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보고서 상세정보

사회기반시설 보호를 위한 석회공동 분포 특성 파악과 탐사 및 3차원 모델링 기법 개발 연구보고서

  • 사업명

    산학연공동연구

  • 과제명

    사회기반시설 보호를 위한 석회공동 분포 특성파악 및 3차원 모델링 기법 개발

  • 주관연구기관

    서울대학교
    Seoul National University

  • 연구책임자

    김정환

  • 참여연구자

    김일석   김학수   김태녕   정상원   임병렬  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2004-01

  • 과제시작년도

    2002

  • 주관부처

    건설교통부

  • 사업 관리 기관

    한국건설교통기술평가원
    Korea Insitute of Construction & Transportation Technology Evaluation and Planning

  • 등록번호

    TRKO201000018820

  • 과제고유번호

    1500000791

  • 키워드

    soluble rocks.hazard.limestone cavities.geophysical survey.sinkhole and cave system.3D geo-modeling.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    The Soluble rocks which are primarily composed of minerals that can be dissolved in acidic water include dolomite, limestone, mar...

    The Soluble rocks which are primarily composed of minerals that can be dissolved in acidic water include dolomite, limestone, marble, rock gypsum and rock salt. These rocks produce distinct and characteristic engineering problems. Because these rocks are soluble, they threaten water storage and water conveyance projects with severe problems involving potential leakage and ground collapse. Foundations and excavations are endangered by the presence of sinkhole-cave systems in the rocks developed from previous solution or, in some cases, actually damaged due to new dissolution of rock constituents. Engineering history shows many construction problems caused by the unique nature of these rocks.
    The main purposes of this study are i) development of hazard zonation technique and its assessment, ii) suggestion of geotechnical survey guidelines including investigation, and geophysical survey, and iii) 3D geo-modeling and its visualization for specific sinkhole-cave system.
    From the detailed engineering geological mapping, areal photographic analysis and laboratory tests, controlling factors of sink hole and limestone cave formation were discussed, and four main hazard factors affecting hazard potential are identified. These factors are as follows: prerequisite hazard factor (distributions of pre-existing sink holes and cavities), geomorpological hazard factors (slope gradient, vegetation, and drainage pattern etc.) geological hazard factors (lithology, fracture patterns and geological structures etc.) and hydraulic conditions (hydraulic head, annual fluctuation of ground water table and composition of groundwater). From the construction of hazard zonation map along the Jecheon-Maepo area, and vertical cross-sectional hazard zonations of a specific tunnel site, hazard zonation rating systems were suggested.
    Various surface and sub-surface geophysical survey techniques including electro-resistivity survey, seismic reflection and refraction and refraction survey, IP (induced polarization) survey, and high resolution seismic tomography were performed to recognize limestone cavities and analyze the effectiveness of each method. Through these works, physical survey guidelines are proposed.
    Some computer applications such as sink hole sampling technique using DEM (digital elevation model) data, engineering classification of
    sinkhole-cave system, and discontinuity visualization and analysis programme were also developed during this works. 3D geo-modeling algorithm was analysed and suggested to design and visualize the sinkhole and cave system.


    1) 석회 공동 시스템의 형성 요인 분석과 메카니즘 규명
    Ο 시범지구에 대한 정밀 지표 지질 조사 및 용식 지형 분포 특성 조사
    Ο 시범지구에 분포하는 대표적인 용해성 암석에 대한 실내 시험
    Ο 농업용 관정, ...

