KR101987247B1 - 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템 - Google Patents

지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101987247B1
KR101987247B1 KR1020180127913A KR20180127913A KR101987247B1 KR 101987247 B1 KR101987247 B1 KR 101987247B1 KR 1020180127913 A KR1020180127913 A KR 1020180127913A KR 20180127913 A KR20180127913 A KR 20180127913A KR 101987247 B1 KR101987247 B1 KR 101987247B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ground settlement
groundwater
ground
settlement amount
groundwater level
Prior art date
Application number
KR1020180127913A
Other languages
English (en)
Inventor
차장환
이재영
김병찬
김우석
백용
권오일
Original Assignee
한국건설기술연구원
주식회사 신우엔지니어링
(주)베이시스소프트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국건설기술연구원, 주식회사 신우엔지니어링, (주)베이시스소프트 filed Critical 한국건설기술연구원
Priority to KR1020180127913A priority Critical patent/KR101987247B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101987247B1 publication Critical patent/KR101987247B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/08—Construction
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10—Services
    • G06Q50/26—Government or public services

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

수치해석(또는 수치해석모형)을 통해 도심지 지반굴착시 지하수위 변동에 근거하여 지반침하량을 평가하고 이를 활용하여 차수벽체의 투수성을 설계할 수 있는 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템이 개시된다. 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법은, 흙막이 벽체의 투수성 정보가 포함된 설계자료와 광역지하수의 현장자료를 근거로, 광역지하수를 수치해석하여 지하수위 변화량을 산정하는 단계; 광역지하수 수치해석 결과를 토대로 지반안전성을 해석하여 지반침하량을 산정하는 단계; 지반침하량을 평가하기 위해 상기 산정된 지반침하량과 허용 지반침하량을 비교하는 단계; 상기 산정된 지반침하량이 상기 허용 지반침하량보다 작은 것으로 체크되면, 허용침하량에 따른 허용 지하수위 변화량을 평가하는 단계; 및 상기 평가된 허용 지하수위 변화량에 따른 흙막이 벽체의 허용 투수성을 산정하는 단계를 포함한다.

Description

지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템{EVALUATION METHOD AND SYSTEM FOR THE GROUND SUBSIDENCE BY GROUNDWATER LEVEL FLUCTUATION}
본 발명은 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수치해석(또는 수치해석모형)을 통해 도심지 지반굴착시 지하수위 변동에 근거하여 지반침하량을 평가하고 이를 활용하여 차수벽체의 투수성을 설계할 수 있는 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 교각 기초, 지하 차도, 완충 저류조 시설, 아파트, 빌딩 등의 구조물 시공 시나 대구경 용수 관로, 도시 가스 및 하수 관거 등의 관로 공사 등 각종 지하 구조물의 시공을 위해서는 구조물의 시공이 요구되는 지반을 일정 심도로 굴착하여 구조물의 시공 토대가 되는 기초 터파기 공사를 시행하게 된다.
그런데, 이와 같은 기초 터파기 공사에서 굴착 심도가 일정 깊이 이상이 되면 토사의 붕괴 등으로 작업자 및 주변 시설물의 안전에 위해가 미칠 수 있다. 특히, 연약 지반이나 사질토 등에서 지하수 등 침투수가 굴착된 지반을 통하여 유입되거나 용출될 경우에는 기초 터파기 작업시 작업 환경이 습식화되어 작업자 및 사용 중장비 등의 기동성을 저해하여 작업 효율과 작업 환경을 악화시키고, 가시설 흙막이 구조물 및 시공하고자 하는 구조물의 강도와 안전성에도 악영향을 미치게 된다.
이러한 문제를 방지하기 위해, 기존의 가시설 흙막이 방법은 기초 터파기 공사 전에 굴착하고자 하는 가시설 흙막이 벽체의 배면 둘레 후면에 수직으로 그라우팅재로 차수 벽체를 선시공하여 수압 및 토압에 의한 굴착면의 붕괴를 방지하고 기초 터파기 내부로 지하수 등 침투수가 유입되는 것을 차단시킨 다음 기초 터파기 작업을 실시하는 방법을 사용하였다.
이러한 기존의 기초 가시설 공법은 전통적으로 측면에 대한 벽체 강성 및 차수 등에 집중되어 있으며 하부 저면에 대한 차수 및 개량 등에 대한 기술은 많이 개발되고 있지 않은 상황이다.
따라서 기존 공법에서 이를 극복하기 위하여 고심도의 암반층까지 가시설 흙막이 벽체를 과도하게 시공하여 차수 및 전도와 히빙 등에 대응하고 있다.
