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

지하에 존재하는 이상체는 안전과 직결될 수 있으므로, 그 분포 여부를 효과적으로 파악해야 한다. 본 연구에서는 도심지 재개발 지역의 지하 이상체를 탐지하기 위해 복합 지구물리탐사를 수행하였다. 공사 일정과 현장 상황을 고려하여 신속하고 정밀한 조사기법이 요구되었다. 넓은 지역을 빠르게 조사할 수 있는 자력 탐사를 사용해 광역탐사를 수행하였고, 높은 주파수의 전자기파를 사용하는 GPR 탐사를 적용하여 정밀탐사를 진행하였다. 광역탐사를 통해 확인된 자기 이상 지역을 지하 이상체 분포가 의심되는 지역으로 선정하고, 의심 지역에 GPR 탐사를 이용한 정밀탐사를 수행하여 지하 이상체의 존재와 분포 심도를 최종 판단하였다. 그리고, 실제 굴착을 통해 판단 결과를 검증하여 판정 결과의 신뢰도가 높음을 확인하였다. 따라서, 본 연구에서 적용한 복합 지구물리탐사는 지하 이상체 분포 여부를 효율적으로 파악할 수 있는 효과적인 기법이라고 판단된다.

암반사면을 대상으로 지상 LiDAR 자료에 대한 반자동 추출기법을 이용하여 암반 표면의 불연속면을 선정하고, 3차원 운동학적 해석을 적용하여 다양한 파괴형태와 발생위치를 파악할 수 있다. 먼저 지상 LiDAR 자료에 대한 반자동 추출기법을 통하여 설악산국립공원의 귀면암 암반사면에 대한 불연속면 군에서 총 480개의 극점을 선정하였다. 귀면암 암반사면의 경사 방향은 서북서와 동남동의 방향이 우세하지만 북북동-남남서 및 북서-남동의 방향도 명확하게 나타났다. 3차원 운동학적 해석을 위하여 DiAna3D 프로그램을 이용하였으며, 주요 불연속면과 지형이 교차되면서 파괴기준을 만족하는 극점의 수를 자동으로 계산하였다. 이를 토대로 평면파괴(PF), 쐐기파괴(WF), 휨전도(FT), 블록전도(BT), 자유낙석(FF)에 대한 운동학적 지수를 산정하였다. 3차원 운동학적 지수에 대한 산정결과 평면파괴(PF)는 0~34.38%, 쐐기파괴(WF)는 0~24.35%, 블록전도(BT)는 0~0.41%, 휨전도(FT)는 0~38.84%, 자유낙석(FF)은 0~40.00%의 범위에 있는 것으로 계산되었다. 귀면암 암반사면의 경우 전체적으로 평면파괴(PF)와 휨전도(FT)가 넓게 분포되어 있으며, 쐐기파괴(WF)와 자유낙석(FF)이 특정구간에서 발생될 가능성이 높은 것으로 나타났다. 또한 파괴가능성이 높은 구간에 대하여 실제 현장조사를 통한 확인을 수행하였다.

기존의 산사태 발생지 조사는 대부분 지역주민의 신고나 현장 탐문에 의존해 많은 인력과 시간이 소요되고 발생지 누락과 시기 불명확성 등의 한계가 존재했다. 본 연구에서는 집중호우 이전 ‧ 이후의 정규식생지수(NDVI)를 활용하여 식생지수 변화가 발생한 지점을 분석하고, 비지도분류 방법인 ISODATA 알고리즘을 활용하여 군집화된 결과물과 비교하여 산사태 발생지를 탐지하였다. 그 결과, NDVI 변화 지점 644개소 중 513개소가 산사태가 발생한 군집과 일치하였으며, 항공영상을 이용한 육안분류 결과 505개소(97.7%)의 산사태 발생지를 탐지하였다. 일부 구역에서 과대 또는 과소 구획이 발생했으나, 피해발생 시기를 파악할 수 있다는 점에서 본 방법은 산사태 연구의 기초자료로 활용도가 높을 것으로 기대된다.

