Research Article

Journal of the Korean Geosynthetics Society. March 2021. 45-55
https://doi.org/10.12814/jkgss.2021.20.1.045

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 재료 및 방법

  •   2.1 수치해석 개요

  •   2.2 수치해석 분석방법

  • 3. 필댐의 거동 특성 분석

  •   3.1 수위상승속도에 따른 Shell의 거동특성 분석

  •   3.2 수위승강에 따른 높이별 Core의 거동특성 분석

  • 4. 필댐 및 저수지의 안전관리 방안

  •   4.1 정상부 침하(안)

  •   4.2 제체 수평변위(안)

  • 5. 결 론

1. 서 론

최근 한반도의 기후변화로 인해 2020년은 1973년 이후로 가장 긴 장마 기간(54일, 중부지방 기준)을 보였으며, 장마철 전국 강수량은 693.4mm로 상위 2위를 기록하였다(Korea Meteorological Administration Abnormal climate report, 2021). 이러한 여름철 집중호우는 예상치 못한 큰 재난을 발생시키며, 이러한 기후변화에 대응하기 위한 이수 및 치수관리는 국가적 중요 관심사로서 신규 및 기존 수자원 시설의 안전관리 문제가 중요한 이슈로 대두되고 있다.

전 세계적으로 수자원의 확보를 위해 건설된 댐의 증가와 더불어 댐 하류지역의 도시 및 산업시설들이 발달하고 있는 현재에는 그 개소수의 증가와 더불어 댐의 부분적인 붕괴를 포함한 여러 문제가 발생해 왔다. 국외의 경우, 1963년 이탈리아의 Vaiont댐 붕괴로 2,600여명이 사망하였고, 미국은 1970년대 Buffalo Creek댐, Teton댐 등의 붕괴로 수백명의 인명피해와 수억 달러의 재산피해가 발생하였으며, 1979년 인도의 MachhuⅡ 댐 붕괴 시 2,000명 이상의 인명피해와 400만 달러 이상의 재산피해가 발생하였다.

국내의 경우, 1961년 전북 남원군에 위치한 효기리댐 붕괴로 110명이 사망하고 1,366명의 이재민이 발생하였으며, 1999년 경기도 연천군의 연천댐이 붕괴되었다. 1996년 이후로 지속적으로 발생한 이상홍수로 인해 1998년에는 40개, 1999년에는 5개의 소규모 저수지가 붕괴되었다. 또한, 2002년 태풍 Rusa 발생시에는 강릉의 장현댐과 동막댐이 붕괴되어 하류하천변 주거지역 등에 큰 홍수피해를 입힌 바 있다(Ministry of Environment, 2008).

이러한 댐 붕괴는 불충분한 여수로 용량에 의한 월류, 파이핑 및 기초부 결함, 누수 발생 등의 원인으로 인해 발생하는 것으로 조사되었다(Kim et al., 2015). 월류는 집중호우 등 기상조건에 영향을 받아 발생하는 반면, 파이핑은 시간이 경과함에 따라 댐 및 저수지 제체의 내구성이 저하하여 발생하기 때문에 국내의 댐 및 저수지의 장수명화 대책 수립 시 제체의 변형 거동 문제를 중요하게 고려하여야 한다.

제체의 변형 거동에 상당한 영향을 미치는 요인 중 하나인 수위 변동은 양수발전 시, 혹은 기상조건으로 인해 일어날 수 있으며, 하루 동안에 수 m이상의 수위상승 및 하강이 지속적으로 반복되면 제체의 침투, 변위, 응력에 큰 영향을 미치게 된다.

관련 선행 연구동향을 살펴보면 Kim et al.(2001)은 수위변화가 매일 10m 이상 발생하는 양수발전 상부댐에 발생한 종방향 균열의 원인을 수치해석적 분석을 통해 분석하고, 지속적 수위변동으로 인한 반복하중이 작용할 경우 구속압력이 댐마루에서 깊이 4m까지 음(-)이 되며, 시험굴조사에서 그 경향을 확인하고 반복적 수위변동으로 인해 양수발전 상부댐에 종방향균열이 발생한 것으로 판단하였다.

