Journal of the Korean Geo-Environmental Society ISSN:1598-0820(Print) 2714-1233(Online) 한국지반환경공학회 논문집

본 연구는 공공주택지구 조성 현장의 간선도로 하부에 비개착 추진관 공법이 적용된 구간을 대상으로, 시공단계를 반영한 수치해석을 통해 구조물의 연직 및 수평변위에 대한 안정성을 평가하고, 구조물의 장기적인 공용성 확보 가능성을 정량적으로 검토하고자 하였다. 해석은 MIDAS GTS NX를 이용한 3차원 유한요소법(FEM) 기반으로 수행되었으며, 총 7단계의 시공단계와 1단계의 공용단계를 포함하였다. 지반은 Mohr-Coulomb 탄소성 모델로 구성하였고, 추진관은 Shell 요소로 모델링하여 지반–구조물 간 상호작용을 정밀하게 모사하였다. 대상 구조물은 도로부, OO 교량 기초부, 추진관으로 설정하였으며, 구조물별 변위를 허용기준과 비교하여 안전성을 정량 평가하였다. 수치해석 결과, 도로부는 최대 1.232mm(허용기준 25mm 대비 4.9%), 교량 기초부는 0.976mm(20mm 대비 4.8%), 추진관은 2.41mm(30mm 기준 대비 8.0%)로 모두 허용기준 대비 10% 이하로 나타났다. 대부분의 구조물에서 변위는 공용단계보다 시공 중간 단계에서 작게 나타나, 하중의 단계적 재하가 구조물 거동 안정화에 기여했음을 확인하였다. 또한, 현장 계측값과 해석 결과를 비교한 결과, ±3% 이내의 오차 범위에서 일치하여 해석모델의 신뢰성을 입증하였다. 본 연구는 시공단계를 반영한 다단계 해석이 구조물의 실제 거동을 보다 정밀하게 반영하며, 공용단계 단일 해석만으로는 간과될 수 있는 시공 중 변형을 효과적으로 파악할 수 있을 것으로 보인다. 따라서 도시 지하 매설구조물의 설계 및 시공 시에는 단계별 수치해석과 실측 계측 결과의 병행 분석이 필수적으로 수행되어야 한다.

기후변화로 인한 국지성 집중강우의 증가로 지반 붕괴 사례가 빈번히 발생하고 있다. 이 때 강우에 따른 지하수위 상승은 지반 안정성에 영향을 미치는 주요 요인이다. 본 연구에서는 실제 지반 붕괴 사례를 대상으로 강우에 따른 지하수위 상승과 지반 안정성 간의 상관관계를 정량적으로 분석하였다. 분석을 위해 현장에 설치된 지하수위계의 계측 데이터를 활용하였다. 지반이 안정된 2024년의 데이터를 기반으로 역해석을 수행하여 지반 투수계수를 산정하였다. 수치해석은 상용 지반해석 프로그램인 Plaxis-2D를 활용하였다. 역해석 결과 각 단면의 지하수위에 대한 수치해석값과 계측값 간의 평균 오차율은 0.19%로 나타났다. 이를 통해 산정된 투수계수가 붕괴 시점의 지하수위 분석에 적용 가능하다고 판단하였다. 이에 따라 붕괴 시점에 대한 지하수위 상승을 분석하기 위해 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과 역해석 기간(2024년) 중 최대 일일 강우량은 붕괴 시점(2023년)의 일일 강우량보다 높았지만, 3일간 누적 강우량은 붕괴 시점이 더 높음을 확인하였다. 이로 인해 붕괴 시점의 평균 지하수위 상승폭이 0.88m로, 역해석에 사용된 최대 강우 일자의 평균 상승폭인 0.49m보다 높게 나타났다. 따라서 본 연구를 통해 단일 강우강도보다 누적 강우량이 지하수위 상승에 더 크게 작용하며, 급격한 지하수위 상승이 지반 안정성 저하를 유발할 수 있음을 확인하였다.

