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조선누층군 풍촌석회암 방해석 쌍정에서 유추된 고응력장

Paleostress Inferred from Calcite Twins in the Pungchon Limestone, Joseon Supergroup

강성승 ( Seong-seung Kang ) , 장보안 ( Bo-an Jang )
  • : 대한지질공학회
  • : 지질공학 32권1호
  • : 연속간행물
  • : 2022년 03월
  • : 13-26(14pages)
지질공학

DOI


목차

서 론
응력장 계산
변형률 계산
연구지역 지질
연구방법
연구결과
결 론
사사
References

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초록 보기

본 연구는 방해석 내 쌍정을 이용하여 조선누층군 풍촌석회암층의 고응력장을 규명하기 위함이다. 이를 위해 조선누층군 두위봉형의 풍촌석회암에서 6개의 시료를 채취하여 방해석 c-축의 방향 및 경사, e 쌍정면의 방향 및 경사, 쌍정의 평균 두께 및 갯수, 방해석 입자의 크기 등을 측정하였다. 측정된 자료들은 Calcite Strain Gauge 프로그램에 입력되어 쌍정의 변형률, 평균 두께, 치밀도 및 고응력장의 상대적 크기 및 방향 등을 계산하였다. 쌍정의 변형률은 1.09~15.36%, 평균 두께는 0.53~3.72 μm, 치밀도는 21.0~53.1 twin/mm의 범위를 보인다. 쌍정의 변형률, 치밀도 및 두께에 의한 변성온도 계산결과 대부분의 시료에서 170~200℃ 이하를 보여, 풍촌층의 상부층인 직운산층의 변성온도에 비교할 때 최대 심도의 절반 이상 상승한 후에 쌍정이 생성된 것으로 판단된다. 응력장의 방향은 5개의 시료에서 2방향을 보이는 반면, 단지 1개의 시료에서만 한 방향을 보여 대부분의 시료에서 압축응력이 2번 이상 작용하였음을 보여준다. 압축응력은 WNW-ESE~ENE-WSW의 방향성이 가장 우세하고 NW-SE와 NE-SW의 방향성도 보인다. 본 연구에서 측정된 고응력장과 연구지역 인근에서 지질구조나 다른 방법에 의하여 규명된 고응력장과 비교할 때 E-W 방향의 고응력장은 트라이아스기 말에서 쥬라기 초에 발생한 송림조산운동에 가장 큰 압축응력이 작용하였고 쥬라기에 발생한 대보조산운동과 불국사 변동에 의해서도 쌍정이 생성된 것으로 판단된다.
Calcite twins were analyzed in six oriented samples of the Pungchon limestone, Joseon Supergroup, to reconstruct the paleostress field. The orientations of c-axis of calcite and e twin plane were measured along with the average thickness and numbers of twins, and the widths of calcite grains. Twin strain, mean width, and intensity of twinning, and the relative magnitude and orientations of principal stresses were calculated using Calcite Strain Gauge program. Twin strain, mean width, and intensity of twinning showed ranges of 1.09-15.36%, 0.53-3.72 μm and 21.0-53.1 twim/mm, respectively. Metamorphic temperatures calculated from the twins were 170-200℃, indicating that the twins developed after the Pungchon limestone was uplifted to at least half of the maximum burial depth. Results for five of the samples indicate that the calcite twins formed during two events with principal stress axes of different orientations, while the remaining sample recorded only one event that produced calcite twins. The axis of maximum compressive stress was oriented mainly WNW-ESE to ENE-WSW, and to a lesser degree NW-SE and NE-SW. Comparison of paleostress orientations measured here and in other studies indicates that most twins were produced during the Songrim orogeny. However, the Daebo orogeny and the Bulguksa orogeny also produced calcite twins in the Punchon limestone.

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간행물정보

  • : 공학분야  > 환경공학
  • : KCI등재
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  • : 계간
  • : 1226-5268
  • : 2287-7169
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1991-2022
  • : 1098


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32권1호(2022년 03월) 수록논문
최근 권호 논문
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1A Closed-Form Solution for Circular Openings in an Elastic-Brittle-Plastic Extended Spatial Mobilized Plane Medium

저자 : Chuangzhou Wu , Wei Guo , Bo-an Jang

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1-12 (12 pages)

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Based on the extended spatial mobilization plane (SMP) criterion, we present an elastic-brittle-plastic solution for an axisymmetric cylindrical tunnel. The influences of the intermediate principal compressive stress and material strain-softening behavior are considered. Closed-form formulas for the critical support force, radius of plastic zone, and distributions of stress and displacement in surrounding rock are proposed. The elastic-plastic solution based on SMP is compared with the Kastner solution to verify the credibility of the obtained elastic-plastic solution. The elastic-brittle-plastic solution following the SMP criterion and the current solution based on the Mohr-Coulomb criterion are also compared. The rock strain-softening rate and the intermediate principal stress affect the stability of the surrounding rock. The results provide guidance for optimizing the design of support systems for tunnels.