본 연구는 붕괴 요인 간의 상관 분석과 인공지능을 활용한 대책공법 예측을 통해 의미 있는 결과를 도출한다. 대표적인 상관분석 방법인 Cramér’s V 상관계수를 활용하여 도로비탈면관리시스템(cut slope management system, CSMS)의 기초 조사 데이터 중 비탈면 붕괴를 유발하는 주요 요인들(비탈면 종류, 주변 지형, 지하수, 풍화도, 불연속면 방향성, 비탈면 형상, 측면 현상, 붕괴 이력, 뜬돌, 낙석, 암반 형태, 불연속면) 간의 상관 관계를 살펴본다. 또한, Random Forest, XGBoost, LightGBM, CatBoost의 앙상블 기반 알고리즘과 DNN(deep neural network), TabNet의 딥러닝 기반 알고리즘을 활용하여 대책공법인 현상태 유지, 활동 하중 경감 공법, 활동 억제 공법, 낙석 제어 공법, 표면 보호 공법, 수리 제어 공법, 기타 공법의 총 7가지 공법에 대한 예측 모델을 설계한다. 그 결과, 비탈면 붕괴 요인 중 비탈면 종류와 풍화도, 붕괴 이력과 붕괴 유형, 비탈면 종류와 암반 형태가 가장 큰 관계를 가진 것으로 확인되며, 예측에 대해서도 앙상블 기반 알고리즘이 전반적으로 높은 예측 성능을 보였다. 이를 통해 고품질의 데이터베이스를 구축하고, 유사 비탈면 분류와 함께 더 정밀한 대책공법을 제공할 수 있으며, CSMS의 활용도를 높일 수 있을 것으로 기대된다.

이 연구는 2025~2050년까지 RCP2-4.5와 RCP5-8.5 시나리오로 예측한 강원지역의 월평균 기온과 월강수량 자료를 이용하여 기후변화 특성을 분석하고, 가뭄발생 가능성을 평가하기 위해서 수행하였다. 최근 10년 동안 강원지역의 연평균 기온은 11.7°C이고 연강수량은 1,331 mm이다. SSP2-4.5와 SSP5-8.5 시나리오로 2025~2050년까지 예측된 기후자료에 따르면 강원지역의 월평균 기온은 약 0.2~0.6°C 상승하고 모든 지역에서 월평균 기온이 증가하는 것으로 예측되었다. 강원지역의 연강수량은 3~110 mm 증가하지만 철원, 평창 등 일부 지역에서 감소할 것으로 예상된다. 강원지역은 향후 월평균 기온의 증가로 인해 급성가뭄의 발생가능성은 커지고 월강수량의 감소와 편차로 인해 1.9~33.0%에 해당하는 기간에 수문학적 가뭄의 발생 가능성이 있는 것으로 평가되었다. 가뭄발생 가능성 평가 결과, 철원, 화천, 동해 및 삼척에서 가뭄발생 가능성이 상대적으로 높게 평가되었다. SSP2-4.5와 SSP5-8.5 시나리오에 따른 가뭄발생 가능성은 뚜렷한 차이를 보이지 않는다. 이번 연구의 결과는 강원지역의 가뭄발생 특성을 이해하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 시멘트 모르타르로 제작한 모형사면에 대하여 재료의 상사성을 검토하고 절리면의 거칠기, 충전물의 두께, 정속도 수압증가 및 정수압 하중 등의 다양한 지질공학적 조건의 시나리오를 고려하여 모형사면의 파괴실험을 수행하였다. 모형사면의 변위 거동은 전자프로브와 데이터로거에 의해 측정 ‧ 기록되었으며 사면의 거동분석 및 파괴시간 추정을 위한 입력자료로 사용되었다. 모형사면의 파괴시간 추정은 역속도법, 로그시간-로그속도법, 로그속도-로그가속도법, 비선형 최소자승법을 적용하였다. 모형사면에서 활동면의 거동은 인장균열에서 정속도로 수압 하중이 증가할 때 2차 크리프 형태의 선형에서 3차 크리프 형태의 지수형으로 전이가 일어나는데, 거칠기가 거칠어질수록 또는 충전물이 두꺼워질수록 지수형을 유지하는 시간이 길어진다. 파괴 시 수압 하중의 양은 거칠기가 증가할수록 또는 충전물의 두께가 감소할수록 증가한다. 모형사면은 인장균열에 정수압 하중을 가했을 때 한계평형 상태에 도달하지 못한 조건에서도 재료의 무게 및 정수압 하중에 의해 크리프 형태의 지수형 파괴거동이 나타났다. 물리모형에서 측정한 파괴시간은 시간-변위에 대한 비선형최소자승법을 적용하여 추정한 파괴시간과 가장 잘 일치하였다. 또한, 로그시간-로그속도법과 로그속도-로그가속도법도 측정치와 근접한 추정치를 도출하였으며 역속도법을 제외한 모든 방법론은 암반 사면의 거동 및 파괴시간 추정에 활용할 수 있을 것으로 평가되었다.

