The Journal of Engineering Geology ISSN:1226-5268(Print) 2287-7169(Online) 지질공학

단층, 균열과 같은 암반 불연속면은 수치모델에서 얇은 연속체 요소 또는 불연속 마찰면으로 표현된다. 본 연구에서는 수치모델에서 이 두 가지 불연속면 표현 방식이 불연속면 주변의 응력 교란을 모사하는 데 있어 효율성을 검토하였다. 각 불연속면 표현 방식에 따라 두 가지 모델 사례를 시험하였다. 하나는 단순한 이차원 단층 모델이고 다른 하나는 균열의 존재에 의해 교란되는 시추공벽 응력 모델이다. 각 모델 사례에서 불연속면을 얇은 탄성물질로 표현한 경우와 불연속 마찰면으로 모델링한 경우를 비교하였다. 연속체 요소의 주 입력 변수는 탄성상수로, 불연속 평면의 주요 입력 변수는 마찰 물성으로 부여하였다. 이들 물성에 합리적인 값을 부여한 후 모델링한 결과를 실제 현장이나 시추공에서 관찰한 결과와 비교하여 성능을 검사하였다. 모델 시험 결과는 연속체 모델 접근 방식이 불연속성 주변의 응력 교란을 모사하는 데 더 효과적임을 보여준다.

본 논문은 폐광산 활용을 위한 기초자료로 국내외 폐광산 활용 사례를 조사하여 주요 광종, 채굴방법, 활용 용도, 부지 이용, 사업 주체, 개발 규모 등의 일반정보, 지질정보, 한계점을 파악하고, 이를 토대로 국내 폐광산 활용 모델을 위한 기술적 기반을 제공하기 위함이다. 기관 보고서, 보도자료, 논문 등을 통하여 국내 사례 31개와 국외 사례 85개를 조사하였다. 활용 분야는 관광/체험, 레저/체육, 문화/예술, 농업/저장, 폐기물처분장, 데이터센터, 발전/산업, 연구 등 8개로 분류기준을 수립하였다. 국내외 활용 사례 중 활용 분야는 관광/체험이 가장 높은 비중을 나타냈고, 관광/체험, 레저/체육, 문화/예술 3분야에서 약 75% 이상의 비중을 차지했다. 폐광산 활용 사례를 광종별로 분류한 결과 금속, 비금속, 석탄 광산은 비슷한 비중을 나타냈고, 채굴 방법에 따라 분류한 결과 지하 채굴이 노천 채굴 보다 약 5배 더 높은 것으로 나타났다. 갱내, 노천채굴지, 광산부지, 광산주변, 갱내+광산주변, 광산부지+광산주변, 광산부지+노천채굴지 등 8개로 구분하여 분석한 결과 갱내, 갱내+광산부지를 주로 활용한 것으로 나타났다. 폐광산 활용 비중이 관광/체험, 레저/체육, 문화/예술 3개 분야와 갱내, 광산부지에서 크게 나타난 이유는 갱내환경, 입지조건, 공간여건 등이 크게 제한되기 때문인 것으로 판단된다. 본 연구자료와 광해 발생 정도, 사업성 평가, 홍보 등 다양한 특성을 고려하면 국내 폐광지역 도시재생사업에 시사점을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 진주시 미천면 반지리에서 발생한 땅밀림지의 지질 ‧ 지형, 이상징후, 시추조사, 지형습윤지수 등 몇 가지 요인분석을 통해 효율적으로 땅밀림 진행방향과 위험지를 판정하였다. 땅밀림은 사면 내부의 지하수로 인해 토층 전체가 미끄러지는 재해이다. 이 지역은 사면 내 계곡부가 존재하지 않으며 산지 유형은 볼록한 지형으로 나타났다. 지질시대는 신생대 백악기로 경상누층군으로 나타났으며, 암상은 사암, 이암 셰일로 땅밀림에 취약한 지질로 나타났다. 지하수가 흐르는 방향과 수목 휨 현상, 지하수 유출, 돌담 배부름 현상이 나타난 방향이 일치하는 결과를 나타냈으며, 지형습윤지수 분석결과 계곡부가 없음에도 1차 유로와 비슷한 수치를 나타내었으며, 과거 항공사진에서는 지형습윤지수가 높게 나타난 지점이 붕괴됨을 파악할 수 있었다. 따라서 시추 및 땅밀림 이상징후, 지형습윤지수 등 몇 가지 요인을 분석하여 땅밀림 진행방향을 파악함으로써 안정공사 위치선정과 재빠른 경계 피난 대책을 수립할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 경상남도 산청군 오부면 방곡리 땅밀림지를 중심으로 간이계측기를 활용하여 인장균열의 이동양상 변화 및 땅밀림지 특성을 규명하기 위하여 실시하였다. 그 결과, 땅밀림이 최대 4.4cm까지 발생하였고, 대조구에 비해 약 3 cm 이상의 단차 이동이 관찰되었다. 이 지역은 도로개설 및 산지절취로 인해 땅밀림이 발생하였으며 하단부에 도로와 저수지가 연접하고 있어 집중호우 시 땅밀림이 재발생하게 되면 대형 재해가 발생할 우려가 있다. 땅밀림지의 평균산지경사는 27.8°로 산복부로부터 산각부로 강우에 의한 집수가 용이한 지역이었다. 토양경도는 땅밀림지 하부와 대조구의 평균 차이가 통계적으로 유의미하게 나타났다. 전기비저항 탐사결과 우기 전 사면보다 우기 후 사면에서 저비저항 이상대가 깊게 나타났으며, 풍화토와 풍화암이 깊게 배치된 것으로 나타났다. 따라서 땅밀림지의 지속적인 모니터링과 거동특성의 파악이 땅밀림으로 발생할 수 있는 재해를 예방하기 위한 대응방안임을 확인할 수 있었다.

