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지질공학 update

Korean Society of Engineering Geology

  • : 대한지질공학회
  • : 공학분야  >  환경공학
  • : KCI등재
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  • : 연속간행물
  • : 계간
  • : 1226-5268
  • : 2287-7169
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수록정보
수록범위 : 1권1호(1991)~31권1호(2021) |수록논문 수 : 1,045
지질공학
31권1호(2021년 03월) 수록논문
최근 권호 논문
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KCI등재

1위상기하 분석법을 이용한 단열계 특성 정량화의 소개

저자 : 손효록 ( Hyorok Son ) , 김영석 ( Young-seog Kim )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 31권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-17 (17 pages)

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암체 내에 발달하는 단열계는 지반의 특성뿐만 아니라 유체의 유동특성을 제어하기 때문에 이들을 평가하는 것은 매우 중요하다. 따라서 이들을 정량화하기 위한 다양한 시도가 있어왔다. 그러나 기하학적 분석을 통해 획득한 정량적 매개변수인 단열밀도만으로는 단열계의 진화를 설명하기 어렵고, 단열계의 연결패턴 같은 암석 내 단열의 공간적 관계를 정량화하기 어렵다. 따라서 최근 기존에 이뤄지던 기하학적 분석과 함께 위상기하 분석을 통한 단열계의 특성화 필요성이 대두되고 있다. 그러나 암체에의 다양한 적용성에도 불구하고, 아직 국내에서는 단열계의 위상기하 분석이 지질매체에 적용되어 연구된 적은 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 최근 단열연구 분야에서 주목받고 있는 단열계 위상기하 분석의 정의와 개념, 위상기하 분석과 관련된 그래프이론, 그리고 이들을 적용하는 방법에 대해 간략히 소개하고자 한다. 이러한 위상기하학적 연구방법이 단열계의 분석에 사용된다면 암체 내 단열을 따라 흐르는 지하수나 석유 저류암의 유동특성과 단열계의 진화를 정량화하는데 유용하게 사용될 수 있다. 또한 방사성폐기물처분장과 같이 유체의 유동특성이 중요한 주요 시설물의 부지선정 등에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.


It is important to evaluate the fracture network in a rock volume because fractures control the ground conditions and fluid flow characteristics. Therefore, various attempts have been made to quantify fracture networks to better understand ground and flow conditions. The use of fracture density alone (a quantitative parameter based on geometric analysis) does not fully explain the evolution of fracture networks, or quantify the spatial relationship (e.g. connectivity) of fractures in a rock mass. Therefore, the need for fracture network characterization based on topological analysis has recently emerged. In Korea however, the topological analysis of fracture networks within a rock mass has rarely been studied. As such, the definition of the topological analysis of fracture networks and the graph theory related to the topological analysis are briefly summarized in this study. We also introduce an application method for these analyses to fracture characterization. If the topological method is used for the analysis of fracture networks, it can also be adopted to analyze fluid flow characteristics of groundwater, characterize petroleum reservoirs, and analyze the evolution of a fracture network. In addition, topological analysis can be useful for site selection of major facilities such as nuclear waste disposal sites because it can be used to evaluate the stability of the potential sites.

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2수치모델을 활용한 지하수 인공함양 대상지의 적정 주입량 및 주입효율 예비 평가

저자 : 차장환 ( Jang-hwan Cha ) , 김규범 ( Gyoo-bum Kim ) , 이재영 ( Jae Young Lee )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 31권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 19-30 (12 pages)

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본 연구에서는 가뭄이 빈번히 발생하는 지류 상류 지역에서 농번기에 부족한 물을 확보하기 위하여 평상시 잉여의 물을 지하 대수층에 주입하는 인공함양 방식을 설계함에 앞서 적정 주입량 및 주입효율을 수치 모델을 활용하여 평가하고자 하였다. 인공함양 수치모델 대상지역은 홍성군 갈산면 운곡리 일대를 대상으로 하였으며 다양한 공당 주입량 조건과 대수층의 수리적 특성을 고려하여 모델링을 수행한 결과, 연구지역의 공당 적정주입량은 50.0 ㎥/day/공로 평가되었으며 주입효율은 총 주입용량 대비 33.2~81.2%로 예측되었다. 특히, 주입효율은 주입시간이 짧을수록 비선형으로 증가하는 양상을 보였으며 잔류 저류용량은 총 주입용량이 많을수록 증가하여 물부족 시 사용 가능량이 많아지므로 보다 유리할 것으로 보였다. 향후 보다 정확한 함양효율 평가를 위해 현장 실증시험 결과를 활용하여 모델을 검증하고 이를 통해 주입 및 취수에 대한 적정 시나리오를 구축한다면 보다 효율적인 인공함양 시스템의 운영이 가능할 것이다.