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2조선누층군 풍촌석회암 방해석 쌍정에서 유추된 고응력장

저자 : 강성승 ( Seong-seung Kang ) , 장보안 ( Bo-an Jang )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 13-26 (14 pages)

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본 연구는 방해석 내 쌍정을 이용하여 조선누층군 풍촌석회암층의 고응력장을 규명하기 위함이다. 이를 위해 조선누층군 두위봉형의 풍촌석회암에서 6개의 시료를 채취하여 방해석 c-축의 방향 및 경사, e 쌍정면의 방향 및 경사, 쌍정의 평균 두께 및 갯수, 방해석 입자의 크기 등을 측정하였다. 측정된 자료들은 Calcite Strain Gauge 프로그램에 입력되어 쌍정의 변형률, 평균 두께, 치밀도 및 고응력장의 상대적 크기 및 방향 등을 계산하였다. 쌍정의 변형률은 1.09~15.36%, 평균 두께는 0.53~3.72 μm, 치밀도는 21.0~53.1 twin/mm의 범위를 보인다. 쌍정의 변형률, 치밀도 및 두께에 의한 변성온도 계산결과 대부분의 시료에서 170~200℃ 이하를 보여, 풍촌층의 상부층인 직운산층의 변성온도에 비교할 때 최대 심도의 절반 이상 상승한 후에 쌍정이 생성된 것으로 판단된다. 응력장의 방향은 5개의 시료에서 2방향을 보이는 반면, 단지 1개의 시료에서만 한 방향을 보여 대부분의 시료에서 압축응력이 2번 이상 작용하였음을 보여준다. 압축응력은 WNW-ESE~ENE-WSW의 방향성이 가장 우세하고 NW-SE와 NE-SW의 방향성도 보인다. 본 연구에서 측정된 고응력장과 연구지역 인근에서 지질구조나 다른 방법에 의하여 규명된 고응력장과 비교할 때 E-W 방향의 고응력장은 트라이아스기 말에서 쥬라기 초에 발생한 송림조산운동에 가장 큰 압축응력이 작용하였고 쥬라기에 발생한 대보조산운동과 불국사 변동에 의해서도 쌍정이 생성된 것으로 판단된다.


Calcite twins were analyzed in six oriented samples of the Pungchon limestone, Joseon Supergroup, to reconstruct the paleostress field. The orientations of c-axis of calcite and e twin plane were measured along with the average thickness and numbers of twins, and the widths of calcite grains. Twin strain, mean width, and intensity of twinning, and the relative magnitude and orientations of principal stresses were calculated using Calcite Strain Gauge program. Twin strain, mean width, and intensity of twinning showed ranges of 1.09-15.36%, 0.53-3.72 μm and 21.0-53.1 twim/mm, respectively. Metamorphic temperatures calculated from the twins were 170-200℃, indicating that the twins developed after the Pungchon limestone was uplifted to at least half of the maximum burial depth. Results for five of the samples indicate that the calcite twins formed during two events with principal stress axes of different orientations, while the remaining sample recorded only one event that produced calcite twins. The axis of maximum compressive stress was oriented mainly WNW-ESE to ENE-WSW, and to a lesser degree NW-SE and NE-SW. Comparison of paleostress orientations measured here and in other studies indicates that most twins were produced during the Songrim orogeny. However, the Daebo orogeny and the Bulguksa orogeny also produced calcite twins in the Punchon limestone.

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3물리사면모델을 활용한 정량적 산사태 취약성 분석기법 리뷰

저자 : 박혁진 ( Hyuck-jin Park ) , 이정현 ( Jung-hyun Lee )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 27-40 (14 pages)

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산사태는 매년 전 세계적으로 상당한 규모의 인명 및 재산 피해를 발생시키고 있다. 따라서 이러한 산사태를 정확하게 예측하는 것은 매우 중요한 일이며 많은 연구자들이 다양한 접근방식을 활용하여 많은 연구를 수행하여 왔다. 산사태 예측과 관련된 분석은 고려되는 영향인자들과 분석되는 위험성의 예측 수준 그리고 산사태 발생 시 예상되는 피해에 대한 고려에 따라 산사태 취약성 분석, 산사태 위험성 분석 그리고 산사태 리스크 분석으로 구분된다. 이들 분석 중 현재 획득 가능한 관련 자료의 수준을 감안하여 국내외적으로 산사태 취약성 분석이 주로 수행되고 있다. 산사태 취약성 분석은 다양한 정성적 및 정량적 분석기법이 적용되어 왔으며 최근 들어서는 예측성능이 우수한 것으로 알려진 물리사면모델을 활용한 분석기법이 폭넓게 사용되고 있다. 특히 물리사면모델은 산사태 발생 이력의 존재여부와 상관없이 적용이 가능하고 산사태 발생 프로세스를 재현할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 물리사면모델을 활용한 취약성 분석기법에 대하여 검토해 보았다.


Every year landslides cause serious casualties and property damages around the world. As the accurate prediction of landslides is important to reduce the fatalities and economic losses, various approaches have been developed to predict them. Prediction methods can be divided into landslide susceptibility analysis, landslide hazard analysis and landslide risk analysis according to the type of the conditioning factors, the predicted level of the landslide dangers, and whether the expected consequence cased by landslides were considered. Landslide susceptibility analyses are mainly based on the available landslide data and consequently, they predict the likelihood of landslide occurrence by considering factors that can induce landslides and analyzing the spatial distribution of these factors. Various qualitative and quantitative analysis techniques have been applied to landslide susceptibility analysis. Recently, quantitative susceptibility analyses have predominantly employed the physically based model due to high predictive capacity. This is because the physically based approaches use physical slope model to analyze slope stability regardless of prior landslide occurrence. This approach can also reproduce the physical processes governing landslide occurrence. This review examines physically based landslide susceptibility analysis approaches.

