Journal of the Korean Geotechnical Society ISSN:1229-2427(Print) 2288-646X(Online) 한국지반공학회 논문집

실제 흙댐 월류발생 사례에 대해서 현장 조사, 자료 수집 및 분석을 실시하였다. 대상 흙댐은 중형의 농업용 저수지로서 1975년에 준공되어 대략 50년 동안 운영되어 왔으며, 2023년 9월 태풍의 영향으로 월류가 발생되어 하류 주민들에 대한 대피명령이 내려졌고, 제체 하류사면이 코어층 깊이까지 침식이 진행되었다. 그러나 계속되는 강우와 추가적인 제체 붕괴의 우려로 손상된 하류 사면은 신속하게 복구해야 했고, 이로 인하여 정확한 지반공학적 조사와 시험이 불가능 했다. 따라서 본 논문에서는 사고발생 직후 참여한 현장 육안조사 및 영상자료 그리고 저수위 계측자료를 분석하여 월류발생 전후 상황에서 제체의 침식발생과 붕괴 직전까지 상황을 기존 연구 자료들과 비교/분석한 내용을 정리하였다. 연구결과 하류사면 보호 식생, 보수공사기간에 이루어진 제체 내 그라우팅 보강, 월류 속도, 그리고 월류지속 시간의 복합적인 영향이 긴급 월류 상황에서도 제체의 완전 붕괴가 발생하지 않은 데 기여했을 것으로 추정된다. 그러나 정보 부족으로 인해 각각의 단일 요소의 영향을 정량화하는 데에는 한계가 있었다. 이 결과는 기존의 댐 설계의 각 요소 중 하나라도 부족했다면 더 심각한 피해가 발생했을 가능성을 시사한다. 또한 언급된 다양한 요소들이 설계 및 시공에 충실히 반영 및 시공되었고, 지속적인 유지관리와 보수보강이 사고 피해를 최소화하였을 것으로 추정된다.

지반의 전단파속도(Vs) 주상도는 내진설계에 있어 지진파의 증·감폭 특성을 결정짓는 핵심 요소이다. 그러나 시간·경제적 제약으로 인해 충분한 수의 지반조사를 수행하기 어려워, 실무에서는 제한된 횟수의 조사를 통해 얻은 전단파속도 주상도의 평균을 대표값으로 사용하게 된다. 이는 지반 물성치의 공간적 변동성을 고려하지 못해, 지진 시 실제 지반 거동과 해석 결과 사이에 차이를 유발할 수 있다. 이러한 불확실성은 확률론 기반의 신뢰성 해석을 통해 반영할 수 있으며, 통계적 방법을 활용해 전단파속도 랜덤 필드를 생성하고, 이를 바탕으로 몬테카를로 시뮬레이션이나 변동계수(COV)를 활용한 해석을 수행할 수 있다. 본 연구에서는 세종특별자치시 부지조성 단계에서 수행된 160개의 다운홀 시험 데이터를 활용하여, 토층 평균 전단파속도(Vs,soil)를 기준으로 S2 지반(55개), S3 지반(16개), S4 지반(89개)으로 분류하였다. 이후 각각에 대해 존재 가능한 전단파속도 주상도 243개(S2), 193개(S3), 243개(S4)를 생성하였으며, 이를 바탕으로 지반분류별 전단파속도 분포 특성을 평가하고, 깊이-전단파 속도 모델식을 제안하였으며, 신뢰성 기반 해석에 활용 가능한 깊이별 전단파속도 변동계수 모델식을 제안하였다.

최근 들어 철도노선의 연장, 광역급행철도 신설 등으로 도심지의 터널시공을 위한 발파가 빈번해짐에 따라 발파소음수준의 저감을 위한 연구도 활발하게 수행되어 왔다. 그러나 터널 입구에 발파 및 방음 시스템을 다르게 설치할 경우 발파 지점과의 거리에 따라 소음 수준 감소 효과가 달라질 수 있음에도 불구하고 이에 대한 연구 결과가 부족하여 효과적인 방음 시스템 선정에 문제가 있었다. 또한 소음영향평가 수행시 발파소음의 예측방법이 상이하기 때문에 발파소음수준 예측 및 발파소음의 소음 규제기준 초과여부 결정에 대한 논란도 지속되고 있다. 이에 본 연구에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 방음시스템을 달리 설치한 국내 3개소의 터널갱구부를 대상으로 비전기식 뇌관 시험발파를 수행하였다. 연구결과, 철재 프레임과 판넬로 구성된 방음벽이 타이어매트와 같은 연성 재질로 구성된 방음문보다 발파소음의 저감에 효과적이었고, 터널갱구부에 대한 발파소음 예측은 Lee(2003)과 EX(2009)의 예측방법이 좀 더 적합한 것으로 분석되었다.

