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

최근 해상풍력 단지 개발과 선박 운항의 증가로 인해 저주파 대역을 포함한 인위적 수중 소음이 급증함에 따라, 해양환경에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위한 정밀한 소음 전파 예측 기술의 중요성이 대두되고 있다. 특히 파장이 긴 저주파 음파는 해저 지반 깊은 곳까지 에너지가 침투하므로 지층의 탄성적 거동이 음파 전파에 지대한 영향을 미치지만, 기존의 유체 근사 기반 수중음향 모델은 지반 내 전단파 발생 및 해저면에서의 모드 변환 효과를 반영하지 못해 예측에 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 복잡한 해저 지층의 탄성 특성을 효과적으로 고려할 수 있는 파동방정식 기반의 시간 영역 유한차분법알고리듬을 이용하여 수중 음파전달모델을 구현하였다. 구현된 모델은 이론적 해석해 및 표준 포물선 방정식 모델과의 비교 검증을 통해 신뢰성을 입증하였다. 나아가 실제 해양 환경과 유사한 복잡한 벤치마크 지층 모델에 적용하여 시뮬레이션을 수행한 결과, 기존 모델로는 관찰하기 어려운 지층 경계면에서의 다중 산란 및 탄성 효과가 반영된 복잡한 간섭 패턴을 효과적으로 모사함을 확인하였다. 본 연구 결과는 복잡한 해저 지형 및 지질 특성을 갖는 해역에서의 수중 음파 전달 특성을 정밀하게 규명할 수 있어, 향후 보다 신뢰성 있는 수중 소음 영향 분석 도구로 활용될 것으로 기대된다.

한반도 재생에너지 변동성 대응을 위해 제주도를 대상으로 출력제한 대응 체계 적지를 분석하였다. 제주도는 국내 신재생에너지 비중이 가장 높아 출력제한 문제가 심화되고 있다. 본 연구는 변동성 대안으로 지중 열에너지 저장(Underground Thermal Energy Storage, UTES)을 제안하고 잉여에너지 산정과 시추지질주상도 분석을 통해 최적 입지를 도출하였다. 잉여에너지 산정은 Geographic Information System (GIS)와 Typical Meteorological Year (TMY) 기반 태양광·풍력 잠재량 추정, 제주 전력 수요 데이터를 종합 분석하여 수행하였다. 분석 결과 남원읍과 안덕면에서 연간 3,000회 이상, 500 GWh 이상의 잉여에너지 발생을 추정했으며, 저장을 위해 각각 41,200 m³, 34,300 m³의 현무암 지층이 필요함을 확인하였다. 시추지질주상도 분석을 통해 해당 부피를 확보할 수 있는 지형을 확인하여 설치 적합

2017년 포항지진(M_w 5.4) 당시 국내 최초로 액상화 현상이 관측됨에 따라, 국내 액상화 평가기준이 개정되었다. 포항지진 이전에는 구조물기초설계기준(2016)에 따라 안전율(factor of safety, FS) 1.5가 적용되었으나, 이후 개정된 내진설계일반(2018)에서는 안전율 1.0으로 변경되어 현재까지 적용되고 있다. 이번 연구는 구조물기초설계기준(2016)과 내진설계일반(2018)에 제시된 평가기준을 적용하여 액상화 평가를 수행하고, 그 결과를 비교·분석함으로써 국내 액상화 평가기준의 적정성을 검토하고자 하였다. 액상화 평가는 안전율과 액상화 가능지수(Liquefaction Potential Index, LPI)를 활용하여 수행하였다. 분석 결과, 기존 및 개정 기준 모두 연구지역의 지반 조건을 충분히 반영하지 못하는 한계가 확인되었다. 이러한 한계를 보완하기 위해 안전율 기준을 세분화하고, 각 안전율에 따라 도출된 결과와 액상화 가능지수 분포 간의 공간적 일치도를 비교·분석하였다. 분석 결과, 안전율 1.1에서 안전율 기반 평가와 액상화 가능지수 간의 공간적 일치도가 가장 높게 나타났으며, 이는 연구지역인 서울의 지반 조건을 합리적으로 반영하는 것으로 판단된다. 따라서 연구지역의 지반 특성을 고려한 새로운 액상화 평가기준 안전율 1.1을 제안한다.