This study evaluated the injection rate and the injection efficiency of the artificial recharge in the upper drought-prone watershed region, where the remaining water was used for injection, by using a numerical model to secure water during a drought. As a result of a numerical model under the condition of diverse injection rates per a well and hydraulic characteristics of the aquifer, the optimal injection rate per a well was estimated as 50.0 ㎥/day, and the injection efficiency was simulated as 33.2% to 81.2% of the total injection volume. As the injection time was shorter, the injection efficiency tented to increase non-linearly. As the injection rate increased, the residual storage in aquifer increased and available groundwater amount also increased, which could be advantageous for drought relief. For a more accurate assessment of injection efficiency, the model will be validated using the field injection data and optimum scenarios will enable the efficient operation of the artificial recharge system in the study area.

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3기계학습을 활용한 도로비탈면관리시스템 데이터 품질강화에 관한 연구

저자 : 이세혁 ( Se-hyeok Lee ) , 김승현 ( Seung-hyun Kim ) , 우용훈 ( Yonghoon Woo ) , 문재필 ( Jae-pil Moon ) , 양인철 ( Inchul Yang )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 31권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 31-42 (12 pages)

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도로비탈면관리시스템(Cut-Slope Management System, CSMS)은 전국 일반국도 비탈면에 대해 기초·정밀 조사를 바탕으로 데이터베이스를 구축해왔다. 그런데 이러한 데이터는 사람에 의해 기록되기 때문에 데이터 누락 및 오기입 문제가 발생할 수밖에 없다. 본 연구에서는 데이터의 불완전성 문제를 극복하기 위해 여러 머신러닝 기반의 예측모델들을 개발하고 이를 이용한 데이터 품질 강화 가능성을 검토하고자 하였다. 우선 다 범주 문자형 데이터를 수치화하는 과정을 수행하였고, 선정된 데이터 항목들에 대해 다항 로지스틱 회귀분석(Multinomial Logistic Regression)과 심층신경망(Deep-Neural-Network) 기반의 예측모델들을 개발하였다. 그 결과, 심층신경망 모델들의 정확도가 월등히 높은 것으로 나타났다. 향후 개발된 모델들을 활용하여 누락 및 오기입 데이터의 보완이 가능할 것으로 기대된다.


Database of Cut-slope management system (CSMS) has been constructed based on investigations of all slopes on the roads of the whole country. The investigation data is documented by human, so it is inevitable to avoid human-error such as missing-data and incorrect entering data into computer. The goal of this paper is constructing a prediction model based on several machine-learning algorithms to solve those imperfection problems of the CSMS data. First of all, the character-type data in CSMS data must be transformed to numeric data. After then, two algorithms, i.g., multinomial logistic regression and deep-neural-network (DNN), are performed, and those prediction models from two algorithms are compared. Finally, it is identified that the accuracy of DNN-model is better than logistic model, and the DNN-model will be utilized to improve data-quality.

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4부동침하 영향을 고려한 원형 배수지 구조의 3차원 모델링 지진 해석

저자 : 이상열 ( Sang-youl Lee ) , 최형배 ( Hyung Bae Choi ) , 안광식 ( Kwang Sik Ahn ) , 정교철 ( Gyo-cheol Jeong )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 31권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 43-53 (11 pages)

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본 연구에서는 부동침하 영향을 고려하여 지진 하중을 받는 1,300 ton 규모의 스테인리스 배수지 구조에 대한 3차원 유한요소 해석을 수행하였다. 1,000 ton 규모 이상의 대용량에 대한 지진하중은 한국표준 규격 규정으로부터 확장하여 산정하였다. 부동침하가 발생한 배수지는 특히 지진하중에 대하여 구조적 거동에 중요한 영향이 발생할 수 있다. 다양한 하중 조합에 대하여 정상상태의 경우, 침하가 고려된 경우, 그리고 수평으로 보강된 경우에 대한 응력 및 변위 분포의 변화를 도출하였다. 수치해석 결과로부터 부동침하가 발생된 배수지는 지진하중 조합에 대하여 최대 변위가 크게 증가하게 됨을 확인할 수 있었다.