본 연구는 고성토부에 시공되는 교대 구간 성토재와 뒤채움채의 장기적인 Creep 변위 발생을 고려한 교대 안정성을 수치해석적으로 검토하였다. 연구방향은 교대 뒤채움재료로 일반성토재와 경량기포토를 비교 ‧ 검토하는 데 있다. 연구 결과 일반성토재와 경량기포토를 교대 뒤채움 재료로 적용했을 경우 교대의 활동안정성에는 큰 변화가 없으나, 수평변위는 경량기포토 적용시 일반성토재의 약 3.9~14.1% 수준으로 감소되었다. 따라서, 고성토 교대구간에 경량기포토를 뒤채움재로 적용시 토압 경감에 따른 교대 안정성이 확보되는 결과가 도출되었다. 따라서, 시공중 경량기포토의 적용은 교대 안정성에 기여할 수 있는 것으로 연구되었다.

지표수 퇴적물의 수직 수리전도도는 지하수와 지표수 간 상호작용을 평가하고 이해하는 데 필수적인 변수이다. 이 연구에서는 실험실 현장 조건에서 변수두 투수시험을 수행하고, 그 결과를 Chen, Genereux, Lee 방법으로 분석하여 구한 수직 수리전도도 값을 비교하였다. 모래수조 수위를 기준한 수위 측정값을 적용하는 Chen 방법에 의한 수직 수리전도도는 모래수조 내 물의 수직 흐름의 방향과 크기에 크게 영향을 받는다. 반면 Genereux와 Lee 방법에 의한 결과들은 모래수조 내 물의 수직 흐름 방향과 크기에 무관하게 대체로 일정한 값을 유지했다. Chen 방법에 의한 수직 수리전도도 결정에 있어서의 문제점은 수위 측정값이 변수두 투수시험동안 퍼미아미터 상단부에 작용되는 실제의 가압수두를 반영하지 못하는 데 있는 것으로 판단되며, Genereux 방법에서와 같이 퍼미아미터 내 퇴적물 상단부의 시험 전 안정수위를 기준하여 측정한 수위를 가압수두로 하여 구한 수직 수리전도도 값들은 Genereux 방법에 의한 결과와 근사한 차이를 보인다. 이러한 결과는 Genereux 방법에서 요구되는 수직 및 수평 수리전도도 비율의 제곱근을 나타내는 미지의 변수 m 값이 수직 수리전도도 결정에 크게 영향을 미치지 않음을 지시한다. Lee 방법은 수리전도도 계산에 m 값을 필요로 하지 않을 뿐 아니라 퇴적물 상단부의 안정수위 측정이 요구되지 않는다는 점에서 다른 방법에 비해 수리전도도 산출에 유리한 방법으로 평가되나, 퍼미아미터 내 퇴적물 하단부의 수위가 지표수위 근처에 형성되어 야기되는 수위 측정 정확도 문제는 수직 수리전도도의 신뢰도를 떨어뜨리는 문제점이 확인된다.

본 연구에서는 비탈면과 층리면의 경사방향 차이에 따른 비탈면의 안정성과 도로면에 수직인 단면과 층리면에 수직인 단면에서 비탈면 보강시 비탈면의 안정성 변화를 검토하였다. 연구결과 비탈면과 층리면의 경사방향 차 0~30° 시 비탈면의 안전율은 경사방향의 차이가 증가될수록 약 91.2~96.6% 내외로 감소되는 것으로 분석되었다. 특히, 경사방향 ≥20°일 경우 비탈면의 안정성은 확보되지 못하는 것으로 분석되었다. 도로면과 층리면에 수직인 단면에 동일한 보강 조건을 적용한 결과, 층리면의 수직인 단면의 안전율은 도로면에 수직인 단면 안전율의 72.0~91.6%로 산정되었으며, 비탈면의 안전율은 단면변화에 따라 8.4~28.0% 감소되는 것으로 검토되었다. 따라서, 층리면이 있는 비탈면 검토시 보강력 감소와 단면 변화에 따른 비탈면의 안정성을 확보하기 위해 비탈면 방향성을 고려한 보강 계획이 필요하다. 본 연구에서 제시한 경사방향을 고려한 비탈면 연구자료는 향후 퇴적암에 대한 보강계획시 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

