지하공동 및 이완영역 복구를 위한 팽창성 재료의 성능 평가

이기철,최병현,박종호,김동욱 한국지반신소재학회 2018 한국지반신소재학회 논문집 Vol.17 No.4

Recently, the number of ground subsidence resulting from underground cavity has been increased. Accordingly, the importance of restoration of stress release zone around the underground cavity has been emphasized. The stress release zone is composed of low density soils having extremely low stiffness and degree of compaction, which can lead to additional cavity expansion and collapse of overlying ground. Therefore, in this study, the suitability of restoration method of underground cavity using expansive material for reinforcement of stress release zone around the cavity is verified. The basic physical properties and expansion characteristics of the expansive material were examined. The experiment equipment capable simulating of stress release zone was developed and is used to investigate the effect of expanding material on stress release zone. The stress release zone was simulated using the spring in numerical analysis. The factors of the volume ratio of the underground cavity to the expansion material, the degree of stress relaxation, and the shape of the cavity were varied in numerical simulations, and the behavior of stress release zone was analyzed based on the numerical analysis results. Analysis variables are factors that affect each other. Also, filling of underground cavity and capacity of restoration of stress release zone were confirmed when the expansive material was inserted into underground cavity. 최근 국내외적으로 지하공동과 더불어 지반함몰발생 빈도수가 높아지고 있다. 따라서 지하 공동 주변부 응력이완영역의 복구에 대한 관심도 높아지고 있다. 이완영역은 지반 내에서 빈공간이 발생함에 따라 빈 공간 주변부의 지반이 원지반의 강성및 다짐도를 잃고 느슨해진 상태로 추가적인 공동 확장 및 붕괴를 유발 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 공동 주변부 지반이완영역을 보강하기 위해 팽창성 재료를 활용한 지반함몰 복구공법을 적용하고 이를 검증하고자 한다. 우선적으로 팽창성재료의 기본 물리적 특성 및 팽창 특성을 파악하였고, 이완영역 모사 실험 장비를 제작하여 팽창성 재료의 팽창 시 이완영역에미치는 영향을 파악하였다. 이완영역은 수치해석상 스프링계수로 모사하였다. 수치해석 변수로는 공동 체적에 대한 투입된팽창성 재료의 부피비, 이완영역의 이완정도, 공동의 형상을 설정하였고, 이에 따른 이완영역의 전반적인 거동을 수치해석적으로 분석하였다. 해석 결과 해석 변수들은 서로 영향을 주는 인자들이였으며, 팽창성 재료가 지하공동에 삽입되었을 경우 지하공동 채움 및 이완영역 복구 정도를 확인하였다.

공동관리 등급에 따른 지반함몰 관리등급제에 대한 연구

이기철(Kicheol Lee),김동욱(Dongwook Kim),박정준(Jeong-Jun Park) 한국지반신소재학회 2017 한국지반신소재학회 논문집 Vol.16 No.2