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4경상분지 백악기 화강암 암반에 대한 삼차원 수리전도텐서 추정사례

저자 : 엄정기 ( Jeong-gi Um ) , 이다혜 ( Dahye Lee )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 41-57 (17 pages)

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본 연구는 부산 기장지역에 분포하는 백악기 흑운모 화강암에 대한 사례연구를 통하여 DFN(discrete fracture network) 유동해석 기반의 REV(representative elementary volume) 크기 및 삼차원 수리전도텐서 추정을 위한 워크플로우를 제시하였다. 연구지역을 대표하는 이차원 DFN에 대하여 절리텐서의 일차불변량을 이용하여 절리의 빈도 및 길이가 보정되었다. 현장수압시험을 수행하여 선형의 등가유로관으로 취급된 현장의 절리에 대한 유효수리간극이 추정되었다. 연구지역의 이차원 DFN 블록에 대한 REV의 크기는 블록 크기에 따른 지향적 블록수리전도도의 변화를 분석하여 20 m × 20 m으로 결정하였다. 연구지역의 이차원 DFN에 대하여 산정된 지향적 블록수리전도도는 현장의 수리적 거동과 관련하여 강한 이방성을 지시한다. 다양한 방향으로의 이차원 DFN에서 산정된 지향적 블록수리전도도를 바탕으로 연구지역의 절리성 암반에 대한 삼차원 수리전도텐서가 추정되었다. 삼차원 수리전도텐서의 주성분 방향은 현장에서 구분된 주 절리군의 방향과 일치한다.


A workflow is presented to estimate the size of a representative elementary volume and 3-D hydraulic conductivity tensor based on fluid flow analysis for a discrete fracture network (DFN). A case study is considered for a Cretaceous granitic rock mass at Gijang in Busan, Korea. The intensity and size of joints were calibrated using the first invariant of the fracture tensor for the 2-D DFN of the study area. Effective hydraulic apertures were obtained by analyzing the results of field packer tests. The representative elementary volume of the 2-D DFN was determined to be 20 m square by investigating the variations in the directional hydraulic conductivity for blocks of different sizes. The directional hydraulic conductivities calculated from the 2-D DFN exhibited strong anisotropy related to the hydraulic behavior of the study area. The 3-D hydraulic conductivity tensor for the fractured rock mass of the study area was estimated from the directional block conductivities of the 2-D DFN blocks generated for various directions in 3-D. The orientations of the principal components of the 3-D hydraulic conductivity tensor were found to be identical to those of delineated joint sets in the study area.

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5경상분지 백악기 화강암 암반에 대한 역학적 REV 및 변형특성 추정사례

저자 : 엄정기 ( Jeong-gi Um ) , 류성진 ( Seongjin Ryu )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 59-72 (14 pages)

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본 연구는 부산 기장지역의 백악기 흑운모 화강암에 대하여 삼차원 개별체 수치해석 기반의 응력-변형 해석을 수행하고 절리성 암반의 강도 및 변형특성을 평가하였다. 절리성 암반의 역학적 특성에 대한 규모 효과 및 REV를 규명하기 위한 워크플로우가 제시되었으며 연구지역에서 결정된 REV(representative elementary volume) 크기의 DFN(discrete fracture network) 큐브 블록에 대한 블록강도, 변형계수, 전단탄성계수, 체적탄성계수 등의 강도 및 변형 파라미터가 산정되었다. 연구지역의 역학적 REV 크기는 15 m 큐브로 평가되었으며 DFN 큐브 블록의 평균 블록강도 및 평균 변형계수는 각각 신선암의 52.8% 및 57.7%로 추정되었다. 연구지역의 절리성 암반은 역학적으로 뚜렷한 직교이방성을 나타내는 것으로 평가되었으며 삼차원 수치해석을 통하여 산정된 변형 파라미터를 이용하여 선형-탄성의 직교이방성 구성모델이 도출되었다. 연구지역에 대한 직교이방성 구성모델은 등가의 연속체 해석을 통한 터널 및 지하공간의 안정성 평가에 활용될 수 있다.


This study employed a 3-D numerical analysis based on the distinct element method to estimate the strength and deformability of a Cretaceous biotite granitic rock mass at Gijang, Busan, Korea. A workflow was proposed to evaluate the scale effect and the representative elementary volume (REV) of mechanical properties for fractured rock masses. Directional strength and deformability parameters such as block strength, deformation modulus, shear modulus, and bulk modulus were estimated for a discrete fracture network (DFN) in a cubic block the size of the REV. The size of the mechanical REV for fractured rock masses in the study area was determined to be a 15 m cube. The mean block strength and mean deformation modulus of the DFN cube block were found to be 52.8% and 57.7% of the intact rock's strength and Young's modulus, respectively. A constitutive model was derived for the study area that describes the linear-elastic and orthotropic mechanical behavior of the rock mass. The model is expected to help evaluate the stability of tunnels and underground spaces through equivalent continuum analysis.

