지진에 대한 댐의 안정성 평가 방법 Korea Institute of Water and Environment

부안댐의 동적 거동 특성 평가 Korea Institute of Water and Environment 부안댐의 지진하중에 대한 안정성을 평가하기 위하여 장주기 주파수 특성이 탁월한 Hachinohe 지진파와 단주기 특성이 탁월한 Ofunato 지진파를 규모 조정한 실 지진파와 설계 응답스펙트럼에 잘 부합되도록 작성한 인공지진파를 해석 시 입력파로 사용하였으며, 범용 지반 해석 프로그램인 QUAKE/W를 이용하여 부안댐 대표단면에 대해 지진응답 거동해석을 수행함. Korea Institute of Water and Environment

부안댐 단면도 Korea Institute of Water and Environment

CFRD의 장점 Korea Institute of Water and Environment * 축조 재료원의 구입이 용이하여 경제적임 * 축조 시 기상의 영향을 비교적 적게 받아 필댐 보다 공기상 비교적 유리함 * 큰 입경의 암석재료로 축조되므로 파이핑 등 누수에 대해 저항력이 우수함 * 필댐에 비해 사면경사를 비교적 급하게 할 수 있어 재료의 감소가 가능 * 암석재료이므로 제체에 간극수압이 작용하지 않고 축조 중 함수비 조정이 거의 필요 없음 * 차수벽의 균열과 균열부위를 통한 누수가 있더라도 표면부에 국한되어 보수가 용이함 * 지진 시 제체 내부에 간극수압이 걸릴 수 없는 구조이므로 유효응력의 감소가 없으며 주 축조 재료인 대형암석의 엇물림 작용으로 지진에 대한 안정성이 비교적 높음 * 지진동으로 차수벽에 균열이 발생하더라도 차수벽의 균열부를 통과한 물은 적절한 입도 및 투수성을 확보한 지지죤과 암석죤을 통해 안전하게 통과 되므로 전체적인 안전성 유지 가능 * 차수벽 누수로 인한 부분적인 제체의 세굴이 있더라도 침식이 완만하여 댐체의 급격한 붕괴 가 초래될 위험이 적고 부분적 보수를 신속히 할 수 있음 Korea Institute of Water and Environment

국내의 CFRD 현황 (11/17) Korea Institute of Water and Environment 댐 명 수 계 하 천 명 댐 높이 댐 길이 댐 체적 관리자 준공년도 비고 동복 섬진강 동복천 44.7 188.1 420 광주광역시 1985 평화1 한강 북한강 80 410 2,413 수자원공사 1988 평화2 125 601 4,904 2005 부안 직소천 50 282 614 1996 밀양 낙동강 단장천 89 535 3,943 2001 남강 34 1,126 1,280 산청상부 무명천 90.8 360 2,165 한국동서발전 산청하부 내대천 70.9 286.1 1,690 용담 금강 70 498 2,198 대곡 태화강 대곡천 52 190 470 2004 탐진 탐진강 53 403 1,506 양양상부 방대천 95.5 1,398 한국중부발전 2006 시공 중 청송상부 길안천 97 430 2,189 한국서부발전 청송하부 용전천 52.5 270 725 화북 위천 48 395 950 2009 설계완료 예천상부 금곡천 79 740 1,900 한국남동발전 예천하부 용두천 65 1,590 Korea Institute of Water and Environment

국외 연구동향 (1) Korea Institute of Water and Environment Bastyan Dam, H=75m, 1983, Australia (Journal of GGE, ASCE after Gaven Huter & Robin Fell, 2003) (Water Power & Dam Construction after J. B. Cooke, 1991) Korea Institute of Water and Environment

국외 연구동향 (2) Korea Institute of Water and Environment Foz do Areia Dam, H=160m, Brazil, 1980 Ita Dam, H=125m, Brazil, 2000 (Hydropower & Dams, after J. B. Cooke, 1998) (Hydropower & Dams, after Humes C. & Mauro V., 2002) after P. Anthiniac, 2002) Machadinho Dam, H=126m, 2001 (Hydropower & Dams, Korea Institute of Water and Environment

국외 연구동향 (3) Korea Institute of Water and Environment Rama Dam, H=110m, Yugoslavia, 1967 ASCE, after Gilles Bureau et. al., 1985) after Nasim Uddin et. al., 1995) (Proc. of CFRDs-Design, Construction, (Journal of Geotechnical Engineering Korea Institute of Water and Environment

국외 연구동향 (4) Korea Institute of Water and Environment (Proc. of CFRDs-Design & Construction, ASCE, after Bolton Seed et. al., 1985) Korea Institute of Water and Environment

국외 연구동향 (5) Korea Institute of Water and Environment (Dam Engineering, after Ghanooni Mahadadi et. al., 2004) Narmashir Dam, H=115, Iran Korea Institute of Water and Environment

부안댐의 설계 지진계수 Korea Institute of Water and Environment 지진구역 구분 구역계수(Ⅰ) 위험도 계수 (1000년빈도) 설계지진계수 (g) 비 고 B댐 전라북도 0.11 1.4 0.154 Korea Institute of Water and Environment

입력지진파(Ofunato, 단주기) Korea Institute of Water and Environment

입력지진파(Hachinohe, 장주기) Korea Institute of Water and Environment

입력지진파(인공지진파) Korea Institute of Water and Environment

부안댐의 동적해석에 사용된 지반물성치 Korea Institute of Water and Environment rd (t/m3) K(t/m2) n v h(%) Bedding 2.1 715 0.24 0.36 0.05 Transition Graded Rock Fill 2.0 712 0.533 0.32 Rock Fill 1.9 706 0.34 Base Rock 2.2 1750 0.5 0.42 Impervious 1.8 300 0.6 0.18 Korea Institute of Water and Environment

