For safety evaluation of a rock-fill dim, it is often necessary to investigate spatial distribution of weak zones such as fracture. Both DC-resistivity survey and seismic(SASW) method are usually used for the purpose. Recently, Multichannel analysis of surface waves(MASW) method which makes up for the weak point of SASW method is developed and the site examination which is simple came to be possible comparatively. In order to obtain 2-D shear-wave velocity(Vs) profile along the dam axis that can be associated with dynamic properties of filled materials, MASW method was adapted. Then, DC-resistivity survey and drilling survey were performed to compare with each results. We confirmed that the MASW method and DC-resistivity survey show complementary result that corresspond with drilling result. Therefore, MASW method is an efficient method for dynamic characterization of dam-filling materials and also the combination of related methods such as DC-resistivity can lead to an effective safety evaluation of rock-fill dam.
본 연구에서는 현재 운영 중인 경상북도 영천시에 위치한 Y댐에 대하여 댐 축조재료 중 코어죤의 최대전단탄성계수 산정을 위한 합리적인 전단파속도를 산정하기 위하여 시추공을 이용한 크로스홀시험과 다운홀시험을 수행하였고, 지표탐사인 MASW(Multi-channel Analysis of Surface Wave, 다중수의 수진기를 이용한 주파수영역 표면파해석)와 반사법 탄성파탐사를 수행하였다. 현장시험으로부터 코어죤의 심도별 전단파속도를 산정하고 그결과들을 비교 분석하였다. 또한, 현장시험 결과와 Sawada의 경험적 제안식을 비교 분석하였다. 본 연구의 목적은 댐 코어죤의 심도별 전단파속도를 산정하기 위해 수행된 4종류의 현장시험 결과를 비교 분석하고, 시험결과와 경험적 제안식을 비교하여 경험식의 적정성을 판단하고, 기존댐 코어죤의 심도별 전단파속도를 합리적으로 산정하는 방법을 제안하는 데 있다. 시험결과, 측정심도 내(18m 이내)에서 다운홀시험, MASW, 반사법탐사에 의한 코어죤의 심도별 전단파속도 산출 결과는 유사한 결과를 보였으며, MASW와 반사법탐사의 경우에는 심도 30m까지 그 산출 결과가 거의 같은 것으로 나타났다. 기존 댐 로어죤의 심도별 전단파속도를 산출하고자 할 때 운영 중인 댐 코어죤에 시추공을 형성하는 것은 현실적으로 매우 어려운 사안임을 감안한다면 MASW나 반사법탄성파탐사와 같은 지표탐사에 의한 전단파속도 산정이 가장 현실적인 방법일 것으로 판단된다. 현장조사가 여의치 않거나 예비조사의 경우에는 기존의 방법과 같이 Sawada의 경험식을 이용할 수 있는데, 경험식을 이용할 경우 Sawada의 제안식 중 하한값을 적용하는 것이 합리적인 방법일 것으로 판단되었다.
For safety evaluation of a rockfill dam, it is often necessary to investigate spatial distribution and dynamic characterization of weak zones such as fractures. For this purpose, both seismic and electric methods are adopted together in this research. The former employs the multichannel analysis of surface waves (MASW) method, and aims at the mapping of 2-D shear-wave velocity (Vs) profile along the dam axis that can be associated with dynamic properties of filled materials. The latter is carried out by DC- resistivity survey with a main purpose of mapping of spatial variations of physical properties of dam materials. Results from both methods are compared in their signature of anomalous zones. In addition, downhole seismic survey was carried out at three points within the seismic survey lines and results by downhole seismic survey are compared with the MASW results. We conclude that the MASW is an efficient method for dynamic characterization of dam-filling materials, and also that joint analyses of these two seemingly unrelated methods can lead to an effective safety evaluation of rock-fill dam.
지반의 횡파 속도 단면은 주로 다운흘 탄성파 탐사에 의존해 왔으나 최근에 MASW와 같은 표면파 탐사방법과 SCPT와 같은 탄성파 콘 관입시험법 등이 개발되어 사용되고 있다. 본 연구에서는 비고결 퇴적물에서 다운홀 탄성파 탐사, MASW, SCPT 등을 사용하여 횡파 속도 단면을 구하고 이들을 시추조사 결과와 비교하였다. 그 결과 퇴적물상의변화와 횡파 속도 변화는 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었으며, 세 가지 횡파 속도 단면 중 SCPT가 퇴적물상의 변화에 가장 민감하게 반응하는 것을 알 수 있었다. SCPT 결과 퇴적층 내 약 8${\sim}$l2m 깊이에 주로 점토질 모래로 구성되어 있는 저속도 층이 있음을 알 수 있었다.
연약지반의 층서 파악을 위해 대상 지역 전체에서 취득되는 다중채널 표면파 탐사(Multichannel Analysis of Surface Wave; MASW)와 지반에 대한 직접적인 정보를 제공하는 피에조콘 관입시험(Piezo Cone Penetration Test; CPTu) 자료를 지구통계학적으로 복합 분석하였다. MASW 자료는 지반 강성도와 밀접한 관계를 갖는 것으로 알려져 있는데, 2개의 측선에 대해 자료를 취득하고 연구 지역 시료의 실내시험을 통해 이를 확인하였다. CPTu는 대상지역 내 6개 지점에서 취득하였고 선단저항($q_c$) 및 간극수압(u) 자료에 지구통계학적 복합 분석을 적용하여 3차원 물성 분포를 확보하였다. 복합 분석은 MASW 자료와 선단저항 및 간극수압의 공간적 상관성에 따라 시뮬레이션 할 수 있는 순차 가우시안 공동 위치 시뮬레이션(Sequential Gaussian Co-Simulation; COSGSIM) 기술을 적용하였다. 분석 결과의 검증을 위해 CPTu 자료 취득 위치와 다른 2개 지점에서 시추가 이루어졌으며, 이 지점에서 SPT N 값과 시추 주상도를 확보할 수 있었고 이 자료를 복합 분석 결과의 지반 공학적 정확도 분석을 위해 사용하였다. 복합 분석을 통해 확보한 3차원 선단저항 및 간극수압 분포도의 신뢰성 검증을 위해 2개의 시추 지역에서 획득한 지반 조사 자료와 비교한 결과, 매우 상관성이 좋은 결과를 확인할 수 있었다.