그러나, 이 공법은 가시설 흙막이 벽체의 저면 근입부를 과도하게 암반 저층까지 시공하여 공사비 증가에 주된 원인이 되고 있다.
한편, 최근 도시 집중화로 인해 빌딩 등 시설물 건설에 있어 굴착규모와 굴착심도가 점차 증가하고 지하구조물 또한 대형화 추세로 인해 지하수위 변동에 의한 영향이 심화되고 있어 지하수 변동과 연계된 지반변형 예측기술의 확보가 시급한 실정이다.
특히 집중호우나 지반굴착에 의해 미고결 퇴적층(unconsolidated soil, 또는 토양)이 포화-불포화 상태를 반복적으로 진행됨에 따라 토양의 공극 내 분포하는 체적함수비 변화가 발생되며 이에 따른 토양 내 지하수 거동에 따른 유효공극률 예측을 기반으로 지반침하 예측 기술개발이 필요하다.
또한, 지반굴착 시 지하수 변동에 대한 영향과 그에 따른 지반변형을 복합적으로 예측하기 위해서는 포화/불포화 지반에서의 지하수 거동예측이 선행되어야 하며, 이를 통해 도출된 토양 내 함수비를 동적으로 모의하여 지반 체적 변화를 정량적으로 예측할 수 있는 모델링 기술 개발이 필요한 상황이다.
한국등록특허 제10-1545307호 (2015. 08. 11.)(발명의 명칭: 연약 지반용 저면 그라우팅 합성 가시설 흙막이 공법) 한국등록특허 제10-1818925호 (2018. 01. 10)(발명의 명칭: 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법) 한국등록특허 제10-1808127호 (2017. 12. 06)(발명의 명칭: 도심지 지반함몰 위험도 평가방법) 한국등록특허 제10-1132640호 (2012. 03. 27)(발명의 명칭: 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법)
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 도심지 지반굴착시 지하수 변동 및 지반침하량을 수치해석하여 지반침하 가능성을 평가하고, 지반침하 가능성을 제시하며, 허용 지반침하량 이하의 경우 흙막이 벽체의 투수성을 조절하여 흙막이 벽체의 설계에 반영할 수 있는 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법을 수행하기 위한 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법은, 흙막이 벽체의 투수성 정보가 포함된 설계자료와 광역지하수의 현장자료를 근거로, 지하수위 변화량 산정부가 광역지하수를 수치해석하여 지하수위 변화량을 산정하는 단계; 광역지하수 수치해석 결과를 토대로 지반침하량 산정부가 지반안전성을 해석하여 지반침하량을 산정하는 단계; 지반침하량을 평가하기 위해 비교부가 상기 산정된 지반침하량과 허용 지반침하량을 비교하는 단계; 상기 산정된 지반침하량이 상기 허용 지반침하량보다 작은 것으로 체크되면, 평가부가 허용침하량에 따른 허용 지하수위 변화량을 평가하는 단계; 및 투수성 산정부가 상기 평가된 허용 지하수위 변화량에 따른 흙막이 벽체의 허용 투수성을 산정하는 단계를 포함하되, 상기 지반침하량(Ssub)은 각각의 토양층에서의 압축률을 합하거나 비저류계수(Ss)로부터 산정되되,
Figure 112019013494915-pat00043
(여기서,
Figure 112019013494915-pat00044
(여기서, S(t)는 토양층 압축, mv는 토양의 압축계수, Ss는 비저류계수, Δh(t)는 지하수두 변화, D는 토양층 두께이고 Δσz(t)는 유효 수직응력 변화)에 의해 산정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법은, 상기 산정된 지반침하량이 상기 허용 지반침하량보다 같거나 큰 것으로 체크되면, 메시지 출력부가 침하 방지 대책 수립을 요청하는 메시지를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 시스템은, 흙막이 벽체 투수성 정보를 포함하는 설계자료와 광역지하수의 현장자료를 근거로 상기 광역지하수를 수치해석하여 지하수위 변화량을 산정하는 지하수위 변화량 산정부; 광역지하수 수치해석 결과를 토대로 지반안전성을 해석하여 지반침하량을 산정하는 지반침하량 산정부; 지반침하량을 평가하기 위해 상기 산정된 지반침하량과 허용 지반침하량을 비교하는 비교부; 상기 산정된 지반침하량이 상기 허용 지반침하량보다 작은 것으로 체크되면, 허용 지반침하량에 따른 지하수위 변화량을 평가하는 평가부; 및 상기 평가된 지하수위 변화량에 따른 흙막이 벽체 투수성을 산정하는 투수성 산정부를 포함한다. 여기서, 상기 지반침하량 산정부는 각각의 토양층에서의 압축률을 합하거나 비저류계수(Ss)로부터 상기 지반침하량(Ssub)을 산정하되,
Figure 112019013494915-pat00045
(여기서,
Figure 112019013494915-pat00046
(여기서, S(t)는 토양층 압축, mv는 토양의 압축계수, Ss는 비저류계수, Δh(t)는 지하수두 변화, D는 토양층 두께이고 Δσz(t)는 유효 수직응력 변화)을 이용하여 산정한다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 시스템은 상기 산정된 지반침하량이 상기 허용 지반침하량보다 같거나 큰 것으로 체크되면, 침하 방지 대책 수립을 요청하는 메시지를 출력하는 메시지 출력부를 더 포함할 수 있다.