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6충주시 상산마을 주변 임도 산사태의 발생 원인 분석

저자 : 김형신 ( Hyeong-sin Kim ) , 문성우 ( Seong-woo Moon ) , 서용석 ( Yong-seok Seo )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 73-83 (11 pages)

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충주시 상산마을 주변 임도에서 집중호우 기간 중 산사태가 발생한 임도 상부사면 6개소, 하부사면 24개소를 대상으로 붕괴 원인을 분석하였다. 토층의 물리 · 역학적 특성은 임도 하부사면이 상부사면에 비해 공극이 많아 건조단위중량이 낮고, 토층의 입자 배열이 느슨하여 마찰각이 작다. 지형학적 특성은 임도 하부사면이 상부사면에 비해토층이 두껍고, 경사방향의 수직 및 수평 방향으로 오목하며, 경사는 상대적으로 완만하고, 특정집수면적이 넓어 지형습윤지수가 높은 특징을 보인다. 따라서 임도 하부사면은 상부사면보다 물리 · 역학적 특성 및 지형학적 특성이 전반적으로 산사태 발생에 취약한 것으로 나타났다. 상기 두 원인 외에도 임도 배수시설의 시공 및 유지관리가 적절하게 수행되지 못한 점도 사면붕괴의 발생 원인 중 하나로 분석된다.


The factors influencing landslide occurrence were analyzed for six points on the upper slope and the 24 points on the lower slope along a forest road around Sangsan village in Chungju, Korea, where landslides have occurred due to heavy rainfall. In terms of physico-mechanical properties of the soil layer, the lower slope seemed to loosen owing to the higher porosity, lower unit weight, and lower friction angle compared with the upper slope. With respect to topographic characteristics, the lower slope had thicker regolith, more concave profile and plan curvatures, lower slope angles, and higher topographic wetness index values than the upper slope. Therefore, all the properties (except for the slope angle) appear to make the lower slope of the forest road more vulnerable to landslides than the upper slope. Apart from the physico-mechanical and topographic characteristics, inadequate maintenance and management of drainage facilities are also considered as further major factors influencing landslide occurrence.

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7An Evaluation Method for Three-Dimensional Morphologies of Discontinuities considering the Shear Direction

저자 : Qingzhao Zhang , Zejun Luo , Qing Pan , Zhenming Shi , Bo-an Jang

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 85-99 (15 pages)

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Rock discontinuities, as weak interfaces in rock, control mechanical properties of rock mass. Presence of discontinuities complicates the engineering properties of rock, which is the root of anisotropy and heterogeneity that have nonnegligible influences on the rock engineering. Morphological characteristics of discontinuities in natural rock are an important factor influencing the mechanical properties, particularly roughness, of discontinuities. Therefore, the accurate measurement and characterization of morphologies of discontinuities are preconditions for studying mechanical properties of discontinuities. Taking discontinuities in red sandstone as research objects, the research obtained three-dimensional (3D) morphologies of discontinuities in natural rock by carrying out 3D morphological scanning tests. The waviness and roughness were separated from 3D morphologies of rock discontinuities through wavelet transform. In addition, the calculation method for the overall slope root mean square (RMS) as well as slope RMSs of waviness and roughness of 3D morphologies of discontinuities considering the shear direction was proposed. The research finally determined an evaluation method for 3D morphologies of discontinuities by quantitatively characterizing 3D morphologies with the mean value of the three slope RMSs.

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8근적외선의 분광특성 분석을 통한 반사율과 탁도의 상관관계 분석

저자 : 이소진 ( So-jin Lee ) , 정교철 ( Gyo-cheol Jeong ) , 이창주 ( Chang-ju Lee ) , 김종태 ( Jong-tae Kim )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 101-111 (11 pages)

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본 연구는 초분광 영상의 반사율과 탁도 관계를 해석하는 것이 목표로써 실험수조에 탁수를 발생시킨 후 드론 기반의 초분광 영상촬영을 수행하였으며 측정된 탁도와 반사율의 상관관계를 분석하였다. 실험에 사용된 9개 수조는 모든 빛을 흡수할 수 있는 흑색 아크릴로 제작하였으며 토양은 임하호 탁수 발생의 원인이 되는 창하천 하류에서 채취하였다. 연구결과, 근적외선 영역에서 파장에 따른 반사율은 전반적으로 유사한 패턴으로 나타났으며, 탁도가 높은 Box일수록 반사율이 증가하였다. 또한 각 Box에서 측정한 탁도와 평균반사율의 상관관계를 분석한 결과 결정계수는 0.8702로 매우 높게 나타나 반사율을 이용한 탁도 예측이 가능한 것으로 나타났다.


This study analyzed the relationship between water turbidity and its reflectance, as measured using hyperspectral imaging. First, samples of turbid water were generated in boxes. This was followed by drone-based hyperspectral imaging and analysis of the correlation between the samples' measured turbidity and hyperspectral reflectance. The nine boxes for turbidity measurement were made of black acrylic that absorbed all light turbidity was induced using soil collected near Changhacheon, which causes turbidity in Imha Lake. The results indicate that the reflectance of wavelengths in the near-infrared region followed a pattern of increase with increasing soil content for each box. Analysis of this correlation between the turbidity and average reflectance measured in each box yielded a very high R2 value of 0.8702, indicating that reflectance is a suitable proxy for turbidity.