지질공원은 지질학적으로 가치가 있는 지질유산을 교육 및 관광을 통해 자발적인 보전과 지역 경제 발전에 기여하는 프로그램으로서, 국내외 중요성과 관심이 점차 증가하고 있다. 경북 동해안 지질공원 중 하나인 내연산 12폭포는 다양한 지질구조의 형성과 아름다운 경관을 제공하는 관광지이지만 주요 탐방로의 주변이 급경사지 및 절벽 등으로 토석류의 위험에 노출되어 있다. 하지만 탐방로에 대한 토석류와 같은 재해위험성 평가 및 탐방로 관리 체계 수립에 대한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 연구는 내연산 12폭포 탐방로에 대한 토석류 확산범위 예측을 하기 위해 단순화시킨 dfwalk 모델을 적용하였다. 초기 토사 붕괴지점은 산림청에서 제공하는 산사태 위험지도 1등급 구역을 활용하였으며, 초기 토사붕괴량은 산사태 위험지도의 1등급 면적과 Z-model을 통해 도출된 토심의 곱으로 산정하였다. 이후 토석류의 이동확률 및 확산범위를 파악하기 위해 simple flow routing 기법을 적용하고 10,000회의 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하였다. 분석 결과, 내연산 2코스 탐방로 약 8.5 km 중 약 10%에 해당하는 부분이 토석류에 취약한 것으로 예측되었다. 또한 내연산 12폭포 중 7개의 폭포구간이 토석류에 대한 취약성이 높게 나타났으며, 5개 구간은 토석류의 영향이 거의 미미한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 지질공원 내 토석류 위험구간을 사전에 파악하고 대피로를 사전에 설정함에 있어 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 논문은 산사태 조기 예 ‧ 경보에 전 세계적으로 사용되는 신축계 데이터의 프로세싱 혁신에 그 목적이 있다. 현재의 경간 중심 분석은 실체적 사면 거동 파악에 심각한 오류를 야기하고 있다. 말뚝 간 와이어로 연결된 경간 길이 변화는 임의 두 지점 간 변동 양상에 관한 분절된 정보에 불과할 뿐, 개별 말뚝의 이동량과 경간 변위 사이에는 직접적인 관계가 없음을 실험을 통해 검증하였다. 와이어로 변위가 전달되는 상관관계 분석을 통해 변위 확산 ‧ 전파 구조를 규명하였으며, 현상학적 실사례 고찰은 이를 입증하였다. 시 ‧ 공간 기반 특성 알고리즘을 활용, 관측 대상 모든 점의 위치 이동을 추적함으로써, 경간 길이 변화에 절대적으로 의존하고 있는 현재의 위험 판단 인식모형을 재평가하였다. 이를 바탕으로, 실체적 거동의 신뢰성을 높이며, 변상 진행에 따른 의사결정 한계를 극복함으로써 위기 대처 능력을 한층 더 고양 시킬 수 있을 것으로 기대한다.

고준위방사성폐기물 심층 처분시설이 설치되는 지반은 자연적인 생성 과정을 통해 형성되므로 공간적 변동성과 불균질성이 존재한다. 특히, 처분시설이 위치하는 수백 m의 지하 지반에 대한 특성은 지표면에서의 조사나 시추공 자료를 통해 완벽하게 파악하기 어렵기 때문에 상당한 규모의 불확실성이 개입된다. 이러한 불확실성은 처분시설 건설의 안전성과 경제성 확보에 큰 영향을 미치기 때문에, 설계 단계에서 이를 체계적으로 관리하는 방안이 요구된다. 본 논문에서는 지반의 불확실성을 고려한 설계법인 관찰 기법을 중심으로, 전통적 설계 기법과의 차이점 및 적용 절차를 분석하였다. 또한, 관찰 기법이 적용된 스웨덴의 Äspö Hard Rock Laboratory, 핀란드의 ONKALO, 캐나다의 지하연구시설의 사례를 분석하였으며, 이를 통해 해당 설계법이 불확실성을 효과적으로 관리하고 설계와 건설 과정에서의 안정성 및 경제성, 그리고 유연성을 높이기 위한 효과적인 방법임을 확인하였다. 이와 같은 국외 사례를 통해 복잡한 지반의 특성으로 인해 불확실성이 크게 개입되는 현장에서 관찰 기법은 현장의 여건을 반영한 적절한 건설공법의 선정 및 지반 상태를 반영한 설계안의 도출 그리고 실제 현장 여건을 반영한 시공 방법의 조정이라는 중요한 장점을 가지고 있음을 확인하였다. 국내 지질 환경 또한 복잡한 지질구조와 높은 변동성을 지니고 있어, 향후 국내 지하연구시설 및 심층처분장 건설 과정에서도 상당한 규모의 불확실성이 개입될 것으로 예상된다. 따라서 지반 공사 중 발생할 수 있는 불확실성을 체계적으로 관리하기 위해 관찰 기법의 도입을 적극 검토할 필요가 있을 것으로 판단된다.