도심지가 고도화되고 지상 공간이 포화됨에 따라 지하공간 개발 및 활용이 활발히 이루어지고 있다. 이와 동시에 지반함몰 현상, 각종 지하공간 사고 등으로 시민들의 안전이 위협받고 있다. 지반함몰을 방지하기 위하여 지하에 발생한 공동을 탐지하고 공동등급을 설정하여 공동복구 순서 및 위험도를 평가해야 한다. 기존의 일본 간선도로 공동관리 등급은 일본 현지의 기준을 대상으로 하여 국내 지반실정에 적용하기가 적합하지 않다. 최근 국내 실정에 맞게 서울형에서 공동관리 등급이 개발되었으며, 도로 하부지반 및 아스콘 포장층의 상태 등을 추가로 고려하여 공동의 등급을 지정하였다. 본 연구에서는 ○○지역를 대상으로 209개의 공동을 탐사하고, 공동 등급에 따른 공동의 형상을 분석하였다. 또한 일본의 간선도로 공동관리 등급과 새롭게 개발된 서울형 공동관리 등급으로 분류된 결과를 상호 비교하였다. 비교 분석 결과, 일본 간선도로 공동관리 등급기준으로 긴급복구로 분류되 공동들은 상당히 보수적으로 평가되었으며, 이는 일본의 기준이 도로 포장층 두께를 고려하지 않고, 공동의 폭과 토피만을 고려하였기 때문이다. Due to the rapid development of cities, densities and heights of urban structures are increased, and much larger and more underground spaces are being developed accordingly. Increasing development of underground spaces has induced more ground sinks and underground cavities. Therefore, safety of people is threatened by potential ground collapses and possible accidents, which may result from underground cavity. To actively respond against potential danger of ground sink, evaluation of existing cavity grade and development of recovery procedure are important. There exists the ground sinking management grade system of expressway developed as local standards in Japan. Recently, ground sinking management grade system of Seoul was developed with consideration of road and asphalt conditions. In this study, 209 underground cavities of ○○ area were explored and their cavity shapes and grades were evaluated based on both ground sinking management grade systems of Japan and Seoul. Comparison is made between cavity grades evaluated based on both grading systems from Japan and Seoul. As a result of comparative analysis, the conservatively-estimated cavity grades requiring emergency restoration based on the Japanese management grade system of expressway result from neglection of layer thickness of surface pavement, considering only width and cover depth of a cavity.

Centrifuge Modeling of Embankment Failure due to Underground Cavity and Its Electrical Resistivity Monitoring

조형익,이명종,방은석,김동수 대한토목학회 2020 KSCE JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING Vol.24 No.10

In this paper, embankment or levee failure due to the interaction between a cavity within an embankment body and high water level was simulated in a centrifuge test and monitored by electrical resistivity tomography (ERT) survey technique. As the centrifuge modeling is an effective research tool for levee stability analysis and the ERT survey is generally adopted in field for health monitoring of levee, physical modeling of levee stability problem and its monitoring by the ERT survey in the centrifuge provides a great opportunity for researchers. Initially, 1 g preliminary test was performed for simulating the underground cavity using a buried ice block to ensure the simulation of such cavity in the centrifuge model. Subsequently, 20 g centrifuge test was performed. At the 20 g-level, over the three stages’ water level in river side was maintained to simulate expansion of the underground cavity with increase in groundwater level. Continuous ERT survey was simultaneously conducted to monitor the variation of internal state of the embankment body. During the final high water level, subsidence of levee surface occurred at the vertical location on top of the cavity which can lead to embankment failure. The ERT results (two dimensional contour plots) from the centrifuge test correspond well to the expected process of levee subsidence caused by upward development of inner cavity by showing definite resistivity difference between the cavity and adjacent soil. From the centrifuge test, it is concluded that the cavity within the embankment body could induce failure upon interacting with the high water level, and the ERT monitoring could effectively capture the geotechnical process which shows the upward development of underground cavity.

공동 붕괴를 유발하는 영향인자 분석 및 기존 공동관리 시스템 평가

이기철(Kicheol Lee),박종호(Jongho Park),최병현(Byeong-Hyun Choi),김동욱(Dongwook Kim) 한국지반신소재학회 2018 한국지반신소재학회 논문집 Vol.17 No.1