본 연구는 서울과 서울 북부 및 경기 지역에서 수행한 수압파쇄시험 결과를 이 지역에 광범위하게 분포하고 있는 서울화강암과 이를 둘러싸고 있는 선캠브리아기 편마암으로 구분하여 분석하였다. 서울 북부에 분포하는 서울화강암의 동북부 경계 지역에서 측정된 천부 고응력은 지질적인 요인보다는 지형적 요인에 의한 영향이 더 큰 것으로 나타났다. 연구지역에서 측정한 응력장의 방향은 현재 한반도의 전체 응력장 방향과 유사한 방향으로 분포하고 있으나, 단층이 지나가는 인근 측점 중 일부의 응력장의 방향은 단층의 영향으로 단층과 유사한 방향을 나타내고 있다. 수압파쇄법으로 산정한 인장강도는 서울화강암이 선캠브리아기 편마암보다 전반적으로 크게 나타났으며, 인장강도 변화의 폭도 더 크게 나타났다.

이 연구는 환선굴(천연기념물)의 수질특성을 이용하여 동굴수 및 용존성분의 기원을 밝히고 농업활동이 동굴수에 미치는 영향을 평가하기 위해서 수행되었다. 2023년 11월부터 2024년 9월까지 환선굴의 20개 지점에서 월별 현장수질을 측정하고 화학조성을 분석하였다. 수온, pH 및 ORP는 지점별 뚜렷한 차이를 보이지 않았지만, EC는 지점별 뚜렷한 차이를 보였다. 동굴수의 수질유형은 Ca-HCO₃이며, 주로 강수, 물-암석 반응 및 농업활동에 의해 조절되었다. 용존성분 중에 대표적인 오염물질인 Cl^-, NO₃^-, SO₄^2-의 배경값은 각각 5.1, 17.5 및 4.1 mg/L로 산정되었으며, 배경값보다 높은 농도를 보이는 빈도를 이용하여 농업활동의 영향을 평가하였다. 환선굴 동쪽 수로가 농업활동에 의한 영향을 가장 많이 받고 있으며, 서쪽의 낙수는 일시적으로 농업활동에 의한 영향을 받는 것으로 평가되었다. 전체 지점 중에 약 55%가 농업활동에 의해서 영향을 받고 있지만, 오염이 심각하게 진행되지 않은 것으로 판단된다. 그러나 농업활동의 영향으로 인해 동굴 내부의 수질이 악화되고, 동굴환경이 변화할 수 있으므로 농업활동의 영향을 지속적으로 평가하는 것이 필요하다.

