| 연구개발개요 |
○ 최근 전세계적인 이상 기후로 국지성 폭우, 집중호우 그리고 태풍 등이 빈번하게 발생하고 있으며, 이에 따라 다양한 재해가 발생하고 그 규모는 대형화되고 있음○ 유럽 27개국의 비탈면 붕괴 사고는 지난 20년 동안 457건에 이르며, 비탈면 붕괴 사고 건당 4∼5명의 사상자가 발생하고 있고 건당 사상자도 증가추세에 있음. 또한 비탈면 붕괴에 따른 경제적 피해가 연간 한화로 약 6조 2천억에 해당하여 매우 큰 규모를 보임○ 국내의 경우, 비탈면 붕괴에 따른 사망자가 전체 자연재해의 약 30%를 차지하여 비탈면 붕괴에 따른 인명피해가 막심하며, 복구 금액도 연간 약 700억원에 이르고 있음○ 집중호우와 동결-융해와 같은 기후적 요인은 비탈면 붕괴에 영향이 큼. 표층지반의 반복적인 동결-융해 작용은 지반의 역학적 특성을 변화시켜 박락이나 표층유실을 발생시키고, 비탈면에서는 불연속면에 침투한 물의 동결-융해 반복 작용으로 해빙기 기간 중 사면안정성에 심각한 영향을 일으키며, 집중호우는 절취 비탈면의 풍화를 가속시켜 해빙기 동결-융해와 맞물려 악영향을 미침○ 유럽에서의 계절적 비탈면 붕괴 건수를 분석해보면, 집중호우가 발생하는 하절기에 집중되지 않고 해빙기에도 다수의 비탈면 붕괴 사례가 나타나고 있어, 해빙기 비탈면의 위험성이 부각되고 있음. 국내의 경우에서도 해빙기시 발생된 문제가 지속적으로 영향을 미쳐 이후에 붕괴에 이르게 될 경우가 다수 존재할 것으로 사료됨○ 현재 비탈면은 ‘시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법’에 의해 시설물 유지관리가 필요하며, 최근 법 개정에 따른 3종 시설물의 추가로 중점 관리 대상 시설물이 증대될 것임○ 하지만, 비탈면 피해가 속출하는 해빙기에 이를 예방하고 사전에 인지하기 위해서 일반적인 비탈면 유지관리 기법만 적용될 뿐, 해빙기에 적합한 점검 방법, 위험성 평가 방법, 모니터링 기술 등은 매우 미흡한 실정○ 따라서, 본 연구에서는 지반재해 분야 국제적 선도기관인 노르웨이 NGI와의 글로벌기술협력을 통하여, 해빙기 특성을 실질적으로 반영한 해빙기 비탈면 현장 점검, 확률 및 통계 기법을 이용한 위험성 평가, ICT 기반의 실시간 원격 모니터링 기법, 사면보강물을 활용한 전기비저항 측정 및 분석 기법의 핵심 세부 기술을 개발하고자 함○ 각 개발 기술을 통합하여, 해빙기 비탈면 유지관리 프로세스와 통합 매뉴얼을 개발함으로써, 결과적으로 해빙기 비탈면 사고에 따른 피해 절감과, 정책제안자 및 유관기관의 의사결정 및 예산 집행 효율화를 통한 최적 유지관리를 도모하고, 해빙기 비탈면 통합 유지관리 기술에 대해 국내외 기술을 선도하여 시장진출의 발판을 마련하고자 함
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| 최종목표 |
○ 본 연구의 최종목표는 해빙기 비탈면의 점검, 위험성 평가, 전기비저항 모니터링 및 해석 기법, ICT 기반 실시간 원격모니터링 시스템을 개발하여, 해빙기 비탈면 종합 솔루션을 제공하고자 함○ 이를 위해 다음과 같은 세부 목표에 대해 해외 기관을 포함한 4개 기관이 핵심 기술을 개발함으로써 최종목표를 달성하고자 함 - 첫 번째 목표에서는 해빙기 비탈면의 점검 시기 및 수준 설정과 해빙기 취약요소 분석을 통해 각 상황별 점검 항목을 도출하여 체크리스트 및 평가 기준을 마련하고자 함 - 두 번째 목표는 해빙기 비탈면 정량적 위험도 평가 기법(Risck Assessment)을 개발하는 것으로, 동결-융해로 인한 사면붕괴 기전에 대한 위험인자를 분석하여 이를 고려한 통계적 위험도 분석 방법을 개발하고, 해빙기 비탈면 붕괴 위험도의 효율적인 평가를 위한 전략을 제안하고자 함 - 세 번째 목표로, 해빙기 비탈면의 위험성을 예측하기 위하여 비탈면에 적용된 보호보강물과 전기비저항을 활용한 전자기파 모니터링 기법을 개발하고, 