본 연구의 출발은 앞으로 지어질 대형 구조물에 대하여 지금보다 안정성을 확보하면서도 경제성이 확보되는 기초공법에 대한 고민에서 시작되었으며, 국내 대형 구조물 현장에서 실시된 대형평판재하시험을 실시한 네 곳의 자료와 유한요소해석을 통해 분석하여 8종류의 지반강도정수를 산정하였다. 산정된 지반강도정수의 조건으로 4가지 말뚝 직경과 5가지의 간격비로 하중분담률을 분석하였으며, 지반강도정수의 각 매개변수 점착력, 내부마찰각, 변형계수가 하중에 따른 지반의 변형에 미치는 영향을 파악하기 위해 개별적 검토를 실시하였으며, 검토 결과 지반의 침하에는 변형계수가 가장 큰 직접적인 매개변수임을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서 제안한 식을 말뚝지지 전면기초의 실무 설계에 적용하기 위하여 가장 중요한 변수인 변형계수의 정확한 적용을 위해 사례 현장의 공내재하시험 변형계수 값과 대형평판재하시험 변형계수 값을 직접 비교한 결과를 정리하였으며, 그 결과가 258%~618%의 큰 편차가 있는 것으로 확인되었다. 대형평판재하시험과 공내재하시험과의 변형계수 상관관계에 대한 추가적인 시험을 통해 명확한 이론이 정립이 되면 본 연구에서 제안된 식을 이용한 말뚝지지 전면기초 설계를 보다 정확히 할 수 있을 것으로 판단된다.

기존 또는 신설 구조물 기초의 하부에 설치되는 300mm 이하의 마이크로파일은 군말뚝형태로 설치된다. 그리고 이 파일은 다양한 설치조건으로 지반에 설치할 수 있고, 기존 파일(PHC파일, 강관 파일)과 달리 다양한 설치각도로 시공할 수 있다. 즉, 기초상부에 작용하는 하중에 마이크로파일이 효과적으로 저항하도록 다양한 설치조건으로 시공할 수 있다. 기존 연구결과를 통해 알 수 있듯이 기초상부에 수평하중이 작용하는 경우 경사파일이 효과적이다. 그럼에도 수평하중에 저항하기 위해 설치하는 마이크로파일은 기존 파일과 같이 직항으로 설치한다. 이에 본 연구에서는 다양한 설치조건 고려한 복열 마이크로파일의 수평지지특성을 평가하고 적정 설치간격과 설치각도를 제안하기 위해 수치해석을 수행하였다. 그리고 적정 설치간격은 파일직경의 4.7배 이상이고, 설치각도 -15°≤θ≤+30°인 경우 복열 마이크로파일의 수평지지력이 직항인 복열 마이크로파일보다 증가함을 연구결과를 통해 확인하였다.

본 연구는 지진 발생 시 한국의 지반 조건에 맞는 지하 철도 지하 박스 구조물의 내진 성능을 평가하기 위한 2차원 유한요소 모델을 개발하였다. 제안된 모델은 1차원 부지응답 해석 프로그램인 DEEPSOIL을 활용하여 비선형 지반의 동적 응답을 비교 및 검증하였으며, 지하 박스 구조물의 형상 및 제원은 실제 한국의 개착식 대합실의 시설 계획을 기반으로 설정하였다. 본 모델을 통하여 입력 지진파의 특성, 지하 박스 구조물의 근입 깊이, 지반의 전단파 속도 등 다양한 변수에 따른 동적 거동 특성을 분석하였다. 그 결과, 입력 지진파의 주파수 성분과 지반의 강성에 따라 구조물의 동적 응답 특성이 상이하게 나타났으며, 지반의 강성이 낮고 지하 박스 구조물의 근입 깊이가 깊어질수록 측벽 및 상부 슬래브에 작용하는 휨 모멘트가 증가하는 경향을 보였다.