방사성 폐기분 처분시설(이하 ‘방폐장’)은 방사성 핵종의 누출 평가를 위해 건설 중, 운영 중 및 폐쇄 후에도 안전성 확보를 위한 지속적인 부지특성 모니터링이 필요하다. 특히, 해안 부근의 방폐장은 해수의 영향을 받아 결정질암의 투수성이 증가하거나 단열대의 생성 가능성이 높아 지속적인 모니터링이 요구된다. 시추공에서 취득한 시료를 활용한 모니터링은 높은 정확성을 제공하지만, 제한된 지점 정보만 제공하기 때문에 공간적 해석에는 한계가 있다. 반면, 지구물리탐사는 2차원, 3차원의 자료를 확보하여 넓은 영역의 지하구조를 평가할 수 있는 유용한 기법이다. 그 중 지표투과레이더(ground penetrating radar, GPR)는 비파괴적이며, 짧은 시간 안에 깊은 심도의 자료를 취득할 수 있어 활용도가 높다. 이 연구에서는 경주 중 ‧ 저준위 방폐장이 위치한 해안선을 따라 장심도 GPR 탐사를 수행하여 해수 침투 특성을 평가하였다. 더불어, 방폐장 부지에 대한 기존 지하수 유동 모델링 결과와 지하수 전기전도도 모니터링 자료와 비교 ‧ 검토하여 장심도 GPR 탐사가 해수 침투 관련 모니터링에 적용할 수 있는지를 확인하였다. 장심도 GPR 탐사 자료와 지하수 관정 내 전기전도도 자료를 비교 검토하여 해수 침투 특성 평가를 위한 장심도 GPR의 정확도가 확보됨을 확인하였다. 이는 GPR 탐사가 해수 침투 평가를 위한 지하수 유동 모델링의 검증을 위한 방법으로 이용될 수 있으며, 수리지질학적 특성과 연계되는 구조 지질학적 특성 조사 및 부지특성 모니터링과 연계하여 사용될 수 있음을 확인하였다.

광물찌꺼기의 유실로 인한 하천퇴적토의 중금속 오염은 수질과 생태계에 심각한 영향을 미치는 환경 문제로 대두되고 있다. 선행 연구에서는 하천퇴적토 내 중금속의 공간적 분포 및 계절적 변화, 입도별 중금속 농도 특성 등 다양한 연구가 수행되었으나, 입도별 중금속 농도 특성과 물세척법 적용 전 ‧ 후의 저감 효율을 분석한 연구는 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구는 낙동강 상류 안동댐 유역에서 광물찌꺼기 유입 하천퇴적토를 대상으로 입도별 중금속 농도를 평가하고, 물세척법을 적용하여 중금속 오염 저감 효율을 분석하였다. 하천퇴적토를 4개의 입도 구간(2.00~1.00, 1.00~0.25, 0.25~0.075, <0.075 mm)으로 분류하여 중금속 농도를 분석한 결과, 입자가 미세해질수록 중금속 농도는 증가하는 경향을 보였으며, As는 모든 입도구간에서 토양오염대책기준 2지역 대책기준치(As > 150 mg/kg)을 초과하는 것으로 확인되었다. 물세척법을 적용한 결과, 모든 토양 입도 구간에서 중금속 농도가 평균 35.6% 감소하였으며, 특히, 1.00~0.25 mm의 입도 구간에서 가장 높은 저감 효율(평균 46.29%)을 보여주었다. 본 연구는 물세척법이 광물찌꺼기 유입 하천퇴적토의 중금속 오염 저감에 있어 경제적이고 효율적인 정화 기술로 활용될 수 있음을 보여주었으며, 하천퇴적토의 효과적인 복원과 지속 가능한 관리 전략 수립을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

최근 발생한 극한기후 등의 기후변화로 인해 계획홍수량 이상의 홍수량이 발생하여 하천 제방의 유실 및 붕괴 등 대규모 피해가 발생하였다. 이러한 하천 제방의 대규모 피해는 제방의 제원으로 인한 원인보다는 제체 및 기초 지반의 누수와 파이핑 등에 의한 유실로 인해 발생하는 것으로 조사되었다. 이에 따라 국가하천 제방 안정성 평가 및 종합관리 체계가 제시되었으나, 해당 체계는 설계기준에 따른 최소 기준 안전율의 만족 여부 만을 검토하는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 평가체계의 일환으로 Kim et al.(2018)이 제시한 하천제방 안전도 평가체계를 차용하여 최근 설계기준 등을 반영하여 수정하였다. 본 연구를 통해 수정된 하천제방 안전도 평가체계를 통해 국가하천인 안성천을 대상으로 안전도 평가를 수행하고 안전도 평가체계의 적용성을 검토하였다. 수정된 하천제방 안전도평가체계를 통한 시범평가 결과, 같은 종합 안전도 등급이 산정되었음에도 취약도 점수가 달라 보수 ‧ 보강의 우선순위를 결정할 수 있었으며, 이에 따른 정비사업의 우선순위 결정에 효과적인 것으로 검토되었다.