본 연구에서는 최근 도심지에서 발생하고 있는 지반함몰에 대하여 도로의 붕괴 가능성을 높이는 지하공동 영향인자에 대한 수치해석적 분석을 수행하였다. 지하공동으로 인한 지반함몰 영향 인자는 서울시에서 제안한 공동관리 등급제를 참고하여 아스팔트 포장층의 두께, 토피고, 공동 폭을 고려하였고, 본 연구에서 추가로 공동의 높이를 선정하였다. 이들 영향 인자들을 다양한 범위 내에서 변화시킨 조건에서 지하공동이 있는 아스팔트 포장층 상단에 집중하중과 등분포하중을 각각 변위제어하여 도로 파괴하중을 분석하였다. 분석된 파괴하중을 토대로 서울형 공동관리 등급제에 대한 적용성을 평가하였다. 해석 결과 공동의 높이가 파괴에 미치는 영향은 크지 않았으며 이외의 다른 인자에 따라 복합적으로 파괴하중이 결정되었다. 또한 파괴하중을 기준으로 한 공동분류 방법은 공동 조건을 기준으로 한 분류 방법보다 더 세밀한 분류가 가능하며 파괴 시 물리적인 현상을 반영할 수 있어 더 합리적인 방법이다. In this study, numerical analysis is performed to determine highly influential factors that increase the possibility of asphalt road collapse due to cavity underneath the road. The considered influence factors on road collapse due to underground cavity were the asphalt layer thickness, the cover depth, the cavity width, and the cavity height. The concentrated load and uniform distributed pressure were applied on the top surface of asphalt pavement layers with different shape of cavity and asphalt thickness. For each analysis case of given cavity and asphalt thickness, failure load was analyzed under displacement controlled condition. Based on the analyzed failure loads, the applicability of the cavity management system developed by Seoul city was evaluated. As a result of the analysis, the effect of cavity height on road collapse was not significant while the other factors considerably influenced road collapse. Consequently, degree of road collapse susceptibility should be classified by failure load rather than by the condition of existing cavity.

지하공동 탐지를 위한 시뮬레이션 생성 데이터 기반 깊은 신경망 학습

유영준,김대희,이명학,이재구 한국통신학회 2021 韓國通信學會論文誌 Vol.46 No.5

Recently, underground cavities on urban roads have prompted safety concerns. To provide countermeasures, early detection and identification of cavities are essential. Ground-penetrating radar(GPR) is often used to detect cavity by transmitting electromagnetic pulses and receiving the backscattered radiation from subsurface discontinuities. Collecting data in real-world environment and determining whether cavity exists requires much manpower and time, and there is limitation due to the lack of numbers of cavity data. In this study, to minimize the manpower and save time, we simulate cavity data in place of real-world data. We propose a method of determining the existence of underground cavities by training deep neural network(DNN) model, VGGNet-16, with GPR images produced by simulation. Through simulation, GPR images with and without a cavity were created and used for training. Experimental result showed 92.3% test accuracy in classifying soils with and without cavity models. To ensure the trained model learned cavity features effectively, we use Score-CAM to visualize the model’s representation learning mechanism. Through visualization, we validated that the model learned features that indicate the existence of cavity. In future work, we will verify the similarity between simulated and real-world data and performance of the trained model using real-world data. 도심지 도로에 발생하는 지하공동은 최근 수년간 사람들의 안전을 위협하는 사회적 현안으로 대두된 바 있다. 이에 따라 도심지 지하공동의 존재를 선제적으로 파악하는 일의 중요성이 증대되고 있다. 지하공동을 탐지하기 위해 일반적으로 지표투과 레이다 시스템을 사용하는데, 이는 지하에 전자기파 펄스 신호를 방사시킨 후, 지하의 불연속면에서 산란되어 돌아온 신호를 수신하여 영상화하는 기법이다. 실제 환경에서 GPR 데이터를 수집하고 지하에 공동이 존재하는지 판단하기 위해서는 많은 인력과 시간이 필요하고 수집된 데이터의 개수가 부족한 한계가있다. 따라서 파형 영상 분석에 사용되는 인력을 최소화하고 소요되는 시간을 절약하기 위해 실제 데이터를 대신할 가상 데이터를 생성하여 활용하고자 한다. 본 논문에서는 시뮬레이션을 통해 생성된 파형 영상들을 활용해 깊은 신경망 모델인 VGGNet-16을 학습하여, 지하 토양에 공동이 존재하는지 판단하는 방법을 제안한다. 우리는 시뮬레이션을 통해서 공동이 존재하는 지하 토양의 파형 영상과 존재하지 않는 지하 토양의 파형 영상을 생성하여학습 데이터로 사용하였다. 실험 결과, 공동의 특징을 학습한 VGGNet-16은 공동 모델이 있는 지하 토양과 공동모델이 없는 지하 토양을 분류하는데 92.3%의 정확도를 보였다. 더불어 학습된 모델이 공동의 특징을 적절히 학습했는지 확인하기 위해, 모델이 분류 시 입력 영상에서 어떤 부분을 보고 판단하는지 Score-CAM으로 시각화하였다. 이를 토대로 공동이 존재할 시 나타나는 특징을 깊은 신경망 모델이 적절히 학습하였다고 판단하였다. 향후연구에서는 시뮬레이션으로 생성된 데이터와 실제 공동 데이터 간의 유사도를 검증하고 실제 공동 데이터를 통해서 학습된 모델의 성능을 검증해볼 필요성이 있다고 판단된다.

