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지반조사

그림 1. 연안 사석침하량 조사기법 개발.

2000년 경 국내 연안에는 대규모 매립단지 조성공사가 곳곳에서 진행(부산 신항만 , 평택항, 광양항 등)되고 있으며 이를 위해 우선 매립지 경계면(예: 외곽 호안 경 계)에 사석이 투하된다. 여기서 관심의 초점이 되고 있는 것은 무엇보다 해성점토 에 강제 치환된 사석 층의 경계면이다. 이러한 상황 하에서 사석층 경계면에 대한 정확한 규명은 그에 따른 학문적인 성과는 차지하더라도 우선 매립지역의 광활함에 비추어 작업 대가에 대한 공정성을 기할 수 있는 바람직한 근거가 되는 것이다.

이를 위해 탄성파를 이용한 정밀 탐사 기법(탄성파 토모그래피와 텔레뷰어의 병합 기술)의 기능을 극대화하여 상기 사석층에 대한 총체적인 정보(예: 사석층 경계면, 사석층 내부구조, S.C.P. 구조 등)를 얻을 수 있는 소위 사석침하량 조사기법을 개 발하게 되었다. 위 그림은 시추공 B10-B11-B12-B13 단면에 대한 토모그램(역산 기법 SIRT 5 Iteration)을 예시하고 있다. 이것은 5개의 토모그램 즉, 시추공 B10-B11단면, 시추공 B11-B12단면, 시추공 B12-B13 단면, 시추공 B10의 VSP 단면, 시추공 B13의 VSP 단면에 대한 토모그램을 병합하여 나타낸 결과에 해당한 다. 일별하여 비록 미소한 토모그램 왜곡이 부분적으로 관찰되고 있으나 전체적으로 는 사석침하 상태가 훌륭하게 재현되고 있음을 볼 수 있다.

 그림 2. 절리구조 3차원 입체 영상화 기법. 

초음파를 이용하여 시추공 공벽을 스캐닝 하여 얻게 된 텔레뷰어 자료(진폭 및 주시 이미지)에는 절리 및 암반강도 관련 다양한 정보가 담겨있다. 여기서 이어지는 심도별 원위치 암석강도 자동 산출, 원위치 절리 거칠기 자동 산출, 절리틈새 크기 자동 산출 등은 그들의 정확성 및 객관성에 비추어 어느 물리탐사 기법으로도 다다를 수 없는 결과가 된다. 나아가서 이들을 바탕으로 이룩한 절리구조 3차원 입체화 실현은 무엇보다 임의 방향의 절리 face mapping 미리보기나 지하수 유동 경로 추적을 가능하게 하여 이전 보다는 크게 차별화되는 결실을 낳게 하였다.

환언하면 단 한차례의 탐사(텔레뷰어)로부터 시작하여 일련의 전산처리 알고리듬에 의해 절리 및 암반에 대한 총체적인 정보를 취득하는 기술은 무엇보다 지반조사 분야에서 정확성, 객관성 및 경제성에 비추어 향후 하나의 새로운 기준이 될 것으로 본다. 지상에는 지금까지 막대한 예산으로 사물에 대한 정보 DB화를 구축하고 있다면 지하에는 우선 지반에 대한 3차원 절리구조 입체화로 시작하는 것이 바람직하다. 지하 구조물(지하철, 지하고속도로 등)의 안전상태, 지하수 관리 및 싱크홀 예보를 위한 기본 자료가 여기서 얻을 수 있기 때문이다.

위 그림은 탐사 시추공 주위 선정한 지표면 90m×90m, 심도 100m의 직사면체 지반에 대한 소위 절리밀도 3차원 분포를 나타내고 있다. 일별하여 절리구조가 훌륭하게 재현되고 있음을 볼 수 있다. 여기서 푸른 색깔은 상대적으로 높은 절리밀도를 나타내며 이곳에는 전단력이 크게 잃게 되고 동시에 지하수 유동의 주요 통로가 되는 것이다. 한편 붉은 색깔이 지배적인 셀은 그곳으로 절리가 지나가지 않았거나 혹은 미약한 절리가 관통된 경우이기 때문에 대체로 경암으로 간주될 수 있다. 따라서 물이 흐르는 방향 및 지반의 취약부분에 대한 정보가 여기서 쉽게 인식되고 있다. 물론 텔레뷰어 자료로부터 암석강도도 자동으로 산출될 수 있기 때문에 그 결과를 여기에 반영될 수 있다.