본 연구에서는 부산지역 대표적인 자연산지 권역인 백양산, 황령산, 장산, 구덕산을 대상으로 총 280개 토질시료를 수집 및 분석하고, 지구통계학적 기법인 크리깅을 활용하여 지반공학 분포지도(geotechnical soil maps, GSMs)를 작성하였다. 분석 대상은 비중, 실트 및 점토함유량, 간극비, 건조단위중량, 투수계수, 점착력, 내부마찰각 등 7개 주요 지반정수이며, 이를 공간적으로 시각화하여 지역별 지반특성의 변동성을 제시하였다. 그 결과 황령산은 실트 및 점토함유량이 가장 높았고, 백양산과 구덕산은 건조단위중량과 투수계수가 상대적으로 높게 나타났다. 장산은 점착력이 크게 나타났으며, 황령산은 내부마찰각이 높은 특성을 보였다. 지질조건별로는 화산암 지역에서 높은 간극비와 점착력이, 퇴적암 지역에서 높은 비중과 실트 및 점토함유량이, 화강암 지역에서 높은 건조단위중량과 투수계수가 확인되었다. 또한 실트 및 점토함유량과 투수계수는 지수함수 형태의 반비례 관계를 보였으며, 화강암 지역에서는 급격한 증가경향이 나타났다. 본 연구에서 제시된 지반공학 분포지도(GSMs)는 지반구조물 설계 및 산사태와 같은 지반재해 예측을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

대형 산불은 광범위한 산림을 단기간에 소실시키며 생태계와 사회 전반에 막대한 영향을 미치는 대표적 재해 중 하나이다. 본 연구는 Landsat 8/9 위성 영상을 이용해 2015–2025년 사이 국내에서 발생한 1,000 ha 이상, 3일 이상 지속된 초대형 산불을 분석하였다. 산불 전/후 영상을 통해 정규화 연소지수 차이(differenced Normalized Burn Ratio, dNBR)를 산출하고, United States Geological Survey (USGS) 기준에 따라 5개 등급으로 분류하였다. 특히 Class 4 (High Severity, dNBR ≥ 0.66)를 실질적 소실 영역으로 간주하여 피해 규모를 산정한 결과, 2025년 의성–경북 산불은 약 22,837 ha, 2022년 울진–삼척 산불은 약 2,074 ha, 2020년 안동 산불은 약 584 ha로 나타났다. 이는 행정적·법적 산정 기준인 산림청 집계와 비교했을 때 과대추정을 완화하면서도 심각한 피해 특성을 반영한다는 점에서 의미가 있다. 본 연구는 Class 4 기반 dNBR 분석이 초대형 산불의 실질적 피해를 정량화하는 데 유용하며, 향후 산불 취약성 평가 및 확산 시뮬레이션의 기초자료로 활용될 수 있을 것이라 판단된다.

고속도로의 많은 단경간 교량은 라멘교 형식이 적용된다. 라멘교의 경우, 벽체와 슬래브가 일체화되어 구조적으로 안정적이지만 교대와 뒷채움재 간 재료의 이질적 특성으로 인해 부등침하가 발생하고, 이로 인해 주행 시 운전자에게 불편감이 발생한다. 이에 따라 본 연구에서는 기존 단경간 라멘교를 순수형 보강토교대로 설계하였다. 순수형 보강토교대는 허용응력설계법으로 설계하였으며, 3차원 유한요소해석을 통해 라멘교와 순수형 보강토교대의 노면 침하량을 산정하였다. 산정된 노면 침하량을 적용하여 차량동적해석을 수행하였으며 차량 주행속도에 따른 운전자가 느끼는 가속도를 산정하였다. 산정된 주행 가속도는 ISO 2631 기준에 따라 운전자가 느끼는 불편함을 평가하여 라멘교와 순수형 보강토교대의 차량 주행성을 정량적으로 평가하였다. 연구결과, 순수형 보강토교대는 라멘교에 비해 우수한 주행성을 확보한 것으로 검토되었다.

본 연구는 기후변화에 따른 산림 재난의 대형화에 대응하여, 방재와 수자원 확보 기능을 동시에 수행하는 ‘다목적 사방댐’의 객관적 입지 선정 체계를 구축하고자 수행되었다. AHP 기법을 통해 전문가 지표를 분석한 결과, 대항목 가중치는 적합성(0.61) > 시공성·안정성(0.25) > 환경성(0.14) 순으로 나타났다. 세부 지표에서는 상수 유무(0.19), 위험요인과의 이격 거리(0.27), 상수원 보호구역(0.28)이 각 항목 내 가장 높은 비중을 차지하였다. 즉, 입지 선정 시 수자원 확보의 실효성과 산림 항공기(헬기)의 취수 안전성이 최우선 척도로 나타난 것으로 판단된다. 전국 5개 시범 대상지 적용 결과, 기능적 적합성과 항공 운용 안전성이 우수한 충북 단양군(0.57)이 최적지로 도출되어 모델의 변별력을 입증하였다. 본 연구의 평가지표는 향후 다목적 사방댐 확충 시 합리적인 의사결정 가이드라인으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