Hachinohe파 입력 후 수직응력 분포 Korea Institute of Water and Environment

Ofunato파 입력 후 수직응력 분포 Korea Institute of Water and Environment

인공지진파 입력 후 수직응력 분포 Korea Institute of Water and Environment

Hachinohe파 입력 후 전단응력 분포 Korea Institute of Water and Environment

Ofunato파 입력 후 전단응력 분포 Korea Institute of Water and Environment

인공지진파 입력 후 전단응력 분포 Korea Institute of Water and Environment

Hachinohe파 입력 후 변형양상 Korea Institute of Water and Environment

Ofunato파 입력 후 변형 양상 Korea Institute of Water and Environment

인공지진파 입력 후 변형 양상 Korea Institute of Water and Environment

댐 정상부의 횡방향 변위(Hachinohe파) Korea Institute of Water and Environment

댐 정상부의 횡방향 변위(Ofunato파) Korea Institute of Water and Environment

댐 정상부의 횡방향 변위(인공지진파) Korea Institute of Water and Environment

댐 정상부에서의 횡방향 및 연직방향 최대변위 Korea Institute of Water and Environment 지진파 댐 정상부에서의 횡방향 및 연직방향 최대변위 지진파 횡방향 최대변위(cm) 최대 침하량 (cm) Hachinohe 23.0 0.73 Ofunato 5.92 0.60 인공지진 8.52 Korea Institute of Water and Environment

부안댐의 가속도 증폭 특성 Korea Institute of Water and Environment

고 찰 지진하중에 의한 댐 정상부의 변형은 연직방향 변형 보다 횡방향 변형이 우세한 특성을 보임. 동적해석 결과 장주기, 단주기, 인공지진파를 입력하중으로 사용한 경우에 횡방향 최대 변형율이 각각 댐 전체 높이의 0.46%, 0.12%, 0.17%에 해당되는 값으로 기준값 1%보다 훨씬 작은 값으로 나타나, 동적안정성을 확보한 것으로 판단됨. 장주기, 단주기, 인공지진파 모두 댐 정상부로 갈수록 증폭되는 특성을 확인할 수 있고, 댐 높이의 3/5이상에서 크게 증폭되기 시작하는 공통점을 확인함. Korea Institute of Water and Environment

지진시 Rockfill Dam의 거동 사례 Korea Institute of Water and Environment 댐명(국가) <완성년도> 댐 형식 높이(m) 댐경사도 (수직수평) 지진 발생 년도 규모 진앙 거리 (km) 최대지진가속도 (g) 정부침하 및 변위 (cm) 상류 하류 정부 기초 침하 변위 Malpasso(페루) <1936> 비다짐 락필댐 78 0.5 1.33 1938 Ⅵ (진도) - 0.1 7.6 5.1 Morena(미국) <1895> 50 1.3 1940 Ⅴ 0.02 Cogoti(칠레) <1939> CFRD 84 1.6 1.8 1943 8.3 16 0.2 38.1 Pinzanes(멕시코) <1956> 67 1.2 1957 7.5 0.05 Miboro(일본) <1964> 경사심벽형 131 2.5 1.75 1961 7.0 3.0 5.0 Minase(일본) 66.5 1.35 2.0 1964 0.08 6.1 4.0 Kuzuryu(일본) <1968> 128 2.6 6.6 40 0.04 Kisenyama(일본) ECRD 95 2.2 1969 6.8 Oroville(미국) RCD 235 2.75 1975 5.7 6.9 0.12 0.9 Tarumizu(일본) <1976> 43 3.7 2.4 1978 7.4 100 0.24 0.36 El Infiernillo(멕시코) 148 1979 110 0.35 13.0 4.5 La Villeta(멕시코) <1967> 60 Anderson(미국) <1950> 72 1984 6.2 0.41 0.63 1.5 Korea Institute of Water and Environment

결 론 Korea Institute of Water and Environment 결 론 본 연구는 부안댐의 지진응답 거동분석을 위한 것으로서 주로 응력, 변위, 가속도 증폭 특성에 초점을 맞추어 평가하였으며, 연구 내용을 요약하면 다음과 같음. 1) Hachinohe, Ofunato, 인공지진파를 입력하중으로 사용한 경우에 횡방향의 최대변위가 각각 23cm, 5.92cm, 8.52cm로 나왔는데, 이는 댐 전체 높이의 0.46%, 0.12%, 0.17%에 해당되는 값으로 기준값 1%보다 훨씬 작은 값으로 나타나, 부안댐은 동적 안정성을 확보한 것으로 판단됨. 2) 지진하중에 의한 변형특성 중 댐의 안정성을 평가하는 기준에는 지진하중에 의한 연직변위로 인한 월류 가능성을 평가하는 것인데, 마찬가지로 정적하중과 동적하중을 모두 겪은 후의 연직변위도 Hachinohe, Ofunato, 인공지진파를 입력하중으로 사용한 경우에 침하가 각각 0.73cm, 0.6cm, 0.6cm로 댐 높이의 0.0146%, 0.012%, 0.012%에 해당되어, 댐체 높이가 50m이고 계획홍수위가 43.8m인 점을 감안할 때 <기존댐의 내진성능 평가 및 향상요령, 2004>의 지진 시 댐체 높이의 1% 침하기준을 만족하는 것으로 나타남. 3) 댐체 내 깊이별 가속도의 증폭특성 분석결과, 3가지 지진파 모두에 대해 입력가속도는 댐 정상부로 갈수록 증폭(2.1∼3.2배)되는 특성을 가짐을 확인할 수 있었고 특히 모든 파형에 대해 댐높이 27m(댐 높이의 3/5) 이상에서 크게 증폭되기 시작하는 공통점을 확인함. Korea Institute of Water and Environment