이러한 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템에 의하면, 수치해석을 통해 도심지 지반굴착시 지하수위 변동에 근거하여 지반침하량을 평가할 수 있고, 이를 활용하여 차수벽체의 투수성을 설계할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법을 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3a는 지하수 변동 분석을 위한 투수성 대비 수위강하 곡선이고, 도 3b는 지하수위 변동에 따른 지반침하량 분석을 위한 수위강하 대비 지반침하량 곡선이고, 도 3c는 허용 지반침하량에 따른 허용 수위변화량 분석을 위한 수위강하 대비 지반침하량 곡선이고, 도 3d는 허용 수위변화량에 따른 허용 투수성 분석을 위한 투수성 대비 수위강하 곡선이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서, 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 시스템(100)은 설계자료 DB(10), 현장자료 DB(20), 지하수위 변화량 산정부(110), 지반침하량 산정부(120), 비교부(130), 메시지 출력부(140), 허용 지하수위 평가부(150) 및 투수성 산정부(160)를 포함한다. 본 실시예에서, 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 시스템(100)은 설계자료 DB(10), 현장자료 DB(20), 지하수위 변화량 산정부(110), 지반침하량 산정부(120), 비교부(130), 메시지 출력부(140), 허용 지하수위 평가부(150) 및 투수성 산정부(160)를 포함하는 것을 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위해 논리적으로 구분하였을뿐 하드웨어적으로 구분한 것은 아니다.
상기 지하수위 변화량 산정부(110)는 설계자료 DB(10)에 저장된 흙막이 벽체 투수성 정보를 포함하는 설계자료와 현장자료 DB(20)에 저장된 광역지하수의 현장자료를 근거로 상기 광역지하수를 수치해석하여 지하수위 변화량을 산정한다.
상기 지반침하량 산정부(120)는 광역지하수 수치해석 결과를 토대로 지반안전성을 해석하여 지반침하량을 산정한다.
그러면, 이하에서, 지하수 변동-지반침하량 산정에 대해 설명한다.
포화-불포화 매질을 통한 지하수 유동에 대한 지배방정식은 수체질량 보존법칙에 근거한 밀도종속 유동방정식인 리처드(Richards) 방정식을 적용하였으며 수식 1과 같다.
[수식 1]
Figure 112018105390393-pat00001
여기서,
Figure 112018105390393-pat00002
와
Figure 112018105390393-pat00003
는 물의 밀도[M/L3]와 물의 기준밀도[M/L3]이며 h는 기준 압력수두[L]이다. t는 시간[T]이며 K는 수리전도도[L/T], z는 위치수두[L]를 나타낸다.
Figure 112018105390393-pat00004
는 유입수의 밀도[M/L3], q는 유출/유입항 [L3/L3/T], F는 수분함량[1/L]을 나타낸다.
또한, 불포화대에서의 수분함량(F)은 수식 2와 같다.
[수식 2]
Figure 112018105390393-pat00005
여기서,
Figure 112018105390393-pat00006
는 매질의 수정 압축률[1/L]이며
Figure 112018105390393-pat00007
는 유효수분량[L3/L3],
Figure 112018105390393-pat00008
는 유효공극률[L3/L3],
Figure 112018105390393-pat00009
는 물의 압축률[1/L]이고 S는 포화도를 나타낸다.
토양함수비의 동적 거동 특성은 Green and Ampt(1911) 모델을 적용하였으며 이를 통한 침투량(f, infiltration rate)은 수식 3 및 4와 와 같다.