표면파탐사 방법 중 능동형 다중채널 표면파탐사(active method MASW) 방법은 발진원의 저주파 에너지 부족, 전체 측선 길이의 부족 등의 요인으로 인하여 측정가능 심도가 강성이 약한 풍화토 지층까지로 제한됨으로서 대상 심도까지의 전단파 속도 주상도를 제공하는데 어려움이 있다. 이러한 단점을 극복하고자 신기술로서 제안된 수동형 다중채널 표면파탐사(passive method MASW) 방법을 대구 지하철 과업현장인 경산시 정평동 도심구간에 적용하고 분석을 수행하였다. 상시 미진동을 이용하는 수동형 다중채널 표면파탐사 방법은 파원의 차이에 따른 방향성 보정을 적용함으로써 분해능이 향상 되었고, 능동형 다중채널 표면파탐사 자료를 동일측선(동일배열)상에서 간단한 병행수행 방법으로 획득할 수 있으며, 각각의 분산 스펙트럼 자료를 통합하여 분산곡선을 획득함으로서 가탐심도의 증대뿐 만 아니라 천부 해상도까지 높일 수 있는 장점이 있다. 이번 경산 도심구간에서는 수동형 다중채널 표면파탐사 방법의 현장 적용에 앞서 최적의 자료취득 변수들을 선정하기 위하여 2m, 4m, 6m 수신기 간격 자료에 대한 분산 스펙트럼 분석을 수행하였고, 선정된 변수들을 적용함으로써 신뢰할 수 있는 전단파 속도 주상도를 작성할 수 있었다.
Borehole drilled depend on the point is bound to be limited to obtain the 2-D or 3-D layer information for entire targer area. On the other hand, SASW and MASW provide the sectional form of layer information through the shear wave velocity($V_s$). Therefore the useful information of the target area can be derived from SASW, MASW and borehole data. In this research, the correlation reflected locality and nationwide between sectional geo-layer and $V_s$ was investigated and analyzed. The target areas are westside of Pyeongtaek and Incheon. The shear wave velocity($V_s$) obtained from SASW, MASW and borehole data conducted within the scope of crossline for survey was utilized in each region. In the 2D distribution of $V_s$ from SASW, MASW, $V_s$ tend to continually increase deeper and deeper. By the target area, the depth of each representative geo-layer was nested on the sectional distribution map of $V_s$ to suggest the range of $V_s$ in accordance of strata by using borehole data. The 2D sectional geo-layer distribution map is presented based on the range of $V_s$. In addition the correlation between measured and calculated $V_s$ according to the empirical equation was analyzed.
In this study, seismic refraction survey and MASW at dam crest and down-hole test and cross hole test in the boring holes located in dam crest through the core are performed to fin out dynamic material properties, are needed to evaluate dynamic safety of rockfill dam using dynamic analysis method. From the field test and geophysical exploration, applied such as above, p-wave and s-wave velocity profile of each layer of dam body. Dynamic material properties, such as elastic modulus, shear modulus, poissong's ration, are obtained from p-wave and s-wave velocity profile and density profile from formation density logging test.
Shear modulus is directly linked to material's stiffness and is one of the most critical engineering parameters. Seismically, shear-wave velocity (Vs) is its best indicator. Although methods like refraction, down-hole, and cross-hole shear-wave surveys can be used, they are generally known to be tougher than any other seismic methods in field operation, data analysis, and overall cost. On the other hand, surface waves, commonly known as ground roll, are always generated in all seismic surveys with the strongest energy, and their propagation velocities are mainly determined by Vs of the medium. Furthermore, sampling depth of a particular frequency component of surface waves is in direct proportion to its wavelength and this property makes the surface wave velocity frequency dependent, i.e., dispersive. The multichannel analysis of surface waves (MASW) method tries to utilize this dispersion property of surface waves for the purpose of Vs profiling in 1-D (depth) or 2-D (depth and surface location) format. The active MASW method generates surface waves actively by using an impact source like sledgehammer, whereas the passive method utilizes those generated passively by cultural (e.g., traffic) or natural (e.g., thunder and tidal motion) activities. Investigation depth is usually shallower than 30 m with the active method, whereas it can reach a few hundred meters with the passive method. Overall procedures with both methods are briefly described.
Two multichannel analysis of surface wave (MASW) surveys were conducted over a soil site in Tacoma Water's Green River Facility, Washington, where construction of a chemical treatment facility had been planned. The purpose of the surveys was to compare soil stiffness characterized by shear-velocity (Vs) distribution before and after Deep Dynamic Compaction (DDC) operation that was designed to improve the soil stiffness. Site soil consisted of very heterogeneous gravel and cobbles in a sand-and-silt
matrix. Results from each survey are represented by two 2-D Vs maps delineating Vs variation of soil below the surveyed lines. One map was constructed from those dispersion curves that were analyzed with a significant amount of subjective judgment involved, whereas the other map was constructed from those dispersion curves analyzed with as much objective information as possible. Comparison of 2-D Vs maps indicates that Vs actually decreased after the DDC operations, possibly due to the
loss (or reduction) of cohesive bonding between soil particles caused by the compaction operations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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