자연에는 다양한 식생이 토사 내에 뿌리를 내리고 지반의 물리적 안정성에 기여하고 있다. 대부분의 기존 연구는 섬유를 모래나 점토에 분산 혼합하는 방식을 사용하나, 본 연구에서는 전단 방향과 직각으로 기둥 형태로 일정하게 분산 매립하였다. 가는 섬유 다발과 시멘트 슬러리 기둥과 같이 강도와 강성이 서로 다른 물질을 모래에 혼합시켜 직접전단시험을 수행하였다. 두 종류의 상대밀도와 세 종류의 섬유비 그리고 섬유 다발과 동일한 부피의 시멘트 슬러리 기둥의 분포도에 따른 전단강도 변화를 연구하였다. 또한, 섬유 다발과 시멘트 슬러리 기둥을 복합적으로 매립하여 각각의 재료가 모래의 전단강도에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과, 섬유 다발과 시멘트 슬러리 기둥 모두 모래의 최대전단응력을 증가시켰다. 모래의 내부마찰각은 섬유로 보강한 경우 상당히 증가하였으며, 느슨한 경우는 35°에서 38°로, 조밀한 경우는 38°에서 최대 41°까지 증가하였다. 점착력은 시멘트 슬러리로 보강한 경우 느슨한 모래는 0 kPa에서 190 kPa로, 조밀한 모래는 11 kPa에서 최대 230 kPa까지 증가하였다. 특히 동일한 섬유비에서 더 많은 지점에 나누어 매립하는 것이 모래의 전단강도를 더 증가시켰다. 그리고, 두 재료를 복합적으로 모래에 사용한 경우 각각의 특성이 모두 발현되었으며, 즉 모래의 내부마찰각과 점착력이 모두 증가하는 효과를 얻을 수 있었다.

산비탈에 벌목으로 인한 비탈면 붕괴가 발생하는 원인을 확인하고자 수풀지역과 벌목지역이 혼재된 사면을 대상으로 함수비 센서를 설치하여 장마철 강우량 침투를 분석하였다. 본 연구에서는 식생 유무에 따른 체적함수비 증가 기울기(VWCG; Volumetric Water Content Gradient)와 유효누적강우량(ECR; Effective Cumulative Rainfall)을 활용하여 표층붕괴를 판단하는 방법을 고찰하였다. 분석 절차는 다음과 같다. 먼저, 무선센서네트워크(WSN; Wireless Sensor Network) 기반 실시간 계측시스템을 구축하여 구역별 토양 수분 함량을 측정하고 이를 토대로 체적함수비 증가 기울기(VWCG)를 산정하였다. 이후 산정된 VWCG와 ECR 값을 이용하여 표층붕괴와의 상관성을 검토하였다. 분석 결과, 체적함수비 증가 기울기(VWCG)와 유효누적강우량(ECR)이 동시에 높은 구간에서 실제 붕괴가 발생하였다. 수풀지역은 주로 VWCG 0.1 이하, ECR 60 mm 이하 범위에 분포하였으며, 벌목지역은 VWCG 0.2 이상, ECR 40~70 mm 범위에 집중적으로 나타났다. VWCG와 ECR이 높을수록 붕괴 발생 가능성이 증가하였으며, 이는 식생 분포가 임계값의 변동에 직접적인 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 특히, VWCG ≥ 0.3 및 ECR ≥ 80 mm 조건에서 붕괴 발생이 집중적으로 관찰되어 본 연구에서는 이를 표층붕괴 조기경보를 위한 주요 임계값으로 제시하였다.

인공동결공법은 도심지 지하 굴착 시 활용되는 연약지반 보강기법으로서 선진국을 중심으로 최근 들어 활발히 적용되고 있다. 하지만 빠른 지하수 침투 환경을 가진 지반 조건에서는 동결관 주변의 열전달이 지하수 유동에 의해 영향을 받으면서 공법 적용에 많은 어려움이 초래된다. 본 연구에서는 빠른 지하수 흐름 조건에서의 지반 동결 거동을 평가하기 위해 실내 모형토조시스템을 자체 개발하였고, 다양한 지하수 유속 별 지반 동결 실험을 수행하였다. 토조실험을 통해 얻어진 데이터를 Python 기반의 후처리 기법을 통해 육안 관찰이 어려운 지반 내부의 동결 벽체 형성 과정을 시각화하고, 동결벽체의 양상을 확인하였다. 또한, 동결 벽체 주변 윈도우 발생을 유발하는 임계 지하수 유속의 범위를 제시하였다.

달 표면에서 얼음 형태의 물, 헬륨-3과 같은 에너지자원이 발견됨에 따라 달은 심우주 탐사를 위한 전초기지로 주목받고 있다. 지속 가능한 심우주 탐사를 위해 현지자원 활용 개념이 주목받음에 따라, 현지재료인 월면토 고형화 기술의 활용 가능성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 기존에 선행된 기초연구들에서 얻어진 결과를 토대로 9 kW 급 마이크로파 소결로를 활용해 가로, 세로, 높이가 각각 약 200 mm, 200 mm, 60 mm인 소결 블록을 제작하였다. 이 과정에서 마이크로파 출력량 및 출력 위치, 추가 보조가열재 조각 배치 등의 소결 시스템 구성을 비롯해 소결온도가 균질한 마이크로파 소결 블록 제작에 미치는 영향을 평가하였다. 그 결과 마이크로파 출력 위치와 관계없이 2.1 kW의 출력, 양 측면 보조가열재 조각 배치, 소결온도 1,050°C에서 균질한 소결 블록이 제작되었다. 그러나 코어링된 시편에서 측정된 물리적 및 역학적 특성을 분석한 결과 마이크로파 출력 위치가 후면인 경우 다른 위치에서 출력된 것보다 상대적으로 소결 효율이 낮은 것으로 나타났다.