　[수식 3]
Figure 112018105390393-pat00010
[수식 4]
Figure 112018105390393-pat00011
여기서, 아래첨자 f와 o은 각각 습윤상태 및 토양표면을 의미하며,
Figure 112018105390393-pat00012
와
Figure 112018105390393-pat00013
는 각각 습윤상태의 수리수두 및 지표면의 수리수두를 나타낸다.
Figure 112018105390393-pat00014
는 습윤상태의 압력[L]이며,
Figure 112018105390393-pat00015
는 포화 수리전도도[L/T]를 의미한다. 또한, 시간에 따른 침투률(q)는 수식 5와 같다.
[수식 5]
Figure 112018105390393-pat00016
여기서, P는 강수량[L/T]이며,
Figure 112018105390393-pat00017
는 지표면에 물이 고일 때의 시간을 말한다.
토양구성 매질의 물리적 특성을 통해 간극수압 변화에 따른 불포화 영역 내 수분함량의 변화는 van Genuchten(1980) 모델에 의하여 예측할 수 있다. 또한 압력수두와 토양 매질의 물리적인 특성을 통해 토양함수비(θ)와 상대적인 수리전도도(Kr)를 도출할 수 있으며 수식 6과 같다.
[수식 6]
Figure 112018105390393-pat00018
여기서,
Figure 112018105390393-pat00019
와
Figure 112018105390393-pat00020
은 각각 포화함수비[-] 및 잔류함수비[-]이며,
Figure 112018105390393-pat00021
[1/L], n[ ], m[ ]는 공극의 특성 상수이고,
Figure 112018105390393-pat00022
는 압력수두[L]를 나타낸다.
이와 같이 수식 6을 활용하여 지하수위 변동과 간극수압의 변화에 따른 불포화대 토양함수비의 분포를 파악할 수 있다. 특히, 토양의 물리적 특성은 대상 매질에 대한 직접 측정된 값을 이용하여 파악할 수 있다.
지반 체적 변동 예측은 유효응력 변화에 따른 Terzaghi(1925)의 압밀이론을 기초로 유효응력, 전응력, 수리수두로 표현되며 수식 7과 같다.
[수식 7]
Figure 112018105390393-pat00023
여기서,
Figure 112018105390393-pat00024
,
Figure 112018105390393-pat00025
는 각각 유효응력과 전응력이며,
Figure 112018105390393-pat00026
는 물의 단위중량, h는 수리수두를 의미한다.
지하수위 강하가 발생하면 수리수두에 따른 유효응력의 변화가 발생하지만 Terzaghi(1925)의 1차원 압밀이론에 의하면 대수층으로부터 지하수의 유입/유출되는 동안 수직적인 압력은 일정하므로 유효응력은 수식 8과 같이 나타낼 수 있다.
[수식 8]
Figure 112018105390393-pat00027
여기서,
Figure 112018105390393-pat00028
는 유효응력 변화를 나타내며,
Figure 112018105390393-pat00029
는 수두변화를 의미한다.
또한, 응력 증가에 따른 변형률의 증가량의 관계는 수식 9과 같다.
[수식 9]
Figure 112018105390393-pat00030
여기서,
Figure 112018105390393-pat00031
는 변형률 변화량,
Figure 112018105390393-pat00032
는 유효응력의 변화량이며,
Figure 112018105390393-pat00033
: 토양의 압축계수를 나타낸다.
시간에 따른 수리수두 변화와 변형률과의 관계는 수식 8과 수식 9을 활용하여 수식 10과 같이 표현할 수 있다.
[수식 10]
Figure 112018105390393-pat00034
토양층의 압출률은 Terzaghi의 1차원 압밀 방정식으로부터 시간에 따른 수리수두의 함수로부터 수식 11과 같이 나타낼 수 있다.
[수식 11]
Figure 112018105390393-pat00035
여기서, S(t)는 토양층 압축이며, Δh(t)는 지하수두 변화, D는 토양층 두께이고 Δσz(t)는 유효 수직응력 변화로 3차원 지하수 유동방정식으로부터 구할 수 있다.
이와 같이, 지반침하량(Ssub)은 각각의 토양층에서의 압축률을 합하거나 비저류계수(Ss)로부터 구할 수 있으며 수식 12와 같다.
[수식 12]
Figure 112018105390393-pat00036
도 1을 다시 참조하면, 상기 비교부(130)는 지반침하량을 평가하기 위해 상기 지반침하량 산정부(120)에 의해 산정된 지반침하량과 허용 지반침하량을 비교한다. 상기 허용 지반침하량은 별도의 허용 지반침하량 DB(30)에 저장될 수 있다.