    1) 석회 공동 시스템의 형성 요인 분석과 메카니즘 규명
    Ο 시범지구에 대한 정밀 지표 지질 조사 및 용식 지형 분포 특성 조사
    Ο 시범지구에 분포하는 대표적인 용해성 암석에 대한 실내 시험
    Ο 농업용 관정, 우물 등을 대상으로 지하수와 인근 하천의 지표수의 성분 및 특성 분석
    2) 석회 공동 시스템의 재해 등급도 작성 및 평가기준 개발
    Ο 공동 및 용식 지형을 형성 요인 연구
    Ο 재해도 작성 기법 연구 및 재해 요인 선정 및 가중치 결정
    Ο 석회암 지대의 재해도 작성 평가기준 개발
    3) 지표복합탐사 및 시추공을 활용한 석회공동 탐지 기술개발 연구
    Ο 비저항, 탄성파(굴절법, 반사법, 토모그라피) 등 지구물리탐사 방법에 따른 공동 반응 특성 연구
    Ο 시추공 영상촬영을 통한 석회공동의 범위 및 방향성 파악 및 방향성 분석
    Ο 시추공을 활용한 고해상도 공대공 탄성파 토모그라피
    Ο 공동에서 PS검층을 통한 시설물의 안정성평가 물성치 추출
    4) 석회암 천연공동 예상지역의 비파괴기법 반응정도 파악 및 조사지침 개발
    Ο 토모그래피를 이용한 기 인지 공동의 반응상태 조사
    Ο 평창군 미탄면의 미 확인 석회공동에 적용
    Ο 비파괴기법에 의한 반응정도 및 해상도 분석과 조사지침 마련
    5) GIS 기반의 재해등급도 작성을 위한 DB 시스템 개발
    Ο 석회암 지대의 재해도와 관련된 각종 정보를 GIS 기반의 DB로 구축할 수 있는 시스템 개발
    6) 석회공동의 3차원 형상화와 안정성 모델링
    Ο 석회공동의 3차원 형상화 기법 및 이를 고려한 3차원 안정성 해석 모델링
    7) 석회암 지대 재해 사례 분석 및 공동 보강 설계 기법 연구
    Ο 국내외 석회 지대 재해 및 공동 보강 설계 사례 조사 및 연구
    Ο 석회공동 보강 공법(안) 제안


  • 목차(Contents) 