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9북극 척치 해저평원의 해양지열관측 초기결과와 지각기원에 대한 의미

저자 : 김영균 ( Young-gyun Kim ) , 홍종국 ( Jong Kuk Hong ) , 진영근 ( Young Keun Jin ) , 장민석 ( Minseok Jang ) , 소병달 ( Byung Dal So )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 113-126 (14 pages)

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북극해 아메라시아 분지(Amerasia Basin)에 속한 척치 해저평원(Chukchi Abyssal Plain)의 지구조 역사(tectonic history)는 혹독한 해빙 조건으로 인한 관측 부족으로 인하여 아직 밝혀지지 않았다. 지구조 역사에 대한 여러 경쟁 가설들은 형성 시기로는 중생대에서 신생대까지, 지각 유형으로는 과도하게 확장된 대륙 지각에서 해양 지각까지, 형성 기작으로는 평행/부채꼴 균열에서 평행이동까지의 광범위한 범위를 갖는다. 2018년(ARA09C 항차)과 2021년(ARA12C 항차)에 쇄빙연구선 아라온을 이용해 해저평원의 수심 2,160~2,250 m 범위의 3개 정점에서 해양지각의 연령 결정에 필수적인 역할을 하는 해양지열의 관측이 이루어졌다. 해양지열 정점은 약 40 km에 걸쳐 확장축에 수직으로 위치한다. 퇴적물 코어 시료의 실험실 열전도도로부터 보정된 현장 열전도도를 사용하면, 관찰된 해양지열은 54~60 mW/㎡ 범위를 보인다. 해양지각을 가정할 때, 해양지열 관측결과는 형성 시기로서 후기 백악기(중생대)에 해당한다. 추정된 연대는 후기 중생대-신생대 동안 마카로프 분지가 열리면서 척치 해저평원 형성이 활성화되었다는 가설을 뒷받침한다. 이 시기는 동쪽으로 해저평원에 인접한 척치 보더랜드(Chukchi Border Land)의 열개 현상 발생과 동시대이다. 본 연구의 해양지열 관측결과로 퇴적물 내 가스하이드레이트 안정영역 하부(the base of the gas hydrate stability zone)의 위치가 추정되었고(332~367 mbsf), 이는 척치 고원(Chukchi Plateau)에서처럼 가스하이드레이트와 연관된 해저면 모사 반사면을 식별하는 데 도움이 될 것이다. 척치 해저평원의 정확한 형성 과정과 맨틀 열구조에 대한 이해를 높이기 위해 해양지열 관측을 포함한 추가적인 지구물리 탐사가 필요하다.


The tectonic history of the Chukchi Abyssal Plain in the Amerasia Basin, Arctic Ocean, has not been fully explored due to the harsh conditions of sea ice preventing detailed observation. Existing models of the tectonic history of the region provide contrasting interpretation of the timing of formation of the crust (Mesozoic to Cenozoic), crust type (from hyper-extended continental crust to oceanic crust), and formation process (from parallel/fan-shaped rifting to transformation faulting). To help determine the age of the oceanic crust, the geothermal gradient was measured at three stations in the south of abyssal plain at depth of 2,160-2,250 m below sea level. Heat flow measurement stations were located perpendicular to the spreading axis over a 40 km-long transect. In-situ thermal conductivity measurement, corrected by the laboratory test, gave observed marine heat flows of 55 to 61 mW/㎡. All measurements were taken during Arctic expeditions in 2018 (ARA09C expedition) and 2021 (ARA12C expedition) by the Korean ice-breaking research vessel (IBRV) Araon. Given the assumption of oceanic crust, the results correspond to formation in the Late Cretaceous (Mesozoic). The inferred age supports the hypothesis of formation activated by the opening of the Makarov Basin during the Late Mesozoic-Cenozoic. This would make it contemporaneous with rifting of the Chukchi Border Land immediately east of the abyssal plain. The heat flow data indicate the base of the gas hydrate stability zone is located 332-367 m below the seafloor, this will help to identify the gas hydrate-related bottom simulating reflector in the future seismic survey, as already identified on the Chukchi Plateau. Further geophysical surveys, including heat flow measurements, are required to increase our understanding of the formation process and thermal mantle structure of the abyssal plain.

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10Improvement of Fluid Transfer Using Pneumatic Fracturing, Plasma Blasting, and Vacuum Suction

저자 : Geun-chun Lee , Jae-yong Song , Cha-won Kang , Hyun-shic Jang , Bo-an Jang , Yu-chul Park

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 127-142 (16 pages)

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This study explored the fluid transfer characteristics of simultaneous pneumatic blasting, plasma blasting, and vacuum suction (the PPV method), and assessed their effect. Chemical oxidation―an established soil remediation method―was compared as a control. Electrical resistivity surveys found that PPV reduced resistivity by about 1.5-2.5 times compared with the control group, indicating that it increased the diffusion of fluid between the injection and suction wells. Injection and suction tests comparing the injection flow rate, initial suction flow rate time, and suction flow rate showed that the PPV method offered an improvement over the existing method. Slug tests revealed that PPV increased the permeability coefficient by a greater amount than that by the control method. This study qualitatively and quantitatively confirmed that the PPV method clearly improves injection and suction efficiency by accelerating cracks in the ground and improving water permeability compared with the established chemical oxidation method.