Three-dimensional finite element analysis of 1,300 ton stainless water reservoirs was undertaken to consider differential settlement effects of the reservoir when subjected to earthquake loads. The earthquake load for large (>1,000 ton) water reservoirs are further determined using a specification established from the Korean Standards Association. The structural behavior of water reservoirs with differential settlements can be heavily dependent on seismic loading effects. Stress and displacement distributions are induced for various load combinations, including for with and without differential settlements. From numerical examples, the induced maximum displacements of the water reservoirs largely increase with differential settlements compared to those without differential settlements.

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5시추공 주변 단열 투수도 진화에 대한 수리-역학 연동 모델링 평가

저자 : 최채순 ( Chae-soon Choi ) , 박경우 ( Kyung-woo Park ) , 박병학 ( Byeong-hak Park ) , 고낙열 ( Nak-youl Ko ) , 지성훈 ( Sung-hoon Ji )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 31권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 55-66 (12 pages)

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본 연구에서는 방사성폐기물 처분 시 천연방벽의 수리 특성 진화와 관련하여, 시추공 설치 및 확공이 결정질 암반 내 단열 및 수리 특성에 영향을 미칠 가능성을 평가하기 위해 수리-역학 연동 수치해석을 수행했다. 시추공 부근에서의 간극 열림과 투수성 변화 여부를 평가하기 위해 단열망을 기반으로 한 불연속체 해석 도메인을 이용했다. 단열암반에서의 현장수리시험 모사를 통해 주응력방향과 시추공 직경 변화의 영향을 평가하였다. 먼저 단열의 간극변화가 주응력방향에 의존함을 확인했다. 그리고 수직변위에 의한 간극크기 증가가 지배적이었다. 시추공 부근에 전단팽창이 집중되는 것도 단열의 수리지질학적 진화에 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있었다. 수치해석 결과는 시추공 설치 및 확공에 따른 응력교란에 의해 단열 특성이 변화하여 단열 암반의 투수성이 증가할 수 있다는 것을 보여준다. 추후 본 연구모델을 기반으로 실제 크기의 처분공 주변에서의 정확한 수리적 변화를 분석하기 위해서는 3차원 해석모델로 보완되어야 할 것으로 판단되었다.


Hydraulic-mechanical (H-M) coupled numerical modeling was used to evaluate the evolution of hydrogeological properties in response to the installation and expansion of a borehole. A domain with a discrete fracture network was adopted for discontinuum modeling to simulate changes in fracture apertures. Comparison with real hydraulic test data shows that the effects of principal stress direction and expansion of borehole diameter were reasonably simulated by H-M coupled numerical modeling. The modeling confirmed that aperture changes depended on the principal stress direction, with an increase in aperture size due to vertical displacement being the dominant effect. A concentration of shear dilation around the borehole had an additional, subsidiary, effect on the hydrogeological evolution. These results show that the permeability of fractured rock can be increased by changing the hydraulic properties of a fracture through stress redistribution caused by the installation and expansion of a borehole.

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6고로슬래그 미분말을 이용한 알칼리자극제 기반의 보강그라우트재 개발

저자 : 서혁 ( Hyeok Seo ) , 정수근 ( Sugeun Jeong ) , 김대현 ( Daehyeon Kim )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 31권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 67-81 (15 pages)