양산단층에 인접한 도로 비탈면에서 발생한 붕괴 사례를 대상으로, 기존의 지표 지질조사와 제한적인 시추조사로 규명되기 어려운 붕괴 원인을 중력장 해석 관점에서 분석하였다. 붕괴는 보강 공사가 완료된 이후 발생하였으며, 인공 절개나 국지적인 배수 조건만으로는 원인을 설명하기 어려운 특징을 보인다. 지층의 밀도 구조를 해석하기 위해 지형·지질 환경 정보와 전기비저항탐사 결과를 통합하여 초기 지층 구조 모형을 구축하고, 이를 바탕으로 중력장 해석과 3차원 밀도 모델링을 수행하였다. 전기비저항 탐사에서는 붕괴 구간 하부를 따라 저비저항대와 차별 풍화대가 연속적으로 분포하며, 잔여중력이상에서는 붕괴 구간 하부에 선형으로 발달하는 저밀도층이 뚜렷하게 나타난다. 3차원 밀도 모델링 결과, 붕괴 구간을 횡단하는 단면에서 주변에 비해 중력이 현저히 감소하고 저밀도층의 두께가 증가하는 지질이상대가 관찰되며, 이는 피복된 숨은단층으로 추정된다. 대상 비탈면은 공간적으로 양산단층 손상대에 속하며, 단층 작용에 따른 파쇄, 차별 풍화, 투수성 증가 및 밀도 감소가 복합적으로 작용한 구조적 취약 구간임을 보여준다. 중력장 해석에서 확인된 저중력이상과 이에 대응하는 저밀도층은 조사와 설계, 시공 중 인지하기 어려운 지질이상대를 나타내는 주요한 지표로 판단되며, 대규모 단층대에 인접한 지역에서 반복적으로 발생하는 비탈면 붕괴의 원인 규명과 재해 저감 전략 수립에 효과적으로 활용될 수 있다.

본 연구에서는 통합 지표수-지하수 모형을 통해 산정된 함양량 자료를 활용하여, 무심천 유역의 지하수 함양량을 예측하기 위한 딥러닝 기반 접근법을 적용하였다. 일반화 성능을 평가하기 위해 검증 기간(2013–2015)을 별도로 설정하고, 이 기간에서 예측값과 실제값(모형 기반 함양량) 간 일치도를 평가하였다. 그 결과 LSTM과 RNN 모형 모두에서 결정계수(R²)가 약 0.84 수준으로 도출되어, 강수량 기반 입력 자료만으로도 월 단위 함양 변동성을 실무적으로 수용 가능한 수준에서 재현할 수 있음을 확인하였다. 예측된 월별 함양량의 계절 분포를 분석한 결과, 과거 결과와 일관되게 여름철(6–8월)에 연간 함양의 상당 부분이 집중되었으며, 이는 몬순 강수와 국지적 집중호우의 영향이 지배적임을 시사한다. 반면 겨울철(12–2월)은 강수량 감소 및 지표면 결빙의 영향으로 함양이 매우 제한적인 수준으로 예측되었다. 종합하면, 본 연구는 무심천 유역에서 딥러닝 기반 함양 예측이 유역 규모 지하수 관리의 장기 변동성 평가에 활용될 수 있음을 보여준다.

본 연구에서는 쇄석다짐말뚝(GCP) 및 지오그리드 보강 쇄석다짐말뚝(GRGCP)이 적용된 연약지반의 거동을 수치해석을 통해 분석하였다. 단말뚝 및 군말뚝 조건을 고려하여 사질토(SP)와 실트질 점토(ML)에 대한 유한요소해석 모델을 구축하고, 주요 평가 항목으로 수직침하, 수평변위, 응력분담 특성을 검토하였다. 해석 결과, 고강도 지오그리드의 구속효과는 말뚝 주변 측방 팽창을 억제하고 복합지반의 강성을 증가시키는 것으로 나타났으며, 특히 군말뚝 조건에서 지지력 증대와 변위 저감 효과가 두드러졌다. 이러한 결과는 기존 실험연구의 경향과도 일치하여 GRGCP가 연약지반 개선에 효과적인 보강 기법임을 확인하였다. 본 연구는 GRGCP 설계 시 보강 강성 및 배치 인자 결정에 활용할 수 있는 기초자료를 제공한다.

본 연구에서는 기 작성된 정밀안전진단 보고서 및 그라우팅 시공실적 자료를 수집하여 데이터베이스를 구축하고, 이를 바탕으로 저수지 제체의 보수·보강 이력에 따른 투수계수 변화를 분석하였다. 일차 수집된 자료 중 그라우팅 이력이 확인된 58개소의 저수지를 대상으로 그라우팅 시공 주기를 산정하였으며, 이 중 시추조사 및 투수시험 결과가 확보된 24개소에 대하여 보수·보강 이력에 따른 투수계수의 변화를 분석하였다. 준공 후 최초 그라우팅까지 소요된 기간은 평균 41.4년으로 나타났으나, 2차 시공 주기는 평균 8.4년으로 나타났다. 또한 24개소 저수지를 6가지 유형으로 분류하여 변화 추이를 분석하였다. 대다수의 제체는 시간이 경과함에 따라 투수계수가 증가하여 차수성이 감소되었다. 일부 차수성이 증가한 경우는 투수시험 위치의 불일치나 표본수 부족에 기인한 것으로 판단된다. 앞으로 지속적인 데이터베이스의 축적을 통해 더욱 정확한 그라우팅 시공 주기를 산정할 수 있을 것이며, 농업용 저수지의 유지관리 효율성을 크게 향상시킬 수 있을 것이다.