댐은 하천의 물을 조절하기 위해서 인공적으로 저수지를 만드는 것이다. 여유가 있을 때 물을 저수지에 가두었다가 자연 유량이 부족할 때 저수지로부터 흘려보내는 기능을 가진다. 하지만 노후 저수지의 경우, 지진동에 의한 붕괴가 발생하였을 때, 인명피해를 가져오며, 많은 복구비용이 발생되므로 사전예방이 중요하다. 본 연구에서는 노후화된 저수지 제방의 사석보강 단면에 따라 다양한 지진파에 따른 제방에 미치는 영향을 확인하고자 1g 진동대 시험기에 모형제방을 조성하여 지진모형 실험을 수행하였다. 실험결과, 평균적으로 무보강 대비 최대지반가속도(peak ground acceleration, PGA) 증폭 감소율은 상류사면에서 부분보강시 10%, 전면보강시 19%, 중심부에서 부분보강시 13%, 전면보강시 20% , 하류 사면에서 부분보강시 9%, 전면보강시 12%로 확인되었다. 보강단면에 따른 PGA분석 결과, 감소율은 최소 7.6%에서 최대 17.6%로 확인되었으며, 보강효과에 따라 평균적으로 13.0% 이상 증폭율이 감소한 것을 확인할 수 있다.

미세플라스틱은 최근 중요한 환경오염 물질로 부상하고 있으며 특히 대수층 내에서의 존재는 생태계와 인체 건강에 잠재적인 위험을 초래할 수 있다. 본 고찰에서는 대수층 내에서 미세플라스틱의 이동 기작에 대한 현재의 이해를 물리적, 화학적, 생물학적 상호작용을 포함하여 살펴보았다. 공극 크기, 투수성, 지화학적 조건과 같은 대수층의 특성이 미세플라스틱 이동성에 어떻게 영향을 미치는지를 검토하고, 대수층 내 미세플라스틱 축적에 기여하는 다양한 요인과 지하수 수질 및 수생 생태계에 미치는 잠재적 영향을 평가하였다. 또한 대수층에서 미세플라스틱 이동을 예측하는 기존 모델들을 살펴보고, 현재 방법론(접근법)의 한계와 향후 과제를 논의하였다. 마지막으로 본 고찰은 현재 연구의 격차를 살펴보고 미세플라스틱 오염으로부터 지하수 자원을 보호하기 위한 향후 연구와 정책적 방안을 제시하였다.

국내에서 고준위방사성폐기물 관리를 위한 대안으로 핀란드식 심층처분 개념을 우선 고려하고 있다. 심층처분시설 개발을 위해서는 부지확보가 필수적이고 이를 위해서는 체계적인 부지선정 기준 마련이 요구된다. 독일의 경우 제외기준, 최소기준, 지구과학적 가중기준 등을 단계적으로 적용토록 법제화하여 심층처분 부지확보 대국민 수용성 확보와 사업추진의 시행착오를 최소화하였다. 본 연구결과는 향후 부지선정과 관련된 세부 부지선정 단계별 부지선정 요건 및 기준, 적용 절차 마련에 기술적 기반자료로 활용될 수 있을 것이다.

방사능탐사는 암석이나 토양에 포함되어 있는 방사성 동위원소부터 방출되는 방사선의 강도나 에너지를 측정하여 지표층의 지질 상황을 해석하는 탐사법이다. 현장에서 탐사 방법과 자료 획득의 효율이 높고, 분석 및 해석이 비교적 쉬운 장점을 가지고 있어 다른 물리탐사 방법과 함께 널리 활용되고 있다. 그러나 국내에서는 항공 방사능탐사는 한국지질자원연구원에서 1982년부터 전국토를 대상으로 방사능도 작성을 위해 지속적으로 연구를 수행해 오고 있지만, 지상의 방사능탐사는 현장 적용 사례가 거의 없는 실정이다. 따라서 이 기술보고에서는 지상 방사능탐사의 기술 보급을 위하여 3가지 현장 적용 사례를 소개함으로써 지질조사 및 자원탐사에 유용함을 알리고자 한다.