    1. 표지...1
    2. 제 출 문...4
    3. 요 약 문...5
    4. S U M M A R Y...11
    5. 목 차...13
    6. 표 목 차...18
    7. 그 림 목 차...21
    8. 제 1 장 서 론...31
    9. 제 1 절 연구의 목적 및 필요성...31
    10. 제 2 절 연구...
    1. 표지...1
    2. 제 출 문...4
    3. 요 약 문...5
    4. S U M M A R Y...11
    5. 목 차...13
    6. 표 목 차...18
    7. 그 림 목 차...21
    8. 제 1 장 서 론...31
    9. 제 1 절 연구의 목적 및 필요성...31
    10. 제 2 절 연구개발의 내용 및 범위...33
    11. 제 2 장 국내외 기술 개발 현황...35
    12. 제 1 절 국내 기술동향...35
    13. 제 2 절 국외 기술동향...36
    14. 2.1. 개요...36
    15. 2.2. 유럽 지역...36
    16. 2.3. 미국...37
    17. 2.4. 아시아 지역...37
    18. 제 3 절 기술동향 분석 결론...38
    19. 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...41
    20. 제 1 절 서 언...41
    21. 제 2 절 시범지역 용식지형 분포 특성 및 형성 메카니즘 분석...43
    22. 2.1. 시범지역의 상세 지질조사...43
    23. 가. 시범지역의 개요...43
    24. 나. 지질개요...44
    25. 다. 지질각론...47
    26. 2.2. 선형구조분석...53
    27. 가. 조사목적 및 방법...53
    28. 나. 음영기복도 분석결과...53
    29. 다. 선형구조 분포 특성 분석...54
    30. 2.3. 석회암 용해특성 분석...56
    31. 가. 조사 목적 및 현황...56
    32. 나. 지구화학조사...57
    33. 다. 분석결과종합...67
    34. 2.4. 용식지형 분포특성조사...68
    35. 가. 분석 목적 및 방법...68
    36. 나. 지층별 분포 특성...68
    37. 다. 용식지형의 분포 특성 분석...71
    38. 2.5. 석회암 지대의 지하수 시료 채취 및 수리화학적 분석...79
    39. 가. 개요...79
    40. 나. 분석결과...81
    41. 제 3 절 석회암 지역의 재해 방지 시스템...87
    42. 3.1. 석회암 지역 재해 등급도 작성...87
    43. 가. 선행연구...87
    44. 나. 석회공동 시스템의 형성 및 발달에 기여하는 요소들...91
    45. 다. Decision tree method...94
    46. 라. 시범지역의 재해등급도 작성...95
    47. 마. 구조물에 적용된 상세 재해등급도...102
    48. 3.2. 석회공동 시스템의 공학적 분류...110
    49. 가. Karst 지형 발달 단계별 공학적 분류...110
    50. 나. 석회공동 시스템의 공학적 분류...113
    51. 다. 공동 시스템의 공학적 분류 프로그램 개발...115
    52. 제 4 절 지표복합탐사를 통한 석회공동 탐지기법...117
    53. 4.1. 서론...117
    54. 가. 석회암지대의 지하구조 연구의 중요성...117
    55. 나. 연구개요...119
    56. 4.2. 석회암지대 철도터널의 공동파악을 위한 복합물리탐사...120
    57. 가. 연구의 개요...120
    58. 나. 전기비저항 탐사(다이폴 수평탐사)...124
    59. 다. 탄성파 굴절법 토모그라피...137
    60. 라. 부유식 P-S검층...145
    61. 마. 시추공영상촬영(OBI: Optical Borehole Image)...156
    62. 바. 공대공 탄성파 토모그라피 탐사...180
    63. 사. 공동의 성인 추정...191
    64. 아. 복합물리탐사의 결과...199
    65. 자. 공동의 추정분포...202
    66. 제 5 절 석회공동 예상 지역에서의 물리탐사...205
    67. 5.1. 전기비저항 탐사...205
    68. 가. 개요...205
    69. 나. 탐사 방법 및 원리...206
    70. 다. 미탄면 고마루에서의 전기비저항 탐사...210
    71. 라. 매포읍에서의 전기비저항 탐사...215
    72. 5.2. 반사법 탐사...219
    73. 가. 개요...219
    74. 나. 탐사개요 및 원리...219
    75. 다. 고마루, 매포읍에서의 반사법 탐사...226
    76. 5.3 결론...236
    77. 제 6 절 석회암 지대의 GIS-DB 시스템...237
    78. 6.1 GIS와 원격탐사를 이용한 석회암지역 조사...237
    79. 가. 연구개요...237
    80. 나. 연구결과...243
    81. 6.2. 재해등급도 작성을 위한 GIS-DB 시스템...262
    82. 가. 개요...262
    83. 나. 연구개발결과...265
    84. 제 7 절 석회공동의 3차원 형상화와 영향성 모델링...275
    85. 7.1. 석회공동 시스템의 3차원 형상화 기법의 연구...275
    86. 가. 분석 대상...275
    87. 나. 3차원 지질 모델링 기법 연구 (Lynx Modelling System)...276
    88. 다. 석회 공동 탐사 결과를 이용한 3차원 형상화 기법 연구 (Slicer dicer)...294
    89. 7.2. 석회공동의 파괴 및 구조물 영향 모델링...296
    90. 가. 연구개요...296
    91. 나. 해석 결과...304
    92. 7.3. 석회공동 시스템의 지하수 모델링...358
    93. 가. 연구개요...358
    94. 나. 연구결과...365
    95. 제 8 절 석회암 지반재해 사례 분석 및 보강공법 제안...377
    96. 8.1. 석회암 지반재해 사례 분석...377
    97. 가. 연구목적 및 방법...377
    98. 나. 국내 사례...378
    99. 다. 국외 사례...396
    100. 라. 분석 및 토의...407
    101. 8.2. 석회암 지대 공동의 보강설계...411
    102. 가. 보강설계를 위한 석회지대의 조사...411
    103. 나. 석회공동 침하예측 기법의 적용...413
    104. 다. 석회공동 보강공법의 선정...414
    105. 8.3. 석회지대 공동 보강 공법의 제안...416
    106. 가. 국부 보강법(선택적 지보공법)...419
    107. 나. 충전법...435
    108. 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외 기여도...445
    109. 제 1 절 연구개발목표 달성도...445
    110. 제 2 절 대외 기여도...447
    111. 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...448
    112. 제 6 장. 참고문헌...451
  • 참고문헌

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