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연구과제명 기후변화 적응형 지반구조물 설계 기술 개발 
성명 이준환  소속 연세대학교 
E-mail  
연구실명 지반공학연구실  연구실홈페이지 http://web.yonsei.ac.kr/geotech 
구분 제 2 총괄  2 세부 

연구의 당위성 및 필요

  • 전 지구적 온난화 현상, 강수량증가 및 해수면증가 등으로 대변되는 기후변화는 국내 지반구조물의 안전성 및 사용성에 치명적인 영향을 끼칠 수 있음.

  • 국내 지리적 특성상 하천 및 연안지역을 중심으로 형성된 개발권은 각종 관광, 산업시설들의 밀집은 물론 국가 중요 인프라 산업들의 거점기지로써, 이에 대한 손상은 사회경제적으로 막대한 영향을 미치게 되며, 기후변화 관련, 구조물의 안정성 보장을 위한 기술개발은 향후 녹색성장을 위한 필수 아이템임.

  • 집중호우 및 연강수량의 증가는 지하수위의 급작스런 변화를 야기하며 온난화에 따른 해수면의 상승현상은 도심 및 연안지역에 분포하는 각종 구조물의 지지층 약화, 기초 지지력감소, 성능저하 및 침강 문제 등의 심각한 문제를 유발시키며, 이와 관련된 요소설계기술은 필히 마련되어야하는 핵심 기술 분야임.

  • 지반공학적인 측면에서 지반구조물를 지지하고 있는 하부지반은 하천수위 혹은 지하수위 변동에 매우 민감하며, 장․단기적 변동량을 고려한 적응형 설계기술과 지지성능 평가기술은 수리학적인 특성과 역학적 특성이 동시에 고려되어야 하므로 전문적인 연구개발이 필수적인 분야임.

  • 해수면 상승에 의한 염해영향 연구는 지반입자의 간극 및 투수특성 등 지반공학적 요소가 고려되어야 실질적 영향분석이 가능하며, 국내 지반조건을 고려한 염해영향 연구는 향후 해수면 상승과 관련되어 연안환경보존과 식생유지를 위해 매우 중요함. 

국내외 연구현황 및 한계점

  • 기후변화에 따른 지반구조물 및 설계기술에 관한 연구는 5MW급 대규모 해상풍력기초 및 대구경 기초공법 개발과 같은 대응형 연구가 주를 이루어 왔음.

  • 지하수위 변동 및 온난화에 따른 해수면 상승과 관련된 지반공학적 연구는 연도별 추이 분석 등 시간개념의 현상학적 연구에 치중되어 왔음.

  • 기후변화 관련 지반공학적 국외 연구는 주로 지하수위 상승에 따른 오염물질의 확산 및 집중호우에 의한 사면파과와 관련된 연구가 진행되어 왔음.

  • Yasuhara 등(2007)은 지구 온난화와 관련된 지반공학적 포괄적 연구를 진행한 바 있으나, 대부분 재해 상황과 관련되어 있으며, 기후변화 관련 지반공학적 연구의 대부분은 재난대처를 위한 대응적 연구이며, 설계기반의 적응형 연구는 미흡함.


  • 연안권과 하천인근 구조물의 경우, 해수면 및 지하수 변동에 따른 실질적 영향인자가 고려되어 있지 않음.

  • 슈퍼태풍의 발생 등 극한기후 양상은 해일의 가능성을 높이고 있으나, 해양/항만적 측면 외에 연안 구조물에 대한 실질적 안정성에 관한 연구는 매우 미흡함.

  • 해수면 상승에 대한 현상학적 분석이외에 염분침투와 지하수오염에 따른 피해영역분석과 지반특성과 관련된 정량적 연구가 매우 미흡함.

차별성

  • 기존 대응형 연구와 차별되게 강수량 변화, 극한기온 발생, 해수면 변동 등의 기후변화 요소가 직접적으로 고려되어 차세대 지반구조물설계 기술을 개발함.

  • 지반 함수량의 변동, 극한 기온의 유동성에 따른 동결-융해 영향 등 지반요소의 근본적 변화요소 도출을 연구내용에 포함함.

  • 도심 및 연안지역의 지반구조물을 대상으로 하여 기후변화 요소가 고려된 성능평가 및 설계기술을 개발함.

  • 해수면 상승에 따른 국내 연안지역의 지반공학적 염해영향 평가 및 확산모델을 제시함.

연구과제 추진방법 및 추진체계

  • 본 연구에서는 제 1 총괄과제와의 연계를 통해 장단기적인 기후변화에 따른 지반의 물리역학적 특성변화를 조사, 분석, 평가하며, 도심 및 연안지역에 위치한 구조물기초의 성능평가 및 설계기술을 개발함. 해수면 상승과 관련된 염해 영향평가를 수행하며, 지반 샘플링을 통한 실험적 연구와 확산 모델링을 통한 해석적 연구를 병행하고자 함.

     
    • 기후변화 적응형 도심지역 구조물기초 설계기술 개발 
      • 실내시험 및 샘플링을 통한 강수특성에 근거한 지반의 동결-융해 해석기법 개발. 
      • 환경인자 및 지반조건에 따른 지하수위 변동 분석하며, 기후영향인자를 고려하기 위한 수치해석 모델링 기법을 개발함. 
      • 개발된 수치해석 모델을 이용하여 다양한 시나리오를 기반으로 구조물기초 거동을 분석하며 성능변화 특성을 도출함.

    • 기후변화 적응형 연안지역 구조물기초 설계기법 개발 
      • 해일발생 시나리오를 기반으로 빈도 및 규모를 분석하며 등가 구조물하중 분석을 실시함. 
      • 정적, 동적 수위변화를 고려함으로써 지반영향을 고려한 지지성능 평가를 수행 
      • 수평 및 연직 성능 분석을 동시에 실시함으로써 구조물기초의 설계기준을 수립함.

    • 해수면 상승에 따른 연안지역 지반염해 분석 및 평가법 개발 
      • 염해확산 분석을 위한 침투 해석 모델을 조사, 분석하여 영향평가 모델을 개발함. 
      • 지반조건에 따른 염해영향 분석을 위해 실제 샘플링을 실시하며, 간극특성 및 침투특성을 고려한 지반공학적 염해 영향평가를 실시함. 
      • 식생분포 등을 고려함으로써 장기적 염해평가를 수행함.


 

                                                    <연구추진체계(제 2 총괄 2 세부)>


기대효과

  • 본 연구과제의 성과는 기후변동에 대한 지반평가 요소기술 및 설계 적용 지반특성 자료로써 활용
  • 지반특성에 따른 기후변동 인자들을 고려한 설계기법 활용을 통해 실질적인 설계 단계에서의 활용
  • 본 연구에서 제안된 평가기법을 활용하여 기후변동에 따른 주요 핵심 산업 시설들의 안전성 및 사용성 기반의 성능평가 수행
  • 기후변화를 고려한 지반의 역학적, 화학적 평가 예측법을 활용하여 장기적인 국내 기후변동에 따른 다양한 구조물들의 안전성 평가 수행
  • 국내 지반특성을 고려한 기초구조물의 위험도 평가 및 적응형 설계법 개발
  • 지하수위 변동 및 간극수압 발현 특성을 고려한 지반조사 해석기술 개발
  • 기후 변동에 따른 국가 중요 인프라 산업 생산 시설의 안정성 확보를 통한 국가 경쟁력 강화
  • 다양한 지반조건에서의 염해 발생 방지를 통한 경제적 효과 
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