지하공동 규모 평가를 위한 GPR 탐사 기반의 조사 연구

임한주,윤병조,김연규 한국재난정보학회 2023 한국재난정보학회 논문집 Vol.19 No.3

Purpose: The purpose of this study, GPR exploration method was carried out on both actual roadway and mock-up site to compensate for the problems caused by excavation and restoration process. Method: In the experiment on the actual roadway, there was no clear trend for the differences and the ratios of the cavity scales between GPR exploration results and identified cavity. The reason is assumed to be the collapse of cavity during the examination process. Thus, additional mock-up test was performed to prevent the cavity collapse by placing Styrofoam under the ground. Result: Although the soil depth of the predicted cavity and the identified cavity was similar, the difference in the longitudinal and cross-sectional width increased as soil depth increased. Therefore, cavity scales predicted by GPR explorations were larger than the actual cavities for the scale ratios of the longitudinal and cross sections. Conclusion: Based on the correlation between the predicted cavity scales by GPR exploration and the cavity scales identified in the mock-up test, it is possible to qualitatively estimate the cavity scales using the empirical formula proposed in this study.

지하공동의 효율적 충전을 위한 급결 충전 그라우트공법개발에 관한 연구

김수로(Soo-Lo Kim),김태혁(Tae-Heok Kim),신동춘(Dong-Chun Shin),권현호(Hyun-Ho Kwon) 한국암반공학회 2009 터널과지하공간 Vol.19 No.6

지표 하부 공동의 붕괴는 인간 활동의 대상인 도로 및 건물의 안정성에 영향을 미치는 지반침하를 야기할 수 있다. 그러므로 이러한 지반침하를 사전에 예방하기 위해서는 지하공동 충전에 의한 지반보강공법의 적용이 필요하다. 본 연구에서는 장기적으로 친환경적인 칼슘알루미네이트 광물을 지반침하보강공법에 적용하고자 급결 충전물질 및 충전시스템, 급경사 광산채굴적 충전 손실 개선에 관한 현장적용성 연구를 수행하였다. 본 연구에서 개발된 급결 경화 충전물질은 급결 성능재료와 보조 재료로 구성된다. 개발된 재료는 급결 성능 및 수중 불분리 특성을 가지고 있어 수중공동에서 재료의 손실을 최소화하면서 효과적으로 지하댐을 형성하였다. Hg, Cd, As, Cr<SUP>6+</SUP>, Pb와 같은 중금속 용출시험결과, 환경적으로도 적합한 물질로 분석되었다. The collapse of the underground cavity can cause the abrupt local subsidence of the ground surface. It can be hazardous to the stability of road and building for human activity. Therefore it is necessary to develop reinforcement methods for the filling of the underground cavity. This study was executed to improve the material quality and systems to fill the calcium-aluminate mineral (C<SUB>12</SUB>A?) environmentally, and minimize the loss of filling materials for the steep underground cavity. Filling material which was developed in this study is composed of rapid hardening material and additives. The developed material had rapid hardening and non-separation ability in the water cavity condition, so it made the effective underground dam in the cavity with prevention of material loss when it was poured in the water cavity. Results of heavy metal leaching test for environmental assessment showed that it was environmentally suiTable material for the filling in the mine cavity.

