에 비해 작은 값을 산정하게 됨을 확인하였고, 현장여건에 의하거나 예비해석단계에서 MASW에 의한 탐사가 불가한 경우에는 Sawada와 Takahashi의 제안식 중 하한값에 대한 제안식을 사용하는 것이 보다 합리적임을 제안한다. The purpose of this study is to make case studies on estimation of shear wave velocity in core zone of some rockfill dams by MASW (Multi-channel Analysis of Surface Waves) and to compare the results of case studies with those of the empirical method. Furthermore, the purpose is to recommend the range of shear wave velocity in core zone by MASW and to supply the preliminary data for estimation of shear wave velocity in core zone which is needed for dynamic analysis. From the results of case studies and the comparison between the results of case studies and those of empirical equation, it was found that the shear wave velocities obtained by MASW were smaller than those by the empirical recommendation (Sawada & Takahashi) in the depth of more than 10 m. Also, it is recommended that using the lower bound of empirical formulation by Sawada and Takahashi be available and resonable in case that MASW is not available due to the field condition and the investigation is preliminary.

3차원 개별요소해석 시의 초기 모델 및 재료 스케일 영향

전제성(Jeon Jesung),신동훈(Shin Donghoon),하익수(Ha Iksoo) 한국지반환경공학회 2011 한국지반환경공학회논문집 Vol.12 No.7

본 연구에서는 3차원 개별요소해석 코드인 Particle Flow Code, PFC<SUP>3D</SUP>(Itasca)를 이용, 조립재료의 실내 삼축압축시험에 대한 개별요소 수치 모델링을 수행하였으며, 해석 모델과 개별요소를 대상으로 다양한 상사 조건에 대한 개별요소 수치 모델링을 수행, 그 결과를 통해 각각의 스케일 조건이 최종 수치 모델링 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 3차원 개별요소 수치 모델링은 기존 2차원 모델링 대비 별도의 간극률 환산 없이 정확한 초기 조건 구현이 가능했으며, 응력-변형 및 체적변화 거동, 강도정수 등에 있어 실내시험 결과와 유사한 수치 해석적 예측이 가능하였다. 해석 모델과 개별요소에 대한 다양한 상사비 조건별 수치 모델링 결과, 3차원 해석 시의 안정적 예측결과 도출 및 수치 시험실 활용에 대한 적정성을 확보하되, 해석시간 단축 및 해석 효율성 확보를 위해서는 해석 모델과 개별요소에 대한 적정 상사비 결정이 필요함을 알 수 있었다. 해석 모델의 크기와 개별요소의 입경크기를 변화시켜 개별요소 수치모델링을 수행한 결과, 대부분의 경우 전체적인 응력-변형 거동에 차이가 발생하였지만, 점착력과 내부마찰각의 강도정수는 Dmod/Dgmax < 10 조건에 유사한 결과를 보였으며, 개별요소 방법이 수치 시험실 기법을 이용한 강도정수산정에 효과적으로 적용될 수 있음을 확인할 수 있었다. Numerical simulations by three-dimensional Particle Flow Code(PFC<SUP>3D</SUP>, Itasca) considering distinct element method (DEM) were carried out for prediction of triaxial compression test with sand material. The effect of scale conditions for numerical model and distinct material on final prediction results was analyzed by numerical models under various scale conditions, and following observations were made from the numerical experiments. It is very useful to model the initial material condition without any porosity conversion from 2-D to 3-D DEM. Numerical experiments have shown that in all cases considered, 3D distinct element modeling could provide good agreement on stress-strain behavior, volume change and strength properties with laboratory testing results. It was important thing to assess reasonable scale ratio of numerical model and distinct elements for saving calculation time and securing calculation efficiency under condition with accuracy and appropriateness as numerical laboratory. As results of DEM simulations under various scale conditions, most of results show that shear strength properties as cohesion and internal friction angle are similar in condition of Dmod/Dgmax < 10. It shows that 3-D distinct element method could be used as efficient tool to assess strength properties by numerical laboratory technique.

대형 직접전단시험과 대형 삼축압축시험에 의한 조립재료의 전단강도 비교

서민우(Seo Minwoo),김범주(Kim Bumjoo),하익수(Ha Iksoo) 한국지반환경공학회 2009 한국지반환경공학회논문집 Vol.10 No.1

댐이나 항만 건설시 재료로 사용되는 조립재는 입자크기가 일반 토사에 비해 매우 크기 때문에 이러한 재료에 대해서 전단시험을 수행할 때에는 가급적 대형 전단시험장치를 사용하는 것이 보다 정확한 결과를 얻기 위해 바람직하다. 대형 전단시험장치로는 일반적으로 대형 직접전단시험장치와 대형 삼축압축시험장치가 있으나 일반 토질시험장치와 비교해 제작과 보급, 운영 등의 어려움 때문에 현재까지 국내에서 두 시험장치를 사용하여 시험을 수행한 실적은 많지 않은 편이다. 본 연구에서는 댐 축조재로 사용되는 입경이 큰 조립재료를 대상으로 시료의 평균 입자크기와 공시체 크기, 연직응력(구속압) 조건 등에 차이가 있는 총 6개 case에 대해서 대형 직접전단시험과 대형 삼축압축시험을 수행하고 두 시험간 전단강도 특성의 차이를 비교하였다. Mohr-Coulomb 강도규준에 의한 전단강도를 기준으로, 대형 직접전단시험을 통해 산정된 전단강도가 대형 삼축압축시험을 통해 산정된 전단강도보다 전체적으로 크게 나타났으며 또한, 1,000㎪ 수직응력에 대해 두 시험간 산정된 전단강도를 비교한 결과 대형 직접전단시험에 의한 전단강도가 대형 삼축압축시험에 의한 전단강도보다 약 10∼70% 크게 나타나 입경이 작은 일반 토사와 비교해 그 차이가 크고, 대형 직접전단시험결과의 분산도가 상대적으로 높은 것으로 나타났다. Since the particle sizes of the coarse materials used in dam or harbor constructions are much larger than those of typical soils, it is desirable that large shear testing apparatuses are used when performing shear tests on the coarse materials to obtain as accurate results as possible. Two large-scale shear testing apparatuses, large direct shear testing apparatus and large triaxial shear testing apparatus, are commonly used. Currently in Korea, however, there have not been many cases in which shear tests were done using the large apparatus due to mainly difficulties in manufacturing, diffusing, and operating them. In present study, both large direct shear tests and large triaxial shear tests were performed on the coarse materials, which are used as dam fill materials, for 6 test cases in which particle sizes, specimen sizes, vertical pressure (confining pressure) conditions were little different, and then, the shear strength characteristics of the materials were compared with the two different shear tests. The test results showed that, by the Mohr-Coulomb failure criterion, overall the shear strength obtained by the large direct shear tests was larger than that by the large triaxial shear tests. Moreover, the shear strength under the normal stress of 1,000 ㎪ was about 10 to 70% larger for the large direct shear tests than for the large triaxial shear tests, revealing the larger differences in the coarse materials, compared to typical soils.