지반의 미측정 지점의 데이터를 유추할 수 있는 크리깅 기법은 관측 지점 간 거리가 멀어질수록 상관성이 급격히 감소하여 신뢰성이 낮은 한계를 보인다. 본 연구의 목적은 소규모 지반조사 데이터인 토심을 이용하여 공간적 예측 정확도를 향상시키기 위한 Independent Weighted(IW) 및 어닐링(Annealing) 기반으로 좌표 예측을 수행하는 것이다. Dynamic Cone Penetration Test(DCPT)를 통해 총 23개 지점에서 실측된 토심 데이터를 활용하였으며, 데이터의 희소성을 보완하기 위해 Synthetic Minority Over-sampling Technique(SMOTE)와 Adaptive Synthetic Sampling(ADASYN) 알고리즘을 적용하였다. IW는 각 격자점의 토심을 거리 가중 평균으로 계산하여 초기 예측을 수행하였고, 어닐링은 IW 결과를 초기 해로 설정한 후 확률적 스왑 연산을 반복 수행하여 전체 오차를 최소화하였다. 비교 결과, 어닐링 적용 후 예측 오차(RMSE)는 IW 대비 약 25~30% 감소, 정규화된 오차합(Energy)은 약 40% 이상 감소하였다. 또한 성능을 평가할 수 있는 6가지 지표 값도 제시하였으며, 모두 신뢰성이 향상된 결과를 보여줬다. 해당 연구에서 사용한 방법인 IW 및 Annealing 기법은 소규모 지반조사 환경에서도 토심 분포를 현실적으로 재현할 수 있는 효율적이고 신뢰성 높은 예측 방법임이 검증되었다.

도심 교통잡음(상시미동)은 불균등성과 비정상성이 강해, 이를 단순 적층(stacking)에 기반한 교차상관 탄성파 간섭법에 적용할 경우 주파수-위상속도 스펙트럼(Frequency - phase velocity spectrum)의 불연속과 편향을 유발한다. 본 연구는 Multiple Signal Classification(MUSIC) 빔포밍을 이용해 주파수별 도래각(Direction of arrival, DOA)을 추정하고, 배열축과 정렬된(in-line) 섹터만 선택한 뒤 역 단시간 푸리에 변환(Inverse Short-Time Fourier Transform, ISTFT)으로 방향성 필터링 파동장을 재구성하는 개념적 절차를 제안한다. 서울 소리공원에서 제안 기법, MASW, 기존 교차상관 탄성파 간섭법을 비교한 결과, 제안 기법이 분산곡선의 불연속성을 해결하고 역산된 기반암 심도(14.4 m) 및 속도(1,302 m/s) 추정에서 가장 높은 정확도를 보였다. 반면 MASW(15.6 m, 783 m/s)와 기존 교차상관 탄성파 간섭법(11.2 m, 1,371 m/s)은 기반암 심도 예측 오차가 크거나 속도를 과소평가하였다. 이는 현장 적용 결과, 저주파 재현성과 방위의 일관성이 향상되어 MUSIC 기반 인라인 소스선택이 도심 환경 기반암 탐지 정확도를 크게 향상시킴을 입증한다.

본 연구에서는 2017년 포항지진 피해지역을 대상으로 SHAKE2000, DEEPSOIL, PLAXIS 2D를 이용한 1차원 및 2차원 지반응답해석을 수행하였다. 동일한 입력 조건하에서 반복전단응력비(CSR), 반복저항응력비(CRR), 및 액상화 안전율(FS = CRR/CSR)을 산정하여 해석기법별 차이를 비교·분석하였다. SHAKE2000은 등가선형 해석으로 가장 보수적인 결과를, DEEPSOIL은 비선형 이력모델을 통해 비보수적인 경향을 보였다. 반면 PLAXIS 2D는 비배수 거동과 구속압 변화를 직접 고려하여 가장 현실적인 액상화 거동을 재현하였다. 또한 SPT 및 Vs 기반 CRR 산정 결과를 비교한 결과, Vs 기반 평가는 실제 피해구간과의 부합도가 높아 복합 사질토 지반의 액상화 평가에 더 적합한 것으로 판단된다.