소규모 지하공동이 사면안전율 산정에 미치는 영향에 관한 수치해석 연구

안준상,강경남,송기일,김병찬 사단법인 한국터널지하공간학회 2019 한국터널지하공간학회논문집 Vol.21 No.5

지하공동에 관한 정량적인 안정성 평가는 전단강도감소기법 기반의 안전율로 제시가 가능하다. 또한 전단강도감소기법은 사면안정해석에서 일반적으로 사용되고 있는 안정성 평가방법 중에 하나이다. 하지만 지중에 발생 가능성이 많은 공동과 사면의 잠재 파괴면과의 관계를 안정성 평가 시 동시에 고려한 연구는 미흡한 형편이다. 본 연구에서는 소규모 지하공동이 사면의 파괴양상에 미치는 영향에 대해서 전단강도감소기법을 사용하여 분석하였다. 빙하학 연구 중에 일부를고찰해보면, 빙하 내부에 존재하는 공동이 빙하의 슬라이딩 발생 조건 중 하나임을 제시한 사례가 존재한다. 본 연구에서는 전단강도감소기법이 지반공학적으로 사용되고 있는 지하공동의 안정성 및 사면안정해석 분야에 대해서 동시 발생 조건을 고려해서 영향 분석을 수행하였다. 산악도로 하부에 발생 가능성이 있는 지하공동의 형상, 위치 변화에 따른 사면안정해석에 대해서 FLAC3D 프로그램에 내장된 전단강도감소기법을 사용하여 분석하였고, 지하공동이 사면 안전율에미치는 영향을 확인하였다. 사면의 잠재파괴면 인근에 지하공동이 존재하면 안전율 산정에 영향을 미치므로 이에 대한사항을 고려해야 할 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 지하공동 발생 가능성이 있는 사면에 대한 안정해석에 관한 기초자료가 될 수 있을 것으로 판단된다. Quantitative stability assessment of underground cavities can be presented as a factor of safety based on the Shear Strength Reduction Method (SSRM). Also, SSRM is one of the stability evaluation methods commonly used in slope stability analysis. However, there is a lack of research that considers the relationship between the probability of occurrence of cavities in the ground and the potential failure surface of the slope at the same time. In this study, the effect of small underground cavities on the failure behavior of the slope was analyzed by using SSRM. Considering some of the glaciology studies, there is a case that suggests that there is a cavity effect inside the glacier in the condition that the glacier slides. In this study, the stability evaluation of underground cavities and slope stability analysis, where SSRM is used in geotechnical engineering field, was carried out considering simultaneous conditions. The slope stability analysis according to the shape and position change of underground cavities which are likely to occur in the lower part of a mountain road was analyzed by using SSRM in FLAC3D software and the influence of underground cavities on the slope factor of safety was confirmed. If there are underground cavities near slope potential failure surface, it will affect the calculation of a factor of safety. The results of this study are expected to be basic data on slope stability analysis with small underground cavities.