온도변화로 인한 상변화에 활용되고 있는 아레니우스(Arrhenius) 방정식 및 풍화지표를 통해 측정 데이터의 해석방안을 제시하고자 함 - 네 번째로, 전원관리 최적화 기법과 지반 또는 기상 조건 변화를 통한 능동 트리거기술을 통하여 비탈면에 안정적 운영이 가능한 ICT기반 원격모니터링시스템 및 통합운영관리 프로그램을 개발하고자 함 - 마지막으로, 각 개발기술은 국·내외 Test Bed에서 검증을 수행하고, 해빙기 비탈면 점검의 평가 결과를 바탕으로 위험성 평가의 수행여부의 결정과 위험성 평가 결과에 따른 전기비저항 측정 및 ICT 기반 실시간 원격 모니터링 실시 여부에 대한 의사 결정이 가능하도록 하는 해빙기 유지관리 프로세스를 제시하고, 통합 매뉴얼을 개발하고자 함○ 본 연구 참여 기관은 국토교통과학기술진흥원의 건설기술연구사업 도심지 토사재해 연구단 과제 참여 및 국제협력 대상 기관으로, 본 연구 유사 핵심 기술을 보유하고 있어 연구 목표의 우수한 달성이 기대됨. 추후 본 연구 성과를 바탕으로 국토교통과학기술진흥원의 기술사업화 연구 제안을 추진하여 개발 기술의 사업화 및 시장 진출을 이룩할 계획임
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| 연구내용 및 범위 |
○ 최종목표 달성을 위한 4개 기관의 연구 주제와 연구 내용 및 범위는 다음과 같음1) 해빙기 비탈면 점검, 유지관리 프로세스 및 매뉴얼 개발 - 해빙기 비탈면 문제 사례 및 관련 문헌 조사와 해빙기 비탈면 점검 사례 분석을 통하여, 해빙기 취약 요소를 도출하고 점검 시기 및 수준에 적합한 점검 항목 선정 - 선정된 점검 항목을 토대로 시기 및 수준이 반영된 비탈면 체크리스트를 개발하고, 비탈면 상태에 대한 평가 기준을 제시 - 점검시기 및 수준, 위험성 평가, 모니터링에 대한 상호 연계와 개별 기준을 분석하여 해빙기 비탈면 유지관리 프로세스 개발 - Test Bed 적합 국내 비탈면을 조사하고, 도출된 해빙기 취약성을 내재하고 있는 Test Bed를 선정 - 국내외 Test Bed 검증과 전문가 의견 수렴을 통하여 연구 성과를 수정·보완하고, 각 핵심 연구성과를 통합하여 해빙기 비탈면 유지관리 매뉴얼을 개발2) 해빙기 비탈면의 정량적 위험도 평가 기법 개발 - 해빙기 위험성 평가 프로세스에 대한 연구 방법론 설정 - 암반 비탈면 붕괴를 유발하는 동결-융해 모델 정의동결 융해로 인한 사면붕괴 기전에 대한 연구 및 위험 인자를 탐색 - 위험인자의 불확실성의 정량적 평가 방법 및 확률적인 위험도 평가 기술의 개발 - 해빙기 사면 붕괴 위험도의 효율적인 평가를 위한 전략 제안 및 가이드라인 개발3) 사면보강물을 활용한 전기비저항 모니터링 및 해석 방안 - 기존 비탈면 보강물을 활용한 비탈면 전기비저항 측정 방법 고도화를 위해 전극의 활용 및 개발과 전기적 잡음 최소화 - 암반에서의 전기비저항 흐름과 풍화도 산정방법 연구를 통한 전기비저항과 풍화도 고찰 - 실내실험을 진행하여 Slake 분석과 데이터를 비교 및 보완하여, 풍화를 예측할 수 있는 지표 제안 - Arrhenius 방정식을 이용하여 활성화 에너지를 결정할 수 있는 방법을 제안하고 온도에 큰 영향을 받는 동결-융해 과정 분석4) 해빙기 비탈면 ICT기반 최적 원격모니터링시스템 개발 - 해빙기 비탈면 지반 인자 모니터링에 적합한 ICT 기반 실시간 원격모니터링시스템 설계 - 해빙기 일조량 조건을 고려하여 기존 모니터링시스템의 전원관리 기능을 최소화하는 소비전력 50% 절감의 프로토타입 시작품 제작 - 해빙기 비탈면에 대한 온도변화, 강우량 또는 비탈면내 함수율 변화에 의한 능동 트리거링 적용의 시스템 운영관리기법 개발 - 시스템 통합운영관리 프로그램 개발 및 전체 개발 기술의 테스트베드 적용을 통한 고도화와 현업화 실시
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