사면 지반의 내진설계는 대부분의 실무자들이 유사 정적 해석과 같은 단순화한 방법으로 설계를 진행해왔다. 하지만 이러한 단순화된 방법은 실제 현장 조건을 완벽히 재현하는데 많은 한계가 존재한다. 이러한 한계들을 지진 강도 지표(Seismic intensity measure)를 통해 지반운동의 세기를 수치화해 손상 가능성에 대하여 설명하고 예측하기 위한 지표들을 꾸준히 연구해 왔다. 이러한 지표는 지진 발생 시 지반운동의 에너지, 지속시간과 같은 성분들을 정량적으로 표시할 수 있다. 하지만 이러한 수치들도 실제 현장에서의 관측의 어려움과 유사 정적과 같은 해석의 해석 방법으로는 실제 붕괴 시 발생하는 지진 에너지에 대해 정밀하게 나타내는 데에는 많은 한계가 있다. 본 연구에서는 1g 진동대에서 조성한 1:1 모형 성토사면을 대상으로, 입력 지진동 조건 변화에 따른 사면의 균열 및 붕괴 시 지진 강도 지표의 관계를 분석하였다. 입력 지진동은 10Hz 0.2g, 0.28g, 0.3g 및 20Hz 0.4g의 정현파로 구성하였으며, 계측 가속도를 이용해 Arias intensity(ARI), Cumulative absolute(CAV), Vibration dose value(VDV), Root mean square acceleration(A_rms)를 산정하여 시간 이력으로 비교하였다. 실험 결과, 10Hz 0.2와 0.28g에서는 사면 표면에 미세한 균열만 발생하여 가속도 및 지진 강도 지표의 변화가 제한적으로 나타났다. 반면 10Hz 0.3g와 20Hz 0.4g에서는 사면에 뚜렷한 붕괴가 발생하였고, 이 시점에서 가속도 진폭이 급격히 증가하였다. 특히 ARI와 VDV는 균열과 붕괴 발생 시점에 민감하게 반응하여 CAV와 A_rms에 비해 사면의 손상 정도를 더 명확히 반영하는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 성토사면의 실험적 붕괴 특성 평가 및 지진 재해 위험성 검토 시 ARI와 VDV를 우선적인 지진 강도 지표로 활용할 수 있음을 시사하는 것으로 판단된다.

벽체 구조물 배면의 공동 깊이는 공동의 위험도와 직결되므로, 공동 깊이에 따른 공동 검측 가능성에 대한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 공동 중심과 타격 지점 간의 거리, 해머 팁 재질, 벽체 두께와 같은 타격 시스템 변수들이 공동 검측 가능성에 미치는 영향을 평가하고자 실내 실험을 수행하였다. 모형 공동과 벽체를 포함한 토조를 조성하였으며, 상부 판으로부터의 거리를 조절하며 토조 내에 모형 공동을 매설함으로써 서로 다른 깊이의 공동을 모사하였다. 상부 판의 두께 및 해머 팁 재질을 변화시켜 음파 신호를 측정하였다. 본 연구에서는 구조물에 단위 하중이 가해졌을 때 발생하는 처짐과 동일한 개념인 유연성 값을 측정된 음파 및 하중 신호를 활용하여 산정하였으며, 이를 바탕으로 타격 시스템 변수에 따른 유연성 변화를 비교 분석하였다. 실험 결과 타격 지점이 공동 중심에 근접할수록 유연성이 크게 나타났으며, 고무 팁이 플라스틱 팁에 비해 더 깊은 가탐 깊이를 보였다. 본 연구는 마이크로폰이 벽체 배면의 깊은 공동을 검측하기 위해 유용하게 이용될 수 있음을 보여준다.

본 연구에서는 공공데이터를 활용하여 지반함몰 발생 가능성 분석하고, 인공지능 기반 예측 모델의 적용성을 평가하였다. 연구 대상 지역으로 광주광역시를 선정하고, 최근 5년간(2019-2023) 보고된 지반함몰 사례를 기반으로 강수량, 노후건물수, 지질정보 등의 변수를 수집하여 공간 데이터셋을 구축하였다. 지반함몰 발생 비율이 극히 낮은 불균형한 데이터 특성을 고려하여 언더샘플링(Undersampling), SMOTE, 클래스 가중치(Class weight), Focal loss 등의 다양한 불균형 처리 기법을 적용하였으며, DNN, Random Forest, XGBoost 모델을 이용해 예측 성능을 비교·분석하였다. 분석 결과, 전체적인 F1-score는 낮게 나타났으나, 정밀도-재현율(Precision-Recall) 곡선을 통해 분류 성능이 유의미한 수준임을 확인하였으며, 트리 기반의 XGBoost 모델이 가장 안정적이고 우수한 성능을 보였다. 변수 중요도 분석에서는 누적 강수량(7일, 30일)과 노후건물수가 주요 영향인자로 도출되었다. 이는 지반함몰이 단기적 요인보다는 장기적인 누적 강우와 노후화된 인공 구조물의 복합적 상호작용에 의해 발생함을 시사한다.