포장 균열 깊이가 공동 관리 등급에 미치는 영향 분석

박정준 한국재난정보학회 2020 한국재난정보학회 논문집 Vol.16 No.3

연구목적: 서울시는 공동관리 등급 기준에 따라 공동의 규모, 아스팔트포장 두께, 포장면의 균열깊이를 고려하여 긴급, 우선, 일반, 관찰등급으로 공동의 위험도를 분류하고 있다. 본 연구에서는 2019년 서울 시 공동조사용역에서 발견된 265개소의 공동의 상부 포장상태를 확인하여 포장균열이 확인된 17개소 에 대하여 균열깊이를 측정하였다. 연구방법: 1차에서는 확인된 공동의 균열 확인을 위하여 버니어 캘 리퍼스, 테이퍼 게이지, 깊이 게이지를 활용하여 균열 폭 및 깊이를 측정하였다. 2차에서는 상부 노면에 서 가장 크게 균열이 발생한 위치를 확인하여 아스콘을 천공 후 균열 깊이를 추가로 측정하였다. 연구결 과: 확인된 시험공동 17개소 중 9개소에서 공동 관리 등급이 상향 조정되었다. 따라서, 긴급복구와 우선 복구의 경우에는 포장 균열 깊이와 잔여 아스팔트 콘크리트 포장 두께에 따라 등급 조정이 필요하다. 결 론: 공동 상부에 균열이 발생한 경우는 천공을 통하여 균열 진행 상태를 파악하고 잔여 아스팔트 콘크리 트 두께를 확인하여 공동등급을 결정해야한다. Purpose: The Seoul Metropolitan Government classifies the cavity risks into emergency, priority, general, and observation grades in consideration of the cavity size, asphalt pavement thickness, and pavement depth based on the cavity management grade criteria of Seoul. In this study, the depth of cracking was measured at 17 cracks identified by checking the pavement condition of the cavity at 265 cavities found in the 2019 cavity investigation service. Method: In the first phase, crack width and depth were measured using a vernier caliper, taper gauge, and depth gauge to check the cracks of the identified cavities. In the second phase, the location of the largest crack in the upper road surface was confirmed, and A.C. was drilled to further measure the crack depth. Results: As a result, the cavity management level was raised in nine of the 17 test cavity identified. Therefore, in case of emergency and priority recovery, the grade should be adjusted according to the depth of pavement crack and the thickness of residual A.C. pavement. Conclusion: In the case of cracks in the upper part of the cavity, the crack progression must be determined through the perforation and the remaining asphalt concrete thickness must be determined to determine the cavity grade.

MIRECO EYE 시스템을 활용한 광산 지하공동의 수치화 및 형상화 분석 연구

김수로(Soo Lo Kim),박제현(Jay Hyun Park),양인재(In Jae Yang) 한국암반공학회 2018 터널과지하공간 Vol.28 No.5

광해방지사업은 인간의 과거 광산 활동과 현재의 삶(환경)과 밀접하게 관련되어 있다. 이는 광산지역이 국가적 관리가 필요한 이유 중 하나이다. 광해방지사업의 효율적 시행을 위해서는 폐광산 지하공간에 대한 정밀한 조사 및 분석이 필요하다. 한국광해관리공단은 지하공동을 실측하고 조사하는 실용화 기술을 개발해오고 있다. MIRECO EYE 시스템은 지하공동의 3차원 수치화 및 형상화 조사장비이다. 레이저, 소나 및 영상측정 기술이 융복합되어 있으며, 접근이 불가능하였던 지하공동에 대한 정보를 획득하고, 광산 지역의 침하 위험관리에 사용되고 있으며, 최근에는 도심지 싱크홀 분야 등 다양한 목적으로도 활용되고 있다. 본 연구는 MIRECO EYE 시스템을 통해 획득된 정밀 수치정보 및 형상정보의 분석에 관한 연구이다. Mine reclamation project is closely related to human’s past mining activities and the current human’s living environment. It is a reason for the national management. In order to efficiently carry out mine reclamation projects, a precise investigation and analysis of the underground space of the abandoned mine is required. Korea MINE RECLAMATION Corp. is developing a practical technology that is effective in investigating and actually measuring underground cavities. MIRECO EYE system is an exploration equipment for 3D digitization and figuration of underground cavities. As combining a laser, sonar and image acquisition technology, it enables access to information about inaccessible underground cavities and effective management of subsidence risk of mined area. and currently it is also utilized for various purposes in related areas such as investigating urban sinkholes. This article is precise numerical and geometric information analysis obtained through MIRECO EYE system.