최근 1995년 일본의 고베 및 1999년도에 터키와 대만 등지에서 일어난 강진으로 많은 사상자와 피해가 발생되었고 일본 및 대만의 경우 일부 댐의 피해가 발생되었다. 댐의 경우 지진 발생시 국부적인 구조물의 손상뿐만 아니라 주변 주거지역에 많은 인명피해를 유발하기 때문에 국내에서도 내진설계기준 강화 이전의 콘크리트 중력식 댐에 대한 내진 안전성 평가의 필요성을 인식하게 되었다. 본 연구에서는 미국, 일본 및 캐나다의 내진설계기준 및 안전성 평가기법을 분석하여 국내 실정에 적합한 내진 안전성 평가 지침을 마련하였다. 평가단계는 제3단계로 구성하였다. 제1단계는 기초 문헌자료를 이용한 내진 안전성 평가 필요여부를 구분하는 예비평가단계이며 제2단계 평가는 진도법을 적용한 유사정적해석을 수행하여 성능기준 만족여부를 판단한다. 제3단계 평가는 제2단계를 만족하지 못하였을 경우 대상구조물에 동적해석을 적용하여 정밀한 평가를 수행한 후 성능기준을 평가한다. 본 연구에서는 현재 국내에서 운영중인 콘크리트 중력식 댐을 선정하여 본 평가 방법을 적용하였다.

본 연구에서는 콘크리트 중력식 댐의 임계균열길이가 계산되었으며 또한 복합균열의 균열선단에서 유효응력 확대계수의 변화량이 조사되었다. 작용하중으로는 댐 상부면에 작용하는 정수압과 댐의 균열면에 작용하는 수압 및 자중으로 구성된 정하중, 그리고 댐 주위에서 발파작업이 수행되는 경우에 고려될 수 있는 발파진동 및 동수압으로 구성된 동하중이 사용되었다. 균열이 발생한 위치와 방향 및 발파진동의 크기에 따라 임계균열길이가 계산되었으며, 또한 복합균열의 형태 및 균열선단 간의 이격거리에 따른 유효응력확대계수의 변화량이 검토되었다.

콘크리트 중력댐 상부면의 균열에 작용하는 수압의 영향을 주로 고려하여 댐의 파괴거동을 조사하였다. 첫째, 표면적분법에 의하여 