우리나라 사력댐의 손상현황 및 안전성 평가방법

목차

1. 서 론

2. 사력댐의 기존 손상현황

3. 댐의 안전성 평가 절차

4. 사력댐 손상발생의 징후 및 원인
4.1 댐마루
4.2 상류사면
4.3 하류사면
4.4 기초 및 양안부

5. 손상원인별 안전성 평가항목

6. 사력댐의 안정성 평가방법
6.1 계측데이터 분석
1) 침투수
2) 침하
3) 토압
6.2 수치안정해석
6.3 댐 여수로 방류능력
6.4 내진 안정성

7. 사력댐 누수평가 사례

8. 결 론

본문내용

39.7
12
1186.0
707.0
1186.0
1341.0
707.0
1341.0
2262.0
709.6
1868.5
15
1250.0
707.0
1250.0
1414.0
707.1
1376.5
18
1247.0
707.0
1247.0
1401.0
707.1
1374.4
2176.0
709.7
1886.0
24
1192.0
707.0
1192.0
1332.0
707.0
1332.0
2080.0
709.6
1864.5
주) (8)은 8hr PMP 지속기간
<그림 6.3.2> 저수지 홍수추적 수문곡선 예
4) 결과분석 및 대책
이상의 검토결과로부터 여수로 방류능력에 문제가 있는 것으로 나타난 경우, 즉 방류능력이 부족하여 댐을 월류하거나, 여유고가 부족한 경우 적정한 대책을 제시한다. 우선 제한수위 조정, 댐운영방식 변경 등 비구조적인 대책을 검토하며 비구조적인 대책으로도 방류능력에 문제점이 잔존하게 되면 댐증고, 비상방수구 설치, 여수로 확대 등 구조적인 대책도 검토하게 된다.
6.4 내진 안정성
현재까지, 댐에서의 지진해석은 지진의 영향을 등가의 정적하중으로 환산한 유사정적해법(진도법)을 이용하여 안전성 평가를 수행하여 왔다.
이러한 방법은 지진력 산정의 편리함, 해석의 간편성, 시간 및 경제성 등에서 유리한 면이 있으나, 구조물 및 지진의 동적 특성을 충분히 고려할 수 없고 해석방법의 단순화에 따른 취약부재의 안전성을 평가하는 데에는 한계가 있어 여기서는 유한요소법을 이용한 동적지진해석방법을 기술하고자 한다.
일반적으로 필댐의 지진해석은 지진계수를 적용한 사면안정 검토를 수행하나, 유한요소법을 이용한 동적 지진해석의 경우는 1차원 지반 응답 해석 결과를 이용하여 지진시 지반의 등가 전단탄성계수를 결정하고 이를 입력치로 하여 유한요소해석 방법을 수행한다.
1) 해석 프로그램
- 지반응답해석 프로그램 : Pro-Shake (1차원 전응력 프로그램)
Pro-Shake 프로그램은 지반응답해석을 수행하는 대표적인 프로그램으로서, 1972년에 Berkeley 대학의 Schnabel, Lysmer, 그리고 Seed 등이 개발.
- 응력-변형해석 프로그램 : FLAC 2D(ver 3.3)를 많이 사용.
FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)은 ITASCA CONSULTING GROUP, INC.에서 개발한 유한차분 범용해석 프로그램으로 지반공학적 문제를 해석하는데 널리 사용.
고려할 수 있는 하중으로는 가속도 시간이력, 속도 시간이력, 응력 시간이력, 하중 시간이력이 있으며, 지진응답 해석에서는 주로 가속도 시간이력을 기반암에서의 하중으로 적용.
2) 지반응답해석 입력값
- 지반응답해석 입력치 : 기존자료 및 현장 탄성파 시험과 실내시험 등의 물성시험을 통하여 산정.
- 현장 탄성파 시험 : Down-hole, SASW 시험을 수행.