상기 메시지 출력부(140)는 상기 산정된 지반침하량이 상기 허용 지반침하량보다 같거나 큰 것으로 체크되면, 침하 방지 대책 수립을 요청하는 메시지를 출력한다.
상기 허용 지하수위 평가부(150)는 상기 산정된 지반침하량이 상기 허용 지반침하량보다 작은 것으로 체크되면, 지하수위 변화량을 평가한다.
상기 투수성 산정부(160)는 허용 지하수위 평가부(150)에 의해 평가된 지하수위 변화량이 허용 지하수위 변화량이면, 흙막이 벽체의 투수성을 산정한다. 산정된 투수성을 갖는 흙막이 벽체를 시공하는 흙막이 공법은 CIP 공법, H-PILE+토류판 공법, 슬러리 월(Slurry Wall) 공법, SCW(Soil Cement Wall) 공법 등으로 구분할 수 있다.
상기 CIP 공법은 곡률 반경이 400mm ~1,500mm 정도로 지반을 천공한 후 철근이나 H형강과 콘크리트를 주입하여 연속적인 주열벽을 형성하는 공법이다. CIP 공법은 합리적, 경제적 시공이 가능하고, 무진동, 무소음이다. 시공적인 측면에서 많이 채택된다.
상기 H-PILE+토류판 공법은 항타기를 이용해서 시공하는 보편적인 공법이다. 즉, H-PILE+토류판을 사용하며, 응력전달용으로 띠장을 설치한다. H-PILE+토류판 공법은 가장 널리 쓰이고, 경험과 기술축적이 풍부하다. 또한 별도의 차수공사를 필요로하며, 구체공사가 종료되면 해체 재사용하는 특성으로 원가 절감 효과가 크다.
상기 슬러리 월 공법은 트렌치를 굴삭하고, 철근망을 삽입한 패널을 연속적으로 지하 벽체를 구축하는 공법이다. 슬러리 월 공법은 도심지내의 민원이 많이 제기되는 경우 많이 채택된다. 완벽한 차수성능을 가지고, 건축지하벽체로 이용된다.
상기 SCW 공법은 특수다축기구를 이용해서 천공한다. 시멘트 페이스트와 벤ㄹ나이트(Bentonite)액을 주입해서 시공한다. H형강을 공 내부에 삽입해서 차수벽 및 토류벽 역할을 하게한다. SCW 공법은 주변지반에 대한 영향이 극히 적다. 또한 지수성능이 높고, 소음진동이 적고 공기단축이 가능하며 시공실적이 많다.
통상적으로, 지반안정성 평가는 투수성에 따른 지하수위 변동을 분석한 후, 상기 지하수위 변동에 따른 지반침하량을 분석하는 과정을 통해 이루어졌다.
하지만, 본 발명에 따르면, 상기한 지하수위 변동을 분석한 후 지반침하량을 분석하는 과정에 추가적으로, 허용 지반침하량에 따른 허용 수위변화량을 분석한 후, 허용 수위변화량에 따른 허용 투수성을 분석한다. 이에 따라, 지반침하량이 허용 지반침하량 이내인 경우, 허용 지반침하량에 해당하는 수위강하량을 선정하고 이를 이용하여 투수성이 조절된 흙막이 벽체를 설계할 수 있다.
이를 통해 도심지 중 지하수가 풍부한 지역에서 흙막이 벽체의 완전 차수를 위한 과설계를 줄일 수 있다. 또한 통상적인 완전차수공법에 비해 시공이 용이하면서 저렴한 비용으로 흙막이 벽체를 설계할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법을 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다. 도 3a는 지하수 변동 분석을 위한 투수성 대비 수위강하 곡선이고, 도 3b는 지하수위 변동에 따른 지반침하량 분석을 위한 수위강하 대비 지반침하량 곡선이고, 도 3c는 허용 지반침하량에 따른 허용 수위변화량 분석을 위한 수위강하 대비 지반침하량 곡선이고, 도 3d는 허용 수위변화량에 따른 허용 투수성 분석을 위한 투수성 대비 수위강하 곡선이다.
도 2를 참조하면, 흙막이 벽체의 투수성 정보가 포함된 설계자료와 광역지하수의 현장자료를 입력받는다(단계 S110). 상기한 설계자료와 현장자료는 상기 설계자료 DB(10, 도 에 도시됨) 및 상기 현장자료 DB(20, 도 1에 도시됨) 각각에 저장된 자료를 지하수위 변화량 산정부(110, 도 1에 도시됨)가 입력받는 방식으로 수행될 수 있다.