균열밀도는 암반 및 지반 재료의 동적·탄성적 거동을 평가하는 핵심 지표로, 압축파 속도(Vp), 전단파 속도(Vs) 그리고 간극률(φ)과 밀접하게 연관된다. 본 연구에서는 풍화 실험 데이터를 기반으로 입력 물성에 1%, 2%, 5% 수준의 불확실성을 부여하여 Monte Carlo 기반 증폭 데이터를 구축하고, 균열밀도 산정식의 구조적 민감도와 데이터 기반 민감도를 종합적으로 분석하여 입력 인자의 영향성을 고찰하는 것이다. 우선, 물리식 기반 탄력도를 통해 ε이 입력 변수에 대해 갖는 국소 민감도를 정량화한 결과, 균열밀도는 전역적으로 Vp에 가장 강하게 반응하며, Vs는 특정 조건에서 매우 높은 국소 민감도를 보이는 반면 φ는 기여도가 제한적이었다. 이어서 AI 기반 변수 중요도 분석을 수행한 결과, 세 알고리즘 모두 Vp와 Vs를 균열밀도 예측의 주요 변수로 식별하여 물리 기반 분석과 일관된 결론을 제시하였다. AI 분석에서는 σ 증가에 따라 Vs의 중요도가 상대적으로 크게 증가하는 경향이 관찰되었으며, 이는 탄력도 분석에서 확인된 Vs의 비선형 민감도 확장과 정확히 대응하였다. 본 연구는 물리 모델의 구조적 특성과 데이터 기반 경험적 민감도가 상호 보완적으로 해석될 수 있음을 보여주었으며, 균열밀도 예측 모델의 신뢰성 평가 및 입력 물성 관리에 기여할 수 있다.

고해상도 수치표고모델(Digital Elevation Model, DEM)은 재난 대응 및 지형 변화 탐지에 필수적이나, 기존 항공 LiDAR나 상용 위성은 높은 비용과 시간 제약으로 신속한 데이터 확보에 한계가 있다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하고자, 저비용·고빈도로 전 지구를 촬영하는 초소형 위성(CubeSat) PlanetScope의 단일 스테레오 영상을 활용하여 고해상도 DEM을 생성 및 평가하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 설악산 국립공원을 대상으로, 적합한 스테레오 영상 쌍에 사진측량(Photogrammetry) 기법을 적용하여 4m DEM을 생성하였다. 생성된 DEM을 기존 저해상도 DEM(SRTM 30m, NGII 90m) 및 원본 영상과 비교한 결과, 본 연구에서 생성된 DEM이 저해상도 DEM에서 생략된 계곡과 능선을 명확히 묘사함을 확인하였다. 본 연구 결과는 CubeSat 단일 스테레오 영상만으로도 복잡한 산악 지형의 3D 정보 생성이 가능함을 입증하였으며, 향후 CubeSat을 통한 신속하고 경제적인 지형 데이터 갱신 및 산사태·홍수 등 재난 지역 모니터링에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.

본 연구에서는 수직증축 리모델링 시 상부하중 모델링 형태와 기초판의 강성 및 연성이 말뚝지지 전면기초 거동에 미치는 영향을 분석하고자 PLAXIS 3D를 이용한 유한요소해석을 수행하였다. 지반은 풍화토과 풍화암으로 구성하였고, 기초는 18m × 18m × 1m 기초판과 기존말뚝(PC 말뚝) 81본, 보강말뚝 64본(마이크로파일)로 구성하였다. 상부하중은 전체 등분포하중(FDL), 기둥하중(CL), 벽체하중(WL), 부분 등분포하중(PDL;C100/C70/C50)으로 고려하고, 수직증축 시공단계에 따라 해석을 수행하였다. 해석 결과, 강성 기초판에서는 하중 모델링 방식에 관계없이 침하량은 균등하고, 축력의 경우 전체 등분포 하중 대비 기존말뚝 2%, 보강말뚝은 18% 이내로 축력 차이가 발생하였다. 연성 기초판에서는 부분 등분포하중 조건에서 코어부 집중하중의 영향으로 부등침하 및 중앙부 말뚝의 축력이 크게 나타났다. 따라서, 수직증축 리모델링을 위한 보강 기초 설계 시 상부하중 모델링 형태와 기초판 특성을 함께 고려해야할 것으로 사료된다.