Lee(2014)는 수위상승속도를 달리한 3개 Case의 원심모형실험과 수치해석적 검토를 통하여 수위상승속도에 의한 제체의 거동을 종합적으로 평가하고 수위상승속도의 증가에 따라 제체의 변위 및 소성체적변형률의 급격한 증가가 나타남을 확인하였으며, 수위상승속도가 빠를 경우 코어의 수압파쇄 위험성을 증가시켜 필댐의 안정성에 영향을 미칠 수 있음을 제시하였다.

최근 범지구적 이상기후에 따른 집중호우와 갑작스런 수위상승으로 인한 댐 붕괴 위험에 대처하기 위해서 필댐의 거동을 명확히 구명하고 이를 근간으로 한 대책 마련이 필요한데 현재까지 필댐 붕괴에 관한 연구는 주로 강우에 따른 필댐에서의 제체 침투 특성을 구명하는 연구가 수행되었으나, 수위변동에 따른 제체의 거동 특성에 대한 연구는 미비한 상태이다.

본 연구에서는 수치해석모형을 통하여 수위변동시 필댐의 거동 특성을 분석하고 저수지의 안전관리 방안을 고찰하였으며 필댐의 상․하류측 Shell 및 Core에서 수위승강에 따른 소성전단변형률, 수평변위, 응력경로, 간극수압 등을 분석하였다. 본 연구를 통해 저수지의 정밀안전진단 상태평가 기준 개선안을 제안하였으며, 향후 저수지 안전진단지침 개정안 마련 시 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

2. 재료 및 방법

2.1 수치해석 개요

본 연구에서는 한국의 MIDAS 社에서 개발한 GTS NX와 일본 Kyoto 대학에서 개발한 LIQCA를 이용하여 수위승강속도에 따른 필댐의 침투 및 응력-변형 거동을 검토하고, 반복적 수위변동에 따른 필댐의 거동 특성을 종합적으로 고찰하였다.

2.1.1 LIQCA

LIQCA는 1987년 Kyoto 대학의 Oka 교수를 비롯한 LIQCA 개발그룹이 개발한 유효응력에 따른 액상화해석 프로그램으로, 불포화영역으로 확장된 Oka의 반복 탄소성구성식(Oka et al., 1999)을 기반으로 하며 이 구성식은 응력파라미터로서 상대응력비를 일반화한 회전경화를 사용하고 있어, 주응력의 회전 등의 다차원 응력상태를 고려할 수 있으며, 비선형 이동경화법칙(Armstrong & Frederick, 1966)을 사용하고 있어 반복 재하시의 응력반전에 경화파라미터를 초기화할 필요가 없다(Oka & Washizu, 1981).

2.1.2 GTS NX

GTS NX는 지반 해석을 위해 개발된 프로그램으로 C++을 기반의 유한요소해석을 기초로 한다. 압밀해석, 시공단계 해석, 사면안정 해석, 침투해석, 응력-침투 연계 해석, 정해석, 동해석 등 다양한 해석기능을 제공한다.

지반을 특정한 크기의 한정된 수의 요소로 이산화된 연속체로 간주하였고 외력 변화에 따른 지반 변형특성은 응력-변형률 구성식에 의해서 결정되며 행렬(matrix)을 구성하여 각각의 절점에서 미지수를 음해(Implict)법을 사용하여 동시에 구한다. 지반의 비등방성, 비균질성, 시간 의존성 등의 복잡한 구성식을 간단하게 해결할 수 있으며 지반거동의 재현을 위한 Mohr- Coulomb, Drucker-Prager, Clay plasticity등의 여러 탄소성 구성방정식 모델을 제공하였으며, 시공단계 재현이 가능하다.