단계 S110에서 입력된 상기 설계자료와 상기 현장자료를 근거로, 광역지하수를 수치해석하여 지하수위 변화량을 산정한다(단계 S120). 예를들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 특정 영역에서의 투수성 정보(Permeability)에 대응하여 지하수위 변화량(Drawndown)이 산정될 수 있다. 도 3a에서는 투수성에 대응하여 지하수위 변화량을 곡선으로 표현하였으나, 이는 설명의 편의를 위해 곡선으로 표현하였을 뿐 하나의 영역에 대해서는 하나의 포인트가 매핑되는 방식으로 표현될 것이다. 상기 지하수위 변화량의 산정은 도 1에 도시된 지하수위 변화량 산정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
단계 S120에서 산정된 결과를 토대로 지반안전성을 해석하여 지반침하량을 산정한다(단계 S130). 예를들어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 지하수위 변화량(Drawndown)에 대응하여 지반침하량(Land subsidence)이 산정될 수 있다. 도 3b에서는 지하수위 변하량에 대응하여 지반침하량을 곡선으로 역시 표현하였으나, 이는 설명의 편의를 위해 곡선으로 표현하였을 뿐 하나의 영역에 대해서는 하나의 포인트가 매핑되는 방식으로 역시 표현될 것이다. 상기 지반침하량의 산정은 도 1에 도시된 지반침하량 산정부(120)에 의해 수행될 수 있다.
본 실시예에서, 지하수위 변화량을 산정한 후 지반침하량을 산정하는 것을 설명하였으나, 지하수위 변화량을 산정하는 단계와 지반침하량을 산정하는 단계를 동시에 수행할 수도 있다.
지반침하량을 평가하기 위해 상기 산정된 지반침하량과 허용 지반침하량을 비교한다(단계 S140). 상기 산정된 지반침하량과 상기 허용 지반침하량의 비교는 도 1에 도시된 비교부(130)에 의해 수행될 수 있다.
단계 S140에서 상기 산정된 지반침하량이 상기 허용 지반침하량보다 크거나 같은 것으로 체크되면, 침하방지 대책 수립 메시지를 출력한다(단계 S150) 상기 침하방지 대책 수립 메시지의 출력은 도 1에 도시된 메시지 출력부(140)에 의해 수행될 수 있다.
단계 S140에서 상기 산정된 지반침하량이 상기 허용 지반침하량보다 작은 것으로 체크되면, 도 3c에 도시된 바와 같이, 허용침하량에 따른 허용 지하수위 변화량을 산정한다(단계 S160). 상기 허용 지하수위 변화량의 산정은 도 1에 도시된 허용 지하수위 평가부(150)에 의해 수행될 수 있다.
상기 평가된 허용 지하수위 변화량이 허용 지하수위 변화량이면, 도 3d에 도시된 바와 같이, 흙막이 벽체의 허용 투수성을 산정한다(단계 S170). 상기 허용 투수성의 산정은 도 1에 도시된 투수성 산정부(160)에 의해 수행될 수 있다.
산정된 흙박이 벽체의 허용 투수성을 근거로 설계시 벽체 투수성을 제안한다(단계 S180).
이상에서 설명된 바와 같이, 지반안정성을 평가하기 위해, 산정된 지반침하량이 허용 지반침하량보다 작은 것으로 체크되면, 허용침하량에 따른 허용 지하수위 변화량을 추가적으로 산정하고, 흙막이 벽체의 허용 투수성을 추가적으로 산정한다.
본 발명에 따르면, 수치해석을 통해 지하수 변동에 따른 지반침하량을 평가할 수 있다. 통상적으로, 흙막이 벽체는 투수성이 제로(0)인 완전 차수이다.
지반침하량이 허용 지반침하량(예를들어, 25mm) 이내인 경우, 허용 지반침하량에 해당하는 수위강하량을 선정하고, 이를 이용하여 흙막이 벽체의 투수성을 조절할 수 있도록 제시할 수 있다.
이를 통해 도심지 중 지하수가 풍부한 지역(즉, 지하수위가 지표면과 가깝고, 투수성이 좋은 지역)에서 흙막이 벽체의 완전 차수를 위한 과설계를 줄일 수 있다. 여기서, 지표면에서 지하수위까지 깊이는 지표면 표고에서 지하수 수위를 차감하여 획득한다.