지표면에 위치한 비액상화층은 지진 시 액상화를 하부의 느슨한 모래층으로 국한하여 피해를 저감한다는 현장 관측이 반복적으로 보고되었다. 또한, 이러한 다층지반 조건에서 얕은기초 건축물의 지반-구조물 상호작용은 더욱 복잡하게 나타난다. 본 연구는 1-g 진동대 모형실험을 통해 표층 비액상화층이 얕은기초 건축물의 액상화 유발 침하에 미치는 영향을 평가하였다. 얕은기초 3층 구조물을 대상으로, 표층 비액상화층이 없는 경우와 90 mm 두께의 비액상화층이 존재하는 두 조건에 대해 동일한 정현파를 적용하였다. 자유장 및 얕은기초 하부에서 과잉간극수압과 침하를 계측하고, 침하를 (1) 진동 중, (2) 액상화층 소산, (3) 표층 비액상화층 소산의 세 단계로 구분하여 해석하였다. 실험 결과, 표층 비액상화층은 자유장 침하를 63%, 얕은기초 침하를 40% 감소시켰다. 또한, 표층 비액상화층이 존재하는 조건에서는 진동 후 표층 비액상화층의 소산에 의한 추가 침하가 발생함에 따라, 자유장의 주된 침하 시점이 1단계(진동 중)에서 2, 3단계(진동 후)로 전이되었다. 반면, 얕은기초 침하는 지반–구조물 상호작용에 의한 전단 유발 침하가 주된 메커니즘으로 작용하여, 표층 비액상화층의 존재 여부와 무관하게 대부분의 침하는 1단계(진동 중)에서 발생하였다.

본 연구에서는 현장시험을 통해 대표적인 지능형 다짐값(CMV)과 일점품질시험(들밀도시험, 평판재하시험, LWD 시험, DCP 시험) 간의 상관성을 체계적으로 평가했다. CMV 및 다수 지점에서 수행된 LWD와 DCP 시험 결과는 반복 다짐에 따른 평균적 다짐품질 향상을 명확히 반영했으며, 변동계수가 약 20~40% 범위로 나타나 성토재료 및 함수비 불균질성에 기인한 공간적 변동성이 매우 컸다. 반면, 각 단계에서 두 지점만 측정된 건조단위중량과 지지력계수는 다짐횟수 증가에 따른 뚜렷한 증가 경향을 보이지 않아, 제한된 일점품질시험만으로는 넓은 시공면의 다짐 상태를 대표하기 어렵다는 점이 드러났다. 단일점 기반 분석, 전체 평균 분석, 영역 기반 분석을 비교한 결과, 영역 기반 분석이 가장 높은 상관성을 보였으며, 최적 ROI 반경은 건조단위중량 1.5 m, 지지력계수 3.5 m, E_LWD 2.5 m, DPI 2.0 m로 도출되었다. 이를 바탕으로 본 연구에서는 최적 ROI 내 CMV 평균값과 강성 기반 일점품질시험 결과 간의 선형 회귀식을 도출하고, 품질 기준을 만족하는 일점품질시험 값과 대응하는 CMV를 목표 지능형 다짐값으로 설정하는 절차를 제안했다.

분니(mud pumping)는 열차 하중에 의해 노반 내에서 발생한 과잉간극수압으로 세립분이 도상에 유입되는 현상으로, 도상 오염과 자갈 도상의 침하를 유발한다. 일반적으로 분니는 투수계수가 낮고 배수가 불량한 점토질 노반에서 과잉간극수압 증가로 인해 발생하는 것으로 알려져 있으나, 최근 연구에서는 세립분 함량이 낮더라도 내부적으로 불안정한 흙에서는 상부의 액상화 및 유동화로 인해 분니가 발생할 수 있음이 보고되고 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 철도설계기준을 만족하는 노반 재료를 대상으로 진동 삼축 실험을 수행하여 액상화 및 유동화 발생 여부를 평가하고, 노반의 내부불안정성과 도상자갈 사이 노반의 세립분 이동 가능성을 분석하였다. 그 결과 내부적으로 불안정한 시료의 경우, 진동 삼축 실험 시 시료 상단부의 유동화와 내부 과잉간극수압 증가를 확인하였고, 도상자갈 사이 노반의 세립분 이동이 가능하기 때문에 내부불안정성에 의한 분니 발생 가능성을 확인하였다.