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1A Closed-Form Solution for Circular Openings in an Elastic-Brittle-Plastic Extended Spatial Mobilized Plane Medium

저자 : Chuangzhou Wu , Wei Guo , Bo-an Jang

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1-12 (12 pages)

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Based on the extended spatial mobilization plane (SMP) criterion, we present an elastic-brittle-plastic solution for an axisymmetric cylindrical tunnel. The influences of the intermediate principal compressive stress and material strain-softening behavior are considered. Closed-form formulas for the critical support force, radius of plastic zone, and distributions of stress and displacement in surrounding rock are proposed. The elastic-plastic solution based on SMP is compared with the Kastner solution to verify the credibility of the obtained elastic-plastic solution. The elastic-brittle-plastic solution following the SMP criterion and the current solution based on the Mohr-Coulomb criterion are also compared. The rock strain-softening rate and the intermediate principal stress affect the stability of the surrounding rock. The results provide guidance for optimizing the design of support systems for tunnels.

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2조선누층군 풍촌석회암 방해석 쌍정에서 유추된 고응력장

저자 : 강성승 ( Seong-seung Kang ) , 장보안 ( Bo-an Jang )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 13-26 (14 pages)

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본 연구는 방해석 내 쌍정을 이용하여 조선누층군 풍촌석회암층의 고응력장을 규명하기 위함이다. 이를 위해 조선누층군 두위봉형의 풍촌석회암에서 6개의 시료를 채취하여 방해석 c-축의 방향 및 경사, e 쌍정면의 방향 및 경사, 쌍정의 평균 두께 및 갯수, 방해석 입자의 크기 등을 측정하였다. 측정된 자료들은 Calcite Strain Gauge 프로그램에 입력되어 쌍정의 변형률, 평균 두께, 치밀도 및 고응력장의 상대적 크기 및 방향 등을 계산하였다. 쌍정의 변형률은 1.09~15.36%, 평균 두께는 0.53~3.72 μm, 치밀도는 21.0~53.1 twin/mm의 범위를 보인다. 쌍정의 변형률, 치밀도 및 두께에 의한 변성온도 계산결과 대부분의 시료에서 170~200℃ 이하를 보여, 풍촌층의 상부층인 직운산층의 변성온도에 비교할 때 최대 심도의 절반 이상 상승한 후에 쌍정이 생성된 것으로 판단된다. 응력장의 방향은 5개의 시료에서 2방향을 보이는 반면, 단지 1개의 시료에서만 한 방향을 보여 대부분의 시료에서 압축응력이 2번 이상 작용하였음을 보여준다. 압축응력은 WNW-ESE~ENE-WSW의 방향성이 가장 우세하고 NW-SE와 NE-SW의 방향성도 보인다. 본 연구에서 측정된 고응력장과 연구지역 인근에서 지질구조나 다른 방법에 의하여 규명된 고응력장과 비교할 때 E-W 방향의 고응력장은 트라이아스기 말에서 쥬라기 초에 발생한 송림조산운동에 가장 큰 압축응력이 작용하였고 쥬라기에 발생한 대보조산운동과 불국사 변동에 의해서도 쌍정이 생성된 것으로 판단된다.

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3물리사면모델을 활용한 정량적 산사태 취약성 분석기법 리뷰

저자 : 박혁진 ( Hyuck-jin Park ) , 이정현 ( Jung-hyun Lee )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 27-40 (14 pages)

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산사태는 매년 전 세계적으로 상당한 규모의 인명 및 재산 피해를 발생시키고 있다. 따라서 이러한 산사태를 정확하게 예측하는 것은 매우 중요한 일이며 많은 연구자들이 다양한 접근방식을 활용하여 많은 연구를 수행하여 왔다. 산사태 예측과 관련된 분석은 고려되는 영향인자들과 분석되는 위험성의 예측 수준 그리고 산사태 발생 시 예상되는 피해에 대한 고려에 따라 산사태 취약성 분석, 산사태 위험성 분석 그리고 산사태 리스크 분석으로 구분된다. 이들 분석 중 현재 획득 가능한 관련 자료의 수준을 감안하여 국내외적으로 산사태 취약성 분석이 주로 수행되고 있다. 산사태 취약성 분석은 다양한 정성적 및 정량적 분석기법이 적용되어 왔으며 최근 들어서는 예측성능이 우수한 것으로 알려진 물리사면모델을 활용한 분석기법이 폭넓게 사용되고 있다. 특히 물리사면모델은 산사태 발생 이력의 존재여부와 상관없이 적용이 가능하고 산사태 발생 프로세스를 재현할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 물리사면모델을 활용한 취약성 분석기법에 대하여 검토해 보았다.