이를 통해 본 발명은 통상적인 완전차수공법에 비해 시공이 용이하며 저렴한 비용으로 흙막이 벽체를 설계할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면 수치해석을 통해 도심지 지반굴착시 지하수위 변동에 근거하여 지반침하량을 평가할 수 있고, 이를 활용하여 차수벽체의 투수성을 설계할 수 있다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 설계자료 DB 20 : 현장자료 DB
30 : 허용 지반침하량 DB 100 : 지반침하량 평가 시스템
110 : 지하수위 변화량 산정부 120 : 지반침하량 산정부
130 : 비교부 140 : 메시지 출력부
150 : 허용 지하수위 평가부 160 : 투수성 산정부

Claims (4)

  1. 흙막이 벽체의 투수성 정보가 포함된 설계자료와 광역지하수의 현장자료를 근거로, 지하수위 변화량 산정부가 광역지하수를 수치해석하여 지하수위 변화량을 산정하는 단계;
    광역지하수 수치해석 결과를 토대로 지반침하량 산정부가 지반안전성을 해석하여 지반침하량을 산정하는 단계;
    지반침하량을 평가하기 위해 비교부가 상기 산정된 지반침하량과 허용 지반침하량을 비교하는 단계;
    상기 산정된 지반침하량이 상기 허용 지반침하량보다 작은 것으로 체크되면, 평가부가 허용침하량에 따른 허용 지하수위 변화량을 평가하는 단계; 및
    투수성 산정부가 상기 평가된 허용 지하수위 변화량에 따른 흙막이 벽체의 허용 투수성을 산정하는 단계를 포함하되,
    상기 지반침하량(Ssub)은 각각의 토양층에서의 압축률을 합하거나 비저류계수(Ss)로부터 산정되되,
    Figure 112019013494915-pat00047
    (여기서,
    Figure 112019013494915-pat00048
    (여기서, S(t)는 토양층 압축, mv는 토양의 압축계수, Ss는 비저류계수, Δh(t)는 지하수두 변화, D는 토양층 두께이고 Δσz(t)는 유효 수직응력 변화)에 의해 산정되는 것을 특징으로 하는 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산정된 지반침하량이 상기 허용 지반침하량보다 같거나 큰 것으로 체크되면, 메시지 출력부가 침하 방지 대책 수립을 요청하는 메시지를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법.
  3. 흙막이 벽체 투수성 정보를 포함하는 설계자료와 광역지하수의 현장자료를 근거로 상기 광역지하수를 수치해석하여 지하수위 변화량을 산정하는 지하수위 변화량 산정부;
    광역지하수 수치해석 결과를 토대로 지반안전성을 해석하여 지반침하량을 산정하는 지반침하량 산정부;
    지반침하량을 평가하기 위해 상기 산정된 지반침하량과 허용 지반침하량을 비교하는 비교부;
    상기 산정된 지반침하량이 상기 허용 지반침하량보다 작은 것으로 체크되면, 지하수위 변화량을 평가하는 평가부; 및
    상기 평가된 지하수위 변화량이 허용 지하수위 변화량이면, 흙막이 벽체 투수성을 산정하는 투수성 산정부를 포함하되,
    되,
    상기 지반침하량 산정부는 각각의 토양층에서의 압축률을 합하거나 비저류계수(Ss)로부터 상기 지반침하량(Ssub)을 산정하되,
    Figure 112019013494915-pat00049
    (여기서,
    Figure 112019013494915-pat00050
    (여기서, S(t)는 토양층 압축, mv는 토양의 압축계수, Ss는 비저류계수, Δh(t)는 지하수두 변화, D는 토양층 두께이고 Δσz(t)는 유효 수직응력 변화)을 이용하여 산정하는 것을 특징으로 하는 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 산정된 지반침하량이 상기 허용 지반침하량보다 같거나 큰 것으로 체크되면, 침하 방지 대책 수립을 요청하는 메시지를 출력하는 메시지 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 시스템.
