필댐의 상·하류측 압성토 보강 위치에 따른 변위기반 내진성능 비교

신상용; 하익수; 오이태

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저자정보: 신상용 (경남대학교) 하익수 (경남대학교) 오이태 (경남대학교)

저널정보: 한국지반공학회 한국지반공학회논문집 한국지반공학회논문집 제42권 제5호

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본 연구에서는 국내 저수지 단면을 활용하여, 등가정적 사면안정해석법에서 상류사면이 허용안전율을 만족하지 못하나 현장 여건상 상류측 직접 보강이 어려운 경우를 대상으로, 하류측 압성토의 내진보강 효과를 변위기반 평가를 통해 정량적으로 분석하였다. 높이 25.0 m의 중심코어형 필댐의 보강전 단면을 원형단면으로 하여 무보강, 상류측 압성토 및 하류측 압성토 보강단면을 구성하고, 두 보강단면에 동일한 쇄석재료 물성을 적용하였다. 정적 사면안정해석과 등가정적 사면안정해석에 의한 지진 시 사면안정해석을 수행한 후, 3가지의 입력지진파를 적용한 비선형 시간이력해석을 통해 정상부의 상류측, 중앙 및 하류측 지점에서 수평•연직 최대상대변위를 산정하였다. 보강 위치에 따른 효과는 각 지진파에서 정상부 세 지점 중 최대값을 선정한 후, 3가지 지진파에 대한 평균값으로 비교하였다. 해석결과, 상류측압성토는 취약한 상류사면의 등가정적 사면안정해석 안전율을 개선하였으나, 평균 최대 수평·연직 상대변위는 원형 대비 각각 7.5%와 25.1% 증가하였다. 하류측 압성토의 평균 최대 수평•연직 상대변위는 원형 대비 각각 5.2%와 2.8% 증가하였지만, 상류측 보강 대비 각각 2.2%와 17.8% 감소하였다. 상·하류측 보강단면의 해당 변위는 각각 2.172 cm와 2.217 cm로, 이를 기준여유고(본 연구에서는 댐높이의 1%인 25 cm로 설정)에서 차감하더라도 두 단면 모두 약 22.8 cm의 여유고가 남았다. 그러므로 본 해석조건에서 상류측 압성토는 상류사면의 활동안정성 개선에 효과적이었으며, 하류측 압성토는 상류측 보강보다 작은 평균 최대 수평·연직 상대변위를 나타내면서 설정한 기준 여유고를 유지하였다. 상·하류측 보강단면 간 변위응답의 비교 결과는 본 연구에서 적용한 3개 입력지진파의 평균응답을 기준으로 한 것이다. 하류측 보강 후에도 상류사면의 등가정적 사면안정해석법 안전율이 허용값에 미달하는 조건에서, 현장 여건상 상류측 직접 보강이 어려운 경우 하류측 압성토를 변위응답 및 여유고 유지 측면의 대안으로 검토할 수 있을 것으로 판단된다.

This study quantitatively evaluated the effectiveness of downstream buttressing as a seismic retrofit measure through a displacement-based assessment of a Korean reservoir dam. The study focused on an embankment dam whose upstream slope did not meet the required factor of safety in a pseudostatic slope stability analysis and for which direct upstream reinforcement was assumed to be impractical due to site constraints. Using the original cross-section of a 25.0-m-high central-core earthfill dam as the baseline, three configurations were considered: the original configuration without reinforcement, a configuration with upstream buttressing, and a configuration with downstream buttressing. Identical crushed-rock material properties were assigned to the upstream and downstream buttresses. Following static and pseudostatic slope stability analyses, nonlinear time-history analyses were performed using three input ground motions. Peak horizontal and vertical relative displacements were evaluated at the upstream edge, center, and downstream edge of the dam crest. For each ground motion, the maximum value among the three crest locations was selected for each displacement component, and the resulting values were averaged across the three ground motions to compare the effects of the reinforcement locations. The results showed that upstream buttressing improved the pseudostatic factor of safety of the vulnerable upstream slope; however, the mean peak horizontal and vertical relative displacements increased by 7.5% and 25.1%, respectively, compared with the original configuration. With downstream buttressing, the mean peak horizontal and vertical relative displacements increased by 5.2% and 2.8%, respectively, relative to the original configuration, but decreased by 2.2% and 17.8%, respectively, compared with upstream buttressing. The corresponding vertical displacements for the upstream- and downstream-buttressed configurations were 2.172 cm and 2.217 cm, respectively. Subtracting these displacements from the reference freeboard, which was set at 1% of the dam height (25 cm) in this study, left approximately 22.8 cm of freeboard in both configurations. Therefore, under the investigated conditions, upstream buttressing was effective in improving the sliding stability of the vulnerable upstream slope, whereas downstream buttressing resulted in smaller mean peak horizontal and vertical relative displacements than upstream buttressing while maintaining the adopted reference freeboard. These results indicate that, when direct upstream reinforcement is impractical due to site constraints, downstream buttressing may be considered an alternative in terms of displacement response and freeboard retention, even when the pseudostatic factor of safety of the upstream slope remains below the required value after downstream reinforcement.

#Crest displacement #Displacement-based seismic assessment #Fill dam #Upstream and Downstream buttress

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