이 연구의 목적은 호남지역에서 발생한 대규모 산사태를 기반으로 산사태의 토질에 대한 특성을 분석하였다. 자연 사면에서 발생한 주요 산사태들은 산사태와 관련된 각 지질 유형의 토질 특성에 대한 정확한 분석을 통해 지반공학적 관점으로 분석하였다. 또한, 산사태의 주요 요인인 지반 매개변수의 특성 분석 결과를 바탕으로 산사태에 중요한 영향을 미치는 것으로 간주되는 전단강도를 쉽게 계산할 수 있는 모델을 제안하였다. 집중호우로 인해 산사태가 집중된 지역에서 지질 조건이 다른 편마암과 화강암의 토질 특성을 분석한 결과, 지질에 따라 다른 토질 특성을 보였다. 간극비와 공극률은 화강암 토질보다 편마암 토질에서 더 크고, 건조단위중량은 편마암 토질층보다 화강암 토질층에서 더 큰 것으로 나타났다. 산사태가 발생한 자연 사면의 토질층에서 토질 특성, 투수계수, 전단강도 매개변수 간의 상관관계를 분석하였고, 이로부터 도출된 상관 방정식을 사용하여 독립변수(기본 물리적 특성)의 변화로부터 종속변수(전단강도)의 변화를 예측하였다. 통계 기법을 사용하여 지반 매개변수와의 상관관계를 분석한 결과, 전단강도인 점착력은 세립토 함량 및 균등계수와 유의미한 상관관계가 있으며, 내부마찰각은 간극비, 균등계수, 건조단위중량과 유의미한 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 화강암 및 편마암 토질층에 대해, 산사태 지역에서 중요하게 여겨지는 전단강도를 지반 매개변수와 유의미한 상관관계가 있는 물리적 특성 데이터만으로 쉽고 편리하게 추정할 수 있는 모델을 개발하였다(점착력 계산 모델 및 전단강도 계산 모델). 향후 호남지역에서 발생하는 산사태 데이터 및 지반정수를 추가함으로써 모델의 수정 및 보완을 통해 현재 모델의 신뢰성과 정확도를 향상시킬 것으로 기대된다.

국내 서남해안지역은 연약지반으로 구성되어 있으며 이 지역에 대한 택지 및 산업단지 조성이 활발히 실시되었었다. 연약지반 현장에서 단지 매립은 필수적으로 압밀침하에 대한 문제가 발생하는데, 이에 따른 해결 방법으로 계측 및 분석을 수행하였다. 그러나 정확한 성과 분석은 기대에 미치지 못하였다. 이는 기존 연약지반의 압밀 특성 분석이 침하 형태에 따른 해석으로 국한되어 있어 과잉간극수압의 소산에 따른 과정이 해석 과정에 반영되어 있지 못하였기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 현장 P-1-1구간을 지정하여 현장 계측자료를 이용한 e-log p' 법을 이용하여 압밀시험과 이론식인 쌍곡선법과 비교하여 최종성토 이전에 최종 침하량 예측하고자 하였다. e-log p' 법과 쌍곡선법 비교 분석결과, 간극수압이 소산되거나 잔류 간극수압이 거의 남지 않을 때 쌍곡선법의 결과와 e-log p' 법의 결과는 유사하였다. 또한, 쌍곡선법은 최종성토 이후에나 최종 침하량 평가가 가능하나, 현장 계측자료를 이용한 e-log p' 법은 최종성토 이전 처녀압밀선의 작도가 가능하므로 최종성토 이전에 최종 침하량 평가가 가능한 것으로 기대된다.

지구 평균 기온 상승은 산업화 이후 증가한 온실가스 배출과 밀접한 관련이 있으며, 특히 고위도 지역의 영구동토층 해빙은 저장된 유기탄소의 대기 방출을 통해 지구가열화를 가속할 잠재성이 크다. 이에 따라 동토–대기 경계면에서 발생하는 CO₂ 교환 특성을 정량적으로 규명하기 위한 정밀 현장 관측 기술의 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 이러한 과학적·정책적 요구에 대응하여 비분산적외선(NDIR) 분광 원리를 기반으로 한 정밀 CO₂ 측정시스템을 설계·제작하였다. 측정 시스템은 MCU 기반 제어기, 실시간 보정 알고리즘, 통신 모듈 및 GUI 기반 시각화 시스템을 통합하여 안정적으로 운용 가능하도록 구현하였다. 개발된 측정 시스템은 표준가스를 이용한 영점 및 스팬 교정 기능을 포함하며, 이동평균 및 적응형 필터 기반 신호 처리, 비정상 신호 제거 알고리즘, 실시간 데이터 로깅 기능을 적용하였다. 성능 검증은 0.600 ppm, 429.860 ppm, 953.550 ppm의 CO₂ 표준가스를 이용해 정확도, 정밀도, 응답시간, 선형성 및 영점 안정성을 평가하는 방식으로 수행하였다. 실험 결과, 모든 농도 구간에서 측정값은 표준가스 농도와 일치하는 수준을 유지하였으며, 정확도 ±1% 이내, 정밀도 0.560 이하, 장기 영점 드리프트를 포함하여 상용되고 있는 정밀 측정 시스템(LI-COR LI-7810)와 동등한 성능을 확보하였다. 또한 1:1 비교 분석에서 두 장비의 측정값은 높은 상관성을 보이며 우수한 선형성을 나타냈다.