말뚝의 동적 거동을 예측하기 위해 확인되는 말뚝의 동적 p-y 곡선은 주로 지진파의 주파수 특성 및 지반의 상대밀도에 초점을 두었을 뿐 지반의 동적특성에 영향을 미치는 지반을 구성하는 입자의 크기와 분포를 고려한 연구는 미비하다. 이에 본 연구에서는 지진하중을 받는 무리말뚝의 동적거동에 사질토의 입도분포가 미치는 영향을 확인하기 위해 입도분포가 다른 지반에 설치된 무리말뚝에 대하여 1g 진동모형실험을 수행하였다. 실험 결과 지반의 상대밀도 및 입도분포 특성인 균등계수, 유효입경이 무리말뚝의 동적 p-y 곡선 및 무리말뚝의 최대 수평변위, 휨모멘트, 전단력에 영향을 미치는 것으로 나타났다.

간척사업은 성토 및 매립을 통해 하부 연약지반의 압밀침하를 유발하고, 시공 이후 잔류침하로 인해 상부 시설물의 손상을 야기할 수 있다. 시공 품질 관리와 장기적인 사용성 평가를 위해 넓은 영역의 지표침하를 장기간 상시 계측할 수 있는 InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar) 기법이 점차 대두되고 있다. 본 연구에서는 위성을 활용한 InSAR 기법의 간척 현장 지표변위 모니터링 적용 가능성을 검토하고자 하였다. 부산신항 서컨테이너터미널 부지를 대상으로 2017년부터 2025년까지의 Sentinel-1 위성 C-band SAR 영상을 이용한 PS(Persistent Scatterer)-InSAR 분석을 수행하여 안정적인 참조 기준점을 선정하였다. 이를 활용하여 세 가지 시계열 InSAR 분석 기법(SBAS; Small Baseline Subset, E-SBAS; Enhanced SBAS, E-PS; Enhanced PS-InSAR)을 분석기간을 달리하여 적용하였다. 분석 결과, 성토 및 지반개량공법이 적용된 시기에는 단기간에 큰 변위가 발생하여 긴밀도의 저하와 위상 불연속으로 인해 안정적인 관측이 어려웠다. 긴밀도가 높은 PS를 활용한 E-PS 기법의 경우 관측 밀도는 낮으나 SBAS, E-SBAS 기법에 비해 침하 추세가 뚜렷하고 실제 계측치와 유사한 경향을 나타내었다. 시공이 완료되어 나대지 상태로 전환된 이후에는 모든 기법에서 관측 밀도가 높아지며, E-PS 기법 역시 대상부지 전역에서 충분히 많은 수의 관측 결과를 나타내었다. 따라서 간척지를 대상으로 지표변위를 장기 모니터링함에 있어 위성 InSAR 기법은 충분히 효과적일 것으로 예상된다. 다만 InSAR 관측 결과를 해석하기 위해 대상 지역의 시공 방법과 시공 일정, 지반 조건 및 지표 변위 발생 메커니즘 등에 대한 사전 이해가 선행될 필요가 있다.

도시 기반 시설의 핵심 구성 요소인 매설관 중 도로포장 하부에 매설된 열수송관의 거동을 규명하기 위해 매설깊이비(H/D), 매설관 직경(D), 되메움층의 열화율을 변수로 설정하여 매설관과 주변 토체 간의 상호 응력, 후프응력을 상용지반해석프로그램인 Plaxis 2D를 통해 분석하였다. 분석결과 매설깊이가 증가할수록 두 응력은 전반적으로 감소하였고 매설관과 토체 간의 응력은 크라운에서 최대값을 보인 뒤 어깨면을 따라 스프링라인에서 최소화됨을 확인하였다. 또한 매설관의 직경과 되메움층의 열화율에 따라 응력이 저하됨을 확인하였다. 따라서 매설관의 거동은 주변 토체의 상대강성과 구속특성에 영향을 크게 받으며, 적정 매설 깊이의 선정과 되메움층의 물성 관리가 필수적이다.