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4경상분지 백악기 화강암 암반에 대한 삼차원 수리전도텐서 추정사례

저자 : 엄정기 ( Jeong-gi Um ) , 이다혜 ( Dahye Lee )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 41-57 (17 pages)

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본 연구는 부산 기장지역에 분포하는 백악기 흑운모 화강암에 대한 사례연구를 통하여 DFN(discrete fracture network) 유동해석 기반의 REV(representative elementary volume) 크기 및 삼차원 수리전도텐서 추정을 위한 워크플로우를 제시하였다. 연구지역을 대표하는 이차원 DFN에 대하여 절리텐서의 일차불변량을 이용하여 절리의 빈도 및 길이가 보정되었다. 현장수압시험을 수행하여 선형의 등가유로관으로 취급된 현장의 절리에 대한 유효수리간극이 추정되었다. 연구지역의 이차원 DFN 블록에 대한 REV의 크기는 블록 크기에 따른 지향적 블록수리전도도의 변화를 분석하여 20 m × 20 m으로 결정하였다. 연구지역의 이차원 DFN에 대하여 산정된 지향적 블록수리전도도는 현장의 수리적 거동과 관련하여 강한 이방성을 지시한다. 다양한 방향으로의 이차원 DFN에서 산정된 지향적 블록수리전도도를 바탕으로 연구지역의 절리성 암반에 대한 삼차원 수리전도텐서가 추정되었다. 삼차원 수리전도텐서의 주성분 방향은 현장에서 구분된 주 절리군의 방향과 일치한다.

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5경상분지 백악기 화강암 암반에 대한 역학적 REV 및 변형특성 추정사례

저자 : 엄정기 ( Jeong-gi Um ) , 류성진 ( Seongjin Ryu )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 59-72 (14 pages)

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본 연구는 부산 기장지역의 백악기 흑운모 화강암에 대하여 삼차원 개별체 수치해석 기반의 응력-변형 해석을 수행하고 절리성 암반의 강도 및 변형특성을 평가하였다. 절리성 암반의 역학적 특성에 대한 규모 효과 및 REV를 규명하기 위한 워크플로우가 제시되었으며 연구지역에서 결정된 REV(representative elementary volume) 크기의 DFN(discrete fracture network) 큐브 블록에 대한 블록강도, 변형계수, 전단탄성계수, 체적탄성계수 등의 강도 및 변형 파라미터가 산정되었다. 연구지역의 역학적 REV 크기는 15 m 큐브로 평가되었으며 DFN 큐브 블록의 평균 블록강도 및 평균 변형계수는 각각 신선암의 52.8% 및 57.7%로 추정되었다. 연구지역의 절리성 암반은 역학적으로 뚜렷한 직교이방성을 나타내는 것으로 평가되었으며 삼차원 수치해석을 통하여 산정된 변형 파라미터를 이용하여 선형-탄성의 직교이방성 구성모델이 도출되었다. 연구지역에 대한 직교이방성 구성모델은 등가의 연속체 해석을 통한 터널 및 지하공간의 안정성 평가에 활용될 수 있다.

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6충주시 상산마을 주변 임도 산사태의 발생 원인 분석

저자 : 김형신 ( Hyeong-sin Kim ) , 문성우 ( Seong-woo Moon ) , 서용석 ( Yong-seok Seo )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 73-83 (11 pages)

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충주시 상산마을 주변 임도에서 집중호우 기간 중 산사태가 발생한 임도 상부사면 6개소, 하부사면 24개소를 대상으로 붕괴 원인을 분석하였다. 토층의 물리 · 역학적 특성은 임도 하부사면이 상부사면에 비해 공극이 많아 건조단위중량이 낮고, 토층의 입자 배열이 느슨하여 마찰각이 작다. 지형학적 특성은 임도 하부사면이 상부사면에 비해토층이 두껍고, 경사방향의 수직 및 수평 방향으로 오목하며, 경사는 상대적으로 완만하고, 특정집수면적이 넓어 지형습윤지수가 높은 특징을 보인다. 따라서 임도 하부사면은 상부사면보다 물리 · 역학적 특성 및 지형학적 특성이 전반적으로 산사태 발생에 취약한 것으로 나타났다. 상기 두 원인 외에도 임도 배수시설의 시공 및 유지관리가 적절하게 수행되지 못한 점도 사면붕괴의 발생 원인 중 하나로 분석된다.

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7An Evaluation Method for Three-Dimensional Morphologies of Discontinuities considering the Shear Direction

저자 : Qingzhao Zhang , Zejun Luo , Qing Pan , Zhenming Shi , Bo-an Jang

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 85-99 (15 pages)

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Rock discontinuities, as weak interfaces in rock, control mechanical properties of rock mass. Presence of discontinuities complicates the engineering properties of rock, which is the root of anisotropy and heterogeneity that have nonnegligible influences on the rock engineering. Morphological characteristics of discontinuities in natural rock are an important factor influencing the mechanical properties, particularly roughness, of discontinuities. Therefore, the accurate measurement and characterization of morphologies of discontinuities are preconditions for studying mechanical properties of discontinuities. Taking discontinuities in red sandstone as research objects, the research obtained three-dimensional (3D) morphologies of discontinuities in natural rock by carrying out 3D morphological scanning tests. The waviness and roughness were separated from 3D morphologies of rock discontinuities through wavelet transform. In addition, the calculation method for the overall slope root mean square (RMS) as well as slope RMSs of waviness and roughness of 3D morphologies of discontinuities considering the shear direction was proposed. The research finally determined an evaluation method for 3D morphologies of discontinuities by quantitatively characterizing 3D morphologies with the mean value of the three slope RMSs.