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그라우팅 공법은 연약지반의 보강과 방수 및 지하수위저하 또는 상승과 진동으로 인한 침하 및 부등침하로 손상된 구조물의 지지력을 높이고 차수를 높이는 목적으로 사용된다. 본 연구는 보강섬유를 이용하여 그라우트재료의 강도와 경화시간을 증대시키기 위하여 고로슬래그 기반의 무시멘트 그라우트재를 개발하고자 하였다. 이와 관련하여 본 연구에서는 고로슬래그 3종 미분말의 알칼리 자극제인 수산화칼슘을 미분말 형태로 배합하여 사용하였고 수산화칼슘의 함유량은 고로슬래그 미분말 대비 10, 20, 30%까지 치환하여 사용하였다. 또한 보강섬유 유무에 따른 강도를 비교하기 위하여 각 섬유를 0.5%씩 추가하여 실험을 수행하였다. 보강섬유인 아라미드 및 탄소섬유 함유량이 증가함에 따라 일축압축강도가 증가하였는데 이는 그라우트재 내에 섬유에 의한 가교작용이 일축압축강도를 증가시킨 것으로 확인할 수 있다. 또한 알칼리자극제의 함유량이 증가할수록 일축압축강도가 증가하였으나 순수한 시멘트 100%일 때 보다는 낮은 강도를 확인할 수 있었다. 이는 알칼리자극제인 수산화칼슘이 고로슬래그 미분말과 반응했을 때 강도 증가에 영향을 미칠 수는 있으나, 시멘트와 비교하였을 때 미분말형태보다는 용액의 형태가 더 효과적이라는 것을 알 수 있다.


Grouting is used for reinforcement and waterproofing of soft ground to increase its bearing capacity, reduce the impacts of rising or lowering groundwater levels, and reduce subsidence due to vibration and general causes. This study investigated the enhancement of grout strength and hardening time by the addition of reinforcing fibers, and the development of non-cement grouting materials from blast furnace slag. An experiment was performed to measure the increase in grout strength resulting from the addition of 0.5% increments of aramid and carbon reinforcing fibers. The results show that the uniaxial compressive strength of grout increases with increasing content of reinforcing fiber. Comparison of three admixtures of finely powdered blast furnace slag and 10%, 20%, and 30% calcium hydroxide stimulating agent showed that the uniaxial compressive strength of the mixture increases with increasing content of alkaline stimulant; however, the strength was lower than for 100% pure cement. The reaction of calcium hydroxide with blast furnace slag powder, which increases the strength of the grout, is more effective if injected as a solution rather than a powder.

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7실내실험 및 현장실험을 통한 고밀도 폴리 우레탄 공법의 물리 · 역학적 특성 분석

저자 : 최준영 ( Junyoung Choi ) , 김대현 ( Daehyeon Kim )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 31권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 83-101 (19 pages)

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고밀도 폴리 우레탄 공법은 주입 물질의 순간 팽창압을 이용하여 연약지반의 불안정한 지반의 안정화를 위해 적용되며 내구성이 매우 탁월한 친환경 공법이다. 순간 팽창압에 의해 연약지반 보강 및 복원, 차수 공사가 가능하다. 본 주입공법의 경우 작업시간이 매우 짧고 신속하여 열악한 환경에서도 타 공법보다 접급성과 작업성이 매우 탁월하다. 따라서 본 연구에서는 고밀도 폴리 우레탄이 지반 내에서 작용하는 물리 · 역학적 특성을 검증하고자 하였다. 먼저, 주입재료의 강도정수 및 물성값을 확인하기 위하여 일축 압축강도시험, 직접전단시험, 토압시험 등을 수행하였고 환경적인 문제에 대한 부분을 확인하고자 투수 시험 및 토양환경안정성 시험을 수행하였다. 실험결과, 조밀한 사질토와 단단한 점성토를 대상으로 비교하였을 때, 내부마찰각은 약 2배, 점착력은 약 2.5~3.5배 이상 높은 것으로 확인되었고, 투수계수 또한 1.0 × 10-5의 범위 이내를 만족하며, 기존 그라우팅 공법과 비교하였을 때 현저히 낮은 투수계수를 확인할 수 있었다.


The high-density polyurethane method uses the instantaneous expansion pressure of injected material to stabilize soft ground, allowing reinforcement, restoration, and construction to be carried out in suboptimal ground conditions. Under normal and, even poor conditions, the method is easily applied because the working time is very short. The method is environmentally friendly and results have excellent durability. The purpose of this study was to verify the physical and mechanical properties of high-density polyurethane in the ground. Initial testing of strength, direct shear, and soil environment stability was followed by testing for permeability in order to address environmental concerns. The results of the experiments showed that the internal friction angle was about twice as high and the adhesion was about 2.5 to 3.5 times higher than for dense and hard clay, and that the permeability factor was significantly lower compared with the existing grouting method, within the range of 1.0 × 10-5.