- 전단파 속도 분포를 결정 : 각 구간의 시험값 중 비교적 신뢰성이 있는 구간의 대표값을 선정.
.
(a) 기초부의 전단파속도 (b) 댐마루의 전단파속도
<그림 6.4.1> 기초지반 및 제체의 대표 전단파 속도
- 전단변형률에 따른 전단탄성계수 및 감쇠비 산정 : 실내시험 및 해외 연구 사례를 토대로 기초 암반 및 자갈과 점성토질 제체에 대한 관계를 입력치로 활용.
3) 지진력 산정
- 근거 : 댐 설계기준(2001), 내진설계기준연구Ⅱ(건설교통부, 1997)
- 내진등급 결정 : 댐의 저수량, 댐높이, 소개인구, 하류피해 등을 고려하여 성능유지또는 붕괴방지 수준의 내진등급을 결정.
- 응답스펙트럼 산정 : 내진등급, 지반종류, 지진구역계수 등 활용
- 인공지진파 생성 : 현장 지반에 대해 수행한 탄성파 시험의 전단파 속도로부터 지반 분류를 수행하고 지반종류에 따라 지진계수를 토대로 인공 지진을 생성.
- 표준설계응답스펙트럼과 생성된 인공지진의 응답스펙트럼과의 부합성 비교
<그림 6.4.2> 인공지진의 가속도 시간이력(0.09g)
<그림 6.4.3> 인공지진의 응답스펙트럼과 설계응답스펙트럼
4) 지반응답해석
- 재료특성 고려 : Rockfill, Transition, Filter, Core, 기초 지반 등
- 유효 응력 해석 입력치 : 등가 동적 전단탄성계수의 결정.
(a) 기초지반 (b) 코아
(c) Filter와 Drain (d) Rockfill과 Transition
<그림 6.4.4> 등가 전단탄성계수
5) 지진해석 결과
<그림 6.4.5> 댐 형상 모델링 (예)
<그림 6.4.6> 횡방향 상대변위 (예)
<그림 6.4.7> 연직방향 상대변위 (예)
7. 사력댐 누수평가 사례
① 댐 ② 누수위치 ③ 접근도로 ④ 발전소
⑤ 변전소 ⑥ 여수로 ⑦ 정수지
[ 댐 누수위치 평면도 ]
8. 결 론
시설물의 유지관리는 점검 및 진단을 통하여 구조적인 안전성과 기능적인 효율성을 확보함으로서 시설물의 수명을 연장시키는데 목적이 있다 하겠다. 이에 부응하기 위하여 우리기술자들은 점검 및 진단에 대한 충분한 기술력과 철저한 사명감을 갖추어야 함은 두말할 나위가 없다. 여기서 충분한 기술력은 시설물의 탄생에서부터 소멸에 이르기까지 전생애를 통찰할 수 있는 전문지식이라 말할 수 있는데 종합구조물인 댐에 대해서는 더욱 필수적이라 본다. 국내의 경우 1995년 "시설물의 안전관리에 관한 특별법"이 제정된 이후 유지관리에 관한 기술수준이 급속하게 발전된 것은 사실이나, 국내의 시설물 유지관리 기술 동향 파악의 일환으로 실시된 설문조사 결과 선진국 기술의 70∼80% 수준에 이르는 것으로 나타나 아직도 국내기술이 일천함을 보여주고 있어 향후 이 분야에 대한 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 본다.
특히 댐의 안전관리 관련 연구실적의 경우 대부분 계측 데이타 분석 또는 수치해 석 사례가 주류를 이루고 있고 이중 안전성 평가 기법에 대한 연구는 매우 저조한 실정이다. 이러한 점을 들어 본고에서는 외국의 다양한 사고사례를 검토하고 안전성 평가 관련 자료를 조사, 분석하여 진단계획수립 및 추진의 신뢰성 확보를 위한 댐의 안전성 평가기법의 기본적 가이드를 마련한 것은 국내 댐 진단기술 발전에 다소나마 기여할 것으로 생각된다.

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