폐광산의 불연속 암반 붕괴에 따른 침하특성 연구

Abstract

국문요지

방치된 폐광산의 채굴적에 의한 지반침하는 주요 시설물의 안정성뿐만 아니라 주민들의 안전을 위협하고 있다. 따라서 지반침하가 우려되는 지역에 대한 지반 안정성조사의 수행이 필요하며 이를 이용한 지반침하 예측과 지중 관측을 통하여 위험시점을 파악하여야 한다. 지반침하에 의한 재해를 방지하기 위해서는 지반침하 예측 기법과 관측기법의 개발이 필요하다. 불연속면이 발달된 암반의 역학적 거동은 암반 자체의 역학적 특성보다는 불연속면의 특성에 의해 더 많은 영향을 받는다. 따라서 본 연구에서는 불연속면을 직접적으로 모사가 가능한 2차원 불연속체 해석을 활용하여 지표면의 침하 예측과 지중 암반의 거동을 확인하여 침하특성을 분석하였다. 또한 침하 이론과 연속체 해석을 활용하여 불연속체 해석과 함께 지표면 침하 예측결과를 비교 분석하였다. 지표면 침하 예측을 수행한 결과 지반이 약한 석탄광에서는 연속체 해석, 지반이 강한 금속광에서는 불연속체 해석, 최대 침하량에 있어서는 침하 이론이 실제 침하와 근접한 결과를 도출하였다. 지반침하 예측 시 다양한 예측 기법을 활용하면 예측의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 판단된다. 또한 불연속면을 반영하지 못하는 침하 이론과 불연속체 해석의 지표면 변형률 분석 결과 불연속면이 침하에 있어 중요한 인자임을 확인하였다. 변위에 대한 지중 관측을 수행한 결과 채굴적 하부보다 채굴적 상부가 평균 2.6배 큰 변위를 보였으며 변위의 경로를 통해 암반의 거동이 채굴적 방향으로 진행되는 것을 확인하였다. 이를 통해 채굴적 상부를 관측하는 것이 타당함을 확인하였고 변위 경로의 역 추적으로 침하 발생 위치를 예측할 수 있음을 확인하였다. 변형률에 대한 지중 관측을 수행한 결과 단일 채굴적에서 증가, 유지, 증가의 일정한 패턴을 보였으며 마지막 증가 시점에서 암반 붕락을 확인 할 수 있었다. 이를 활용하여 국내 폐광산의 침하 위험 시점을 판단할 수 있을 것으로 기대된다.

주요어: 지반침하, 불연속체 해석, 지중 관측, 침하특성