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8근적외선의 분광특성 분석을 통한 반사율과 탁도의 상관관계 분석

저자 : 이소진 ( So-jin Lee ) , 정교철 ( Gyo-cheol Jeong ) , 이창주 ( Chang-ju Lee ) , 김종태 ( Jong-tae Kim )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 101-111 (11 pages)

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본 연구는 초분광 영상의 반사율과 탁도 관계를 해석하는 것이 목표로써 실험수조에 탁수를 발생시킨 후 드론 기반의 초분광 영상촬영을 수행하였으며 측정된 탁도와 반사율의 상관관계를 분석하였다. 실험에 사용된 9개 수조는 모든 빛을 흡수할 수 있는 흑색 아크릴로 제작하였으며 토양은 임하호 탁수 발생의 원인이 되는 창하천 하류에서 채취하였다. 연구결과, 근적외선 영역에서 파장에 따른 반사율은 전반적으로 유사한 패턴으로 나타났으며, 탁도가 높은 Box일수록 반사율이 증가하였다. 또한 각 Box에서 측정한 탁도와 평균반사율의 상관관계를 분석한 결과 결정계수는 0.8702로 매우 높게 나타나 반사율을 이용한 탁도 예측이 가능한 것으로 나타났다.

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9북극 척치 해저평원의 해양지열관측 초기결과와 지각기원에 대한 의미

저자 : 김영균 ( Young-gyun Kim ) , 홍종국 ( Jong Kuk Hong ) , 진영근 ( Young Keun Jin ) , 장민석 ( Minseok Jang ) , 소병달 ( Byung Dal So )

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 113-126 (14 pages)

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북극해 아메라시아 분지(Amerasia Basin)에 속한 척치 해저평원(Chukchi Abyssal Plain)의 지구조 역사(tectonic history)는 혹독한 해빙 조건으로 인한 관측 부족으로 인하여 아직 밝혀지지 않았다. 지구조 역사에 대한 여러 경쟁 가설들은 형성 시기로는 중생대에서 신생대까지, 지각 유형으로는 과도하게 확장된 대륙 지각에서 해양 지각까지, 형성 기작으로는 평행/부채꼴 균열에서 평행이동까지의 광범위한 범위를 갖는다. 2018년(ARA09C 항차)과 2021년(ARA12C 항차)에 쇄빙연구선 아라온을 이용해 해저평원의 수심 2,160~2,250 m 범위의 3개 정점에서 해양지각의 연령 결정에 필수적인 역할을 하는 해양지열의 관측이 이루어졌다. 해양지열 정점은 약 40 km에 걸쳐 확장축에 수직으로 위치한다. 퇴적물 코어 시료의 실험실 열전도도로부터 보정된 현장 열전도도를 사용하면, 관찰된 해양지열은 54~60 mW/㎡ 범위를 보인다. 해양지각을 가정할 때, 해양지열 관측결과는 형성 시기로서 후기 백악기(중생대)에 해당한다. 추정된 연대는 후기 중생대-신생대 동안 마카로프 분지가 열리면서 척치 해저평원 형성이 활성화되었다는 가설을 뒷받침한다. 이 시기는 동쪽으로 해저평원에 인접한 척치 보더랜드(Chukchi Border Land)의 열개 현상 발생과 동시대이다. 본 연구의 해양지열 관측결과로 퇴적물 내 가스하이드레이트 안정영역 하부(the base of the gas hydrate stability zone)의 위치가 추정되었고(332~367 mbsf), 이는 척치 고원(Chukchi Plateau)에서처럼 가스하이드레이트와 연관된 해저면 모사 반사면을 식별하는 데 도움이 될 것이다. 척치 해저평원의 정확한 형성 과정과 맨틀 열구조에 대한 이해를 높이기 위해 해양지열 관측을 포함한 추가적인 지구물리 탐사가 필요하다.

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10Improvement of Fluid Transfer Using Pneumatic Fracturing, Plasma Blasting, and Vacuum Suction

저자 : Geun-chun Lee , Jae-yong Song , Cha-won Kang , Hyun-shic Jang , Bo-an Jang , Yu-chul Park

발행기관 : 대한지질공학회 간행물 : 지질공학 32권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 127-142 (16 pages)

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This study explored the fluid transfer characteristics of simultaneous pneumatic blasting, plasma blasting, and vacuum suction (the PPV method), and assessed their effect. Chemical oxidation―an established soil remediation method―was compared as a control. Electrical resistivity surveys found that PPV reduced resistivity by about 1.5-2.5 times compared with the control group, indicating that it increased the diffusion of fluid between the injection and suction wells. Injection and suction tests comparing the injection flow rate, initial suction flow rate time, and suction flow rate showed that the PPV method offered an improvement over the existing method. Slug tests revealed that PPV increased the permeability coefficient by a greater amount than that by the control method. This study qualitatively and quantitatively confirmed that the PPV method clearly improves injection and suction efficiency by accelerating cracks in the ground and improving water permeability compared with the established chemical oxidation method.

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