2.2 수치해석 분석방법

본 연구에서는 수위 변동에 따른 필댐의 침투 변형 특성을 분석하기 위한 방법으로 ○○댐에 대하여 수치해석을 실시하였다. 수치해석에 사용된 프로그램은 LIQCA와 GTS NX로 비정상류 조건에서 수위승강속도를 수위가 10.8m에서 13.8m까지 Case 1의 수위 승강속도(4.54cm/h)와 Case 2 수위 승강속도(0.72cm/hr)로 나누어 해석하였고 그에 따른 간극수압의 분포 형상을 검토한 결과, 두 프로그램의 결과가 유사하게 나타났다. 결과 값과 분포 형상의 차이가 일부 발생했으나, 이는 기본구성방정식 및 입력변수의 차이로 인한 것으로 판단된다.

전체적인 침투 및 변형 거동 양상은 비슷한 결과를 보였으나 수위상승속도 증가에 따른 연직변위의 급격한 증가형상은 Fig. 1Table 1에서 보는 바와 같이 LIQCA에서 보다 양호하게 평가되었다. 이는 LIQCA프로그램의 특성상 불포화조건을 다룰 수 있는 구성식에 따른 것이라 판단된다.

따라서, 본 연구의 대상인 댐 제체와 같은 구조물의 불포화조건에서의 프로그램 적용성은 LIQCA가 GTS NX보다 높은 것으로 사료되며 본 연구에서는 LIQCA를 이용하여 제체 상・하류측 및 Core에서의 거동특성을 분석하였다.

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Fig. 1

Maximum settlements during flood level (Case 1, 2)

Table 1.

Maximum settlements (Case 1, 2)

Settlement
(mm)
Case 1 Case 2
1st cycle 2nd cycle 3rd cycle 1st cycle 2nd cycle 3rd cycle
L1 LIQCA (-) 0.0 (-) 3.1 (-) 8.3 (+) 1.0 (-) 3.5 (-) 8.9
GTS NX (-) 3.8 (-) 7.2 (-) 10.1 (-) 2.1 (-) 3.5 (-) 4.5
L2 LIQCA (-) 2.1 (-) 2.7 (-) 3.5 (-) 1.8 (-) 3.1 (-) 4.6
GTS NX (-) 5.5 (-) 10.3 (-) 14.2 (-) 5.1 (-) 7.0 (-) 8.4

3. 필댐의 거동 특성 분석

3.1 수위상승속도에 따른 Shell의 거동특성 분석

본 연구에서는 Fig. 2와 같이 수위승강에 의해 소성변형의 영향이 큰 노드(Node) 및 요소(Element)를 선정하였다.

세부적으로는 상류측 사면 평수위(O.W.L) 10.8m 지점(Node 640), 홍수위(F.W.L) 13.8m 지점(Node 772), 평수위와 홍수위의 중간에 해당하는 지점(Node 692, Node 736)과 하류사면측 shell의 노드 및 요소는 소성변형이 크게 발생한 하류사면 높이 1.5m 지점(Node 261)을 포함하여 하류사면 높이 3.0m 지점(Node 437), 높이 5.4m 지점(Node 581)에 주목하여 각 지점에서의 수위상승에 따른 연직, 수평변위, 간극수압 및 응력경로에 대해 검토하였다. 여기서, 변위는 우측방향 및 상방향을 양수(+)값으로 나타내었다.

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Fig. 2

Selection of nodes

3.1.1 소성전단변형률의 분포

Fig. 3, Fig. 4는 LIQCA를 이용하여 도출한 Case 1, Case 2 각 조건별 소성전단변형율의 분포를 나타낸 것이다.

댐 수위가 상승함에 따라 제체 내부의 간극수압과 제체의 포화도가 증가하며 Suction이 해방되어 제체의 강도 및 강성을 저하시키며 유효응력의 감소를 유발시킨다.

침투로 인해 발생하는 제체의 변형을 보면 소성전단변형률은 해석 초기 급격한 수위상승에 의해 큰 변형이 발생하고 있으며, 하류부로 침윤이 도달한 후에 하류부 법면 밑쪽에도 소성전단변형률이 급격히 발생하고 있다.

수위승강 속도가 느릴수록 필댐 제체로의 침투시간이 증가하게 되어 소성전단변형률이 크게 발달하는 것으로 나타났으며, 이는 Lee(2014)의 연구결과와 유사한 경향으로 판단된다.

또한, 수위승강이 반복될수록 소성전단변형률이 축적되는 것으로 보이며, 이는 시간에 따라서 위치별 변위 증가의 직접적 요인으로 작용하는 것으로 판단된다.

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Fig. 3

Distribution of plastic deviatoric strain with LIQCA (Case 1)

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Fig. 4

Distribution of plastic deviatoric strain with LIQCA (Case 2)

3.1.2 수위상승속도에 따른 수평변위의 변화(하류측)

Case별 하류사면 측에서의 높이 3.0m 지점(Node 437), 높이 5.4m 지점(Node 581)에 대해 높이별 수위상승속도에 따른 수평 변위 증분을 Fig. 5에 나타내었다.

높이에 따른 수평변위는 높이가 낮을수록, 수위승강 횟수가 반복될수록 수평변위가 크게 나타났으며, 높이 0.6m 지점(Node 261)에서 수평변위는 급격히 증가하는 경향이 나타났다.

이는 응력분포에서 침윤으로 인해 Node 261 지점에서 Case 1의 경우 68hr, Case 2의 경우 127hr 후 소성변형이 발생하여 수평변위가 급격히 증가함과 일치한다.

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Fig. 5

Variation of horizontal displacement at different water level fluctuation rates

3.1.3 수위승강에 따른 상류측 Shell에서의 응력경로

수위승강 시 상류측 사면 평수위(O.W.L) 10.8m, 홍수위(F.W.L) 13.8m 부근의 소성변형의 영향을 받는 요소인 Element 666에 대하여 수위상승속도에 따른 응력경로를 Fig. 6에 나타내었다.

Element 666에 대한 수위상승속도에 따른 응력경로를 보면 수위 승강에 의해 응력경로가 파괴응력비에 접하다가 이격되는 양상을 반복하며, 승강속도가 빠른 Case 1이 Case 2의 경우보다 파괴응력비에 오랫동안 접하면서 큰 소성변형이 발생하였다.

Element 666에 대한 응력경로를 보면 수위 승강이 시작된 후 Case 1의 경우 109hr 후, Case 2의 경우 556hr 후, 소성변형에 의한 큰 변위가 발생하였다(Fig. 6 참조).

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Fig. 6

Stress path (Element 666)

3.1.4 수위상승속도에 따른 수평변위의 변화(상류측 Shell)

Case별 상류사면에서의 평수위(O.W.L) 10.8m 지점(Node 640), 홍수위(F.W.L) 13.8m 지점(Node 772), 평수위와 홍수위의 중간에 해당하는 지점(Node 692, Node 736), 높이별 수위상승속도에 따른 수평 변위 증분을 Fig. 7에 나타내었다.

상류사면 Node 640, Node 692, Node 736 Node 772에서의 수평변위는 표면력의 작용보다는 침투거동이 우세하여 제체 바깥쪽으로 거동하는 특성을 나타내고 있다.

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Fig. 7

Horizontal displacement at water level fluctuation rates

Case 1의 경우 Case 2에 비해 수위상승속도가 빨라 변위가 급증하는 경향이 나타났으며 수위승강 반복 횟수가 많아짐에 따라 수평변위 증감폭이 증가하는 것으로 나타났다. 높이에 따른 Case별 수평변위는 승강높이의 1/3지점에 있는 Node 692에서 수평변위가 크게 나타났으며, 홍수위 지점인 Node 772에 근접할수록 수평변위가 작게 나타났다.

수위변동속도에 따른 수평변위의 변화를 수위상승속도가 빠른 Case에서 수평변위가 급격히 증가하는데, 이는 수위상승속도가 빠를수록 제체에서의 간극수압이 빠르게 증가하고 포화도의 급증에 의해서 Suction이 해방되어 제체의 강성 및 강도가 급격히 감소하기 때문으로 판단된다.

Kim et al.(2001)은 지속적 수위변화(100회)를 모사한 수치해석을 통해 댐 정상부의 최대수평변위가 약 58cm정도 발생함을 확인하고 수위반복에 따른 상류측 사면의 변형이 댐 정상부 균열의 주요원인이 될 수 있음을 제시하였다.

본 연구에서도 반복적 수위변동이 발생함에 따라 상류측 사면의 변형이 크게 나타나고 있음을 수치해석 검토를 통해 확인하였으며, 필댐 제체에 가해지는 물하중의 재하와 제하 시 댐 제체가 반복 하중을 받는 동안 정상부에 인장력이 유발되어 균열이 발생할 가능성이 높은 것으로 판단된다.

3.2 수위승강에 따른 높이별 Core의 거동특성 분석

수위승강에 따른 높이별 Core의 거동특성을 분석하기 위해 높이 14m의 Core 중심부에 해당되는 모든 Node 요소를 Fig. 8과 같이 선정하였다. 이후 수위변동 횟수 및 승강속도에 따른 수평변위를 수위상승, 수위하강 두 경우로 나누어 분석하였다.

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Fig. 8

Selection of nodes in core portion

3.2.1 수위승강에 따른 Core의 높이별 수평변위 변화 (Case 1)

Case 1 조건에서 Fig. 9는 수위 상승 시, Fig. 10은 수위 하강 시 수위변동 횟수에 따른 높이별 수평변위를 나타낸다. 수위 급상승의 경우 코어의 14m 높이 최상단부에서 최대 수평변위가 발생하였지만 수위변동 횟수가 증가함에 따라 코어 중간 높이에 해당되는 부분에서 최대변위가 발생하는 경향이 나타났으며, 수평변위는 전체적으로 커지는 경향이 나타났다.

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Fig. 9

Horizontal displacement at different elevation during water level rise (Case 1)

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Fig. 10

Horizontal displacement at different elevation during water level drop (Case 1)

수위 급하강의 경우 상승시와 유사한 경향을 보이고 있으나 수위승강 횟수가 증가함에 따라 코어 12m 이상의 상부측보다는 코어 높이 8∼10m에 해당하는 중심부에서 최대 수평변위가 발생하는 경향이 나타났다.

이는 Fig. 11과 같이 수위승강 횟수가 증가됨에 따라 소성전단변형률이 시간에 따라 축적되며 변위가 크게 발생한 것으로 사료되며, 지속적인 수위승강은 코어 중심부에서의 변위 증가에 직접적 요인으로 판단된다.

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Fig. 11

Elevation-wise horizontal displacement during water level rise (Case 1)

3.2.2 수위승강에 따른 Core의 높이별 수평변위 변화 (Case 2)

Case 2 조건에서 Fig. 12는 수위 상승 시, Fig. 13은 수위 하강 시 수위승강 횟수에 따른 높이별 수평변위를 나타낸다. 전체적으로 Case 1의 경향과 비슷하게 나타나지만 최대변위 값이 전체적으로 1~2mm 더 크게 발생하였으며, Fig. 14에 나타낸 바와 같이 수위승강 횟수가 증가됨에 따라 소성전단변형률이 시간에 따라 축적되며 변위가 크게 발생하였다.

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Fig. 12

Horizontal displacement at different elevation during water level rise (Case 2)

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Fig. 13

Horizontal displacement at different elevation during water level drop (Case 2)

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Fig. 14

Elevation-wise horizontal displacement during water level rise (Case 2)

3.2.3 간극수압과 유효응력에 의한 Core의 거동특성 분석

Core에 대한 수위승강의 영향을 살펴보기 위한 검토 위치 Element 637, Element 638을 Fig. 15에 나타내었다. 이 두 지점에 대하여 Case별 수위승강에 따른 응력에 대해 검토하였다.

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Fig. 15

Selecting element in core portion

수위 승강속도가 빠른 Case 1의 경우 Element 637, Element 638에 대한 응력경로를 Fig. 16에 나타내었으며, Fig. 17은 Core측 Element 637에서의 연직유효응력과 Core에 작용하는 간극수압(Element 638)을 나타내었다. 수위상승에 따라 급격하게 증가하는 간극수압을 확인할 수 있으며, 수위하강 시에 Core의 연직유효응력은 침윤에 의해 감소되며 급격하게 감소함을 알 수 있는데, 수위상승속도 증가는 Core의 수압파쇄의 직접적인 원인이 된다(Sin, 2003).

본 연구에서 살펴본 바와 같이 수위변동속도가 빠를수록 필댐 Core에서 수압파쇄 발생가능성이 증가할 수 있으므로 하루 동안에 수 m 이상의 수위상승 및 하강이 지속적으로 반복되는 양수발전댐과 홍수기의 필댐은 제체 상류측 및 하류측의 변위와 간극수압 등의 실시간 모니터링을 통해 제체의 안정성이 유지되도록 안전관리에 만전을 기하여야 할 것이다.

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Fig. 16

Stress path (Element 637)

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Fig. 17

Pore water pressure and vertical stress

4. 필댐 및 저수지의 안전관리 방안

현재 필댐 및 저수지의 상태평가 기준은 재료적 특성이나 구조적 특성을 고려하지 못하고 대형 댐 위주의 평가기준을 채용하고 있어 적합성 측면에서 문제점이 지적되고 있다. 또한, 현장에서 나타나는 손상에 따라 진단을 수행하는 전문가들의 정량적 판단과 정성적 판단이 적용되어야 하나 일률적인 상태평가 기준에 따른 평가가 실시되고 있다.

댐과 저수지의 안전을 확보하기 위해서는 붕괴를 유발하는 원인을 현장에서 조사하고 이를 기반으로 상태의 정도를 평가하여 필요할 경우 사전 예방적 차원의 적극적인 유지관리가 이루어지도록 안전관리를 체계화하여야 한다. 댐과 저수지의 안전관리 체계화를 위해서는 현재 상태를 조사하고 적절히 평가할 수 있는 평가 인자의 선정과 평가기준의 정립이 필요하다.

Kim(2016)은 84개 저수지에 대한 정밀안전진단보고서를 조사하고 개별현상으로 나타나는 손상이 어떻게 나타나는지를 분석한 결과, C등급에는 43∼46%, D등급에는 50∼53%가 집중되고 있으며 A등급과 E등급은 전혀 나타나지 않았음을 보고한 바 있다.

본 연구에서는 수치해석 프로그램(GTS NX 및 LIQCA)를 바탕으로 확인된 변위를 활용하여 침하 및 수평변위에 대한 개선(안)을 제시하였다.

4.1 정상부 침하(안)

정상부 침하의 경우, 현행 각 시설물별 정밀안전진단 상태평가에 따른 C등급 기준으로 침하량 10cm∼50cm을 제시하고 있으며, 필댐 및 저수지 설계기준에서 제시하고 있는 허용침하는 제체높이(H)의 1%를 반영하도록 하고 있다. 그러나 대부분 소규모 댐과 저수지의 높이는 대부분 10m 내외로, 평가기준 상 침하량이 댐 높이에 비해 과다하게 적용되고 있다.

본 연구를 통해 확인한 정상부 침하량은 최대 14.2mm 내외로 나타나기 때문에 현재 기준값에 비해서 상당히 작은 침하가 발생하는 것으로 판단되나, 안전진단의 목적은 안전관리뿐만이 아닌 기능유지의 목적도 동시에 가지고 있으므로, 기존의 기준을 수정하여 Table 2와 같이 상태가 양호한 필댐의 경우 A등급, 침하기준 10cm 혹은 제체 높이의 1% 이하일 경우 B등급, 침하기준 10~20cm 혹은 제체 높이의 1~2%의 경우 C등급, 침하 기준 20~30cm 혹은 제체 상부에 싱크홀이 있을 경우 D등급, 30cm를 초과하는 침하의 경우 E등급을 부여하도록 제시하였다.

Table 2.

Settlement of crest

Standard Score Initially Improvement
a 5 ∙Good ∙Good
b 4 ∙Settlement of 10 cm or less ∙Settlement of 10 cm or less 1%
c 3 ∙Settlement 10cm~50cm ∙Settlement is 1~2% or 10~20cm
d 2 ∙Settlement of more than 50 cm
∙Sink hole at the top
∙Settlement is 20~30cm
∙Sink hole at the top
e 1 ∙Settlement of more than 50cm
∙Very dangerous condition
∙Settlement of more than 30cm

4.2 제체 수평변위(안)

국내의 필댐 및 저수지 설계기준에는 수평변위 기준이 별도로 언급되어 있지 않지만, 필댐의 내진성능평가 및 향상요령에는 지진 시 발생하는 횡방향 변위에 대한 기준은 정적상태의 변위를 포함하여 제체 높이 1%이하로 되어 있다.

본 연구 결과에 따르면 제체의 수평변위는 160mm 정도로 나타났으며, 기존 연구사례 Kim et al.(2001)에 비추어 볼 때, 시간경과에 따라 점차 증가할 것으로 예측할 수 있다. 따라서 Table 3과 같이 상태가 양호한 제체의 경우 A등급, 수평변위가 10cm 이하이거나 제체 높이의 1%이하일 경우 B등급, 수평변위가 10~20cm일 경우 C등급, 20cm 이상일 경우 D등급, 30cm 이상일 경우 E등급을 부여토록 제시하였다.

본 연구에서 제시한 소규모 필댐 및 저수지의 침하 및 수평변위 기준은 수치해석 결과를 대상으로 제시한 것으로서, 그 한계점이 분명히 존재하는 만큼, 지속적인 실험과 수치해석을 통해 다양한 조건을 고려한 추가 연구를 통해 제시한 기준의 신뢰도를 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

Table 3.

Horizontal displacement of crest

Standard Score Initially Improvement
a 5 ∙Good ∙Good
b 4 ∙Fine ∙Uplift and lateral flow of 10 cm or less 1%
c 3 ∙Uplift of 50 cm or less
∙Settlement of 50 cm or less
∙Uplift and lateral flow is 10~20cm
d 2 ∙Uplift of more than 50 cm
∙Settlement of 50 cm or less
∙Uplift and lateral flow is more than 20cm
e 1 ∙Settlement of more than 50cm
∙Very dangerous condition
∙Uplift and lateral flow of more than 30cm

5. 결 론

본 연구에서는 수치해석을 통해 수위변동에 따른 제체의 침투­변형 특성을 분석하였으며, 이를 통해 필댐의 효율적 안전관리를 위해 필요한 기초자료를 제공하고자 하였으며 본 연구를 통해 얻어진 결론은 다음과 같다.

(1) 제체 내의 수위가 빠른 속도로 상승하면 간극수압 및 변위 또한 급격한 속도로 증가하게 되며, 수위가 느린 속도로 상승하면 완만하게 증가하는데 수위의 상승은 제체 내의 간극수압 증가와 제체의 포화도 증가를 유발하며, 제체의 유효응력을 감소시키는 것으로 판단된다.

(2) 필댐에서의 지속적 수위변동은 제체의 강도 및 강성이 저하되는 원인이 되고, 침투로 인해 발생하는 제체의 변형에 의해 소성전단변형률이 축적되어 변위 증가를 유발하는 것으로 판단된다.

(3) 집중호우 또는 양수발전 등 필댐의 수위가 급격히 변동하는 경우, 제체의 상류 및 하류측 변위, 간극수압의 실시간 모니터링을 통한 안정성 유지 방안이 필요할 것으로 판단된다.

(4) 필댐 및 저수지의 안전진단 평가 시 정밀안전진단 상태평가 기준의 개선안으로서 보수․보강이 필요한 D등급 시설물에 대해 정상부 침하량과 수평변위를 당초 기준의 50% 수준 이하로 낮추어 각각 20cm로 제안하였다.

Acknowledgements

This study was supported by 2016 Research Grant from Kangwon National University. (No. 520160417)

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