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8제주 거문오름 용암동굴계에 영향을 미치는 발파진동특성에 대한 연구

저자 : 송재용 ( Jae-yong Song ) , 이근춘 ( Geun-chun Lee ) , 안웅산 ( Ung-san Ahn ) , 임현묵 ( Hyun-muk Lim ) , 문성우 ( Seong-woo Moon ) , 서용석 ( Yong-seok Seo )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 31권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 103-118 (16 pages)

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본 연구는 제주도 거문오름동굴계 주변 지역을 개발하는 과정에서 발생되는 발파진동이 용암동굴에 미치는 영향에 대해 분석하고, 용암동굴의 효율적인 관리보존 대책을 마련하기 위해 수행되었다. 이를 위해 연구지역에서 11개의 시추공을 천공하고, 공내 지발당 장약량을 0.5 kg에서 최대 10 kg까지 변화시켜가며 현장 발파진동시험을 수행하였다. 진동속도와 진동레벨의 상관관계를 분석하여 진동규제 기준을 만족하는 진동속도를 산정한 결과, 주간 허용 진동레벨을 만족하는 진동속도는 0.276 cm/sec 이하로 평가되었다. 시험결과를 토대로 진동속도 추정식을 도출하였으며, 95% 신뢰구간에 해당하는 입지상수(k, n)에 의한 환산거리식을 통해 도출된 k 값은 자승근식에서 130.04, 삼승근식에서 199.71이며, n 값은 자승근식에서 -1.717, 삼승근식에서 -1.711인 것으로 나타났다. 진동속도 추정식을 바탕으로 진동속도에 부합하는 지발당 장약량을 평가한 결과, 일반적인 문화재 진동기준치인 진동속도 0.2 kine과 진동원과의 거리 20~100 m를 적용할 때 거리와 장약량에 따른 진동속도 추정식에서의 지발당 장약량은 0.57~7.42 kg/delay, 자승근식에서 0.21~5.29 kg/delay, 삼승근식에서 0.04~5.51 kg/delay로 나타났다. 또한, 본 연구에서 도출된 삼승근식과 선행 연구의 결과를 종합하여 0.2 kine 기준에 부합하는 상관관계식을 각각 도출하였다. 관계식을 이용하여 진동속도 0.2 kine을 만족하는 거리에 따른 허용 지발당 장약량을 산정한 결과, 50 m에서 1.07 kg/delay, 100 m에서 5.13 kg/delay, 200 m에서 22.26 kg/delay로 평가되었다. 본 연구를 통해 산출된 진동속도별 상관관계식은 거문오름용암동굴계 주변 지반의 지발당 장약량 산정 근거로 활용이 가능할 것으로 판단된다.


For management and preservation measures of lava tube, it is studied how the blasting vibration by constructions near Geomunoreum lava tubes in Jeju affect lava tube. 11 boreholes were drilled in study area, and in-situ blasting tests were conducted by changing from 0.5 kg to 10 kg charge per delay in those boreholes. The vibration velocity, which meets the regulatory vibration criterion during daytime, was estimated as below 0.276 cm/sec by analyzing the relationship between vibration velocity and vibration level. In addition, SRE and CRE were calculated from the results of in-situ blasting tests, and k-values were shown as 130.04 in SRE, 199.71 in CRE, respectively. Also, n-values were shown as -1.717 in SRE, -1.711 in CRE, respectively. Charge per delay were assessed based on these equations, and charges per delay had ranges of 0.57~7.42 kg/delay in estimation equation of vibration velocity, 0.21~5.29 kg/delay in SRE, and 0.04~5.51 kg/delay in CRE, considering the 0.2 kine vibration criterion for cultural heritage and the 20~100 m distance from vibration source. Additionally, the relationships which meet the criteria of 0.2 kine, were calculated by combining CRE in this study with the result of previous study. Allowable charges per delay, which meet the criteria of 0.2 kine, were evaluated as 1.07 kg/delay in 50 m, 5.13 kg/delay in 100 m and 22.26 kg/delay in 200 m distances. These relationships for each vibration velocity are useful to deduce charge per delay for the ground near Geomunoreum lava tube.

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