KR1020180127913A 2018-10-25 2018-10-25 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템 KR101987247B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180127913A KR101987247B1 (ko) 2018-10-25 2018-10-25 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180127913A KR101987247B1 (ko) 2018-10-25 2018-10-25 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101987247B1 true KR101987247B1 (ko) 2019-06-12

Family

ID=66846055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180127913A KR101987247B1 (ko) 2018-10-25 2018-10-25 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101987247B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111983195A (zh) * 2020-09-01 2020-11-24 四川大学 一种具有蠕变特性松散细颗粒材料大变形固结参数的计算方法
KR102626365B1 (ko) * 2022-11-10 2024-01-18 주식회사 에스코컨설턴트 시공 현장 통합안전 관리 시스템

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100204170B1 (ko) * 1997-05-30 1999-06-15 이정국 도로성토용 연약지반 해석방법
KR20090001762A (ko) * 2007-05-17 2009-01-09 지에스건설 주식회사 인터넷 기반 통합 계측정보 관리 시스템
JP2011038338A (ja) * 2009-08-12 2011-02-24 Shimizu Corp 地盤変形解析装置及び地盤変形解析プログラム
KR20110121003A (ko) * 2010-04-30 2011-11-07 한국표준과학연구원 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법
KR101545307B1 (ko) 2014-10-14 2015-08-19 유한회사 강남이앤씨 연약 지반용 저면 그라우팅 합성 가시설 흙막이 공법
KR101818925B1 (ko) 2016-04-25 2018-01-17 경남대학교 산학협력단 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법
KR101808127B1 (ko) 2016-12-05 2018-01-19 한국지질자원연구원 도심지 지반함몰 위험도 평가방법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100204170B1 (ko) * 1997-05-30 1999-06-15 이정국 도로성토용 연약지반 해석방법
KR20090001762A (ko) * 2007-05-17 2009-01-09 지에스건설 주식회사 인터넷 기반 통합 계측정보 관리 시스템
JP2011038338A (ja) * 2009-08-12 2011-02-24 Shimizu Corp 地盤変形解析装置及び地盤変形解析プログラム
KR20110121003A (ko) * 2010-04-30 2011-11-07 한국표준과학연구원 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법
KR101132640B1 (ko) 2010-04-30 2012-04-02 한국표준과학연구원 흙막이 공사현장의 붕괴 안전성 평가 방법
KR101545307B1 (ko) 2014-10-14 2015-08-19 유한회사 강남이앤씨 연약 지반용 저면 그라우팅 합성 가시설 흙막이 공법
KR101818925B1 (ko) 2016-04-25 2018-01-17 경남대학교 산학협력단 지하수 유출의 정량적 평가를 위한 지하수 유동 모델링 방법
KR101808127B1 (ko) 2016-12-05 2018-01-19 한국지질자원연구원 도심지 지반함몰 위험도 평가방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111983195A (zh) * 2020-09-01 2020-11-24 四川大学 一种具有蠕变特性松散细颗粒材料大变形固结参数的计算方法
KR102626365B1 (ko) * 2022-11-10 2024-01-18 주식회사 에스코컨설턴트 시공 현장 통합안전 관리 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Likitlersuang et al. Finite element analysis of a deep excavation: A case study from the Bangkok MRT
Olson Settlement of embankments on soft clays:(The thirty-first terzaghi lecture)
Eslami et al. Piezocone and cone penetration test (CPTu and CPT) applications in foundation engineering
Mair Tunnelling and deep excavations: Ground movements and their effects
Fuentes et al. Lessons learnt from a deep excavation for future application of the observational method
Do et al. Factors affecting the stability of deep excavations in clay with consideration of a full elastoplastic support system
KR101987247B1 (ko) 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템
Dong et al. Finite element study of deep excavation construction processes
Hung et al. Practice and experience in deep excavations in soft soil of Ho Chi Minh City, Vietnam
Peng et al. Hydro-mechanical coupled analyses on wall deformations caused by deep excavations and dewatering in a confined aquifer
Ng et al. Numerical analysis of a multipropped excavation in stiff clay
Al-Thani et al. Modelling flow to leachate wells in landfills
Zhang et al. Large-Strain Consolidation of Sludge in Multiple-Drainage Geotextile Tubes
KR20220095340A (ko) 지하수위 변동에 따른 지반침하량 평가 방법 및 그 시스템
Marr et al. Displacement-based design for deep excavations
Chen et al. Back analysis and application of confined aquifer hydrogeological parameters based on pumping test
Derghoum et al. Coupled finite element modelling of geosynthetic reinforced embankment slope on soft soils considering small and large displacement analyses
Xia Investigation of maximum mud pressure within sand and clay during horizontal directional drilling
Xu et al. Safety Analysis of Deep Foundation Excavation in Water‐Rich Soft Soils Based on BIM
Pedro et al. Numerical modelling of the Ivens shaft construction in Lisbon, Portugal
Hamid et al. Evaluation of water seepage along proposed baghdad metro tunnel across Tigris River
Ma et al. A formula for hydrostatic pressure calculation in high-pressure railway tunnels
Henderson The Performance of House Foundations in the Canterbury Earthquakes
Alexiew et al. An introduction to ground improvement using geotextile encased columns (GEC)
Yang et al. Deformation of compressible layers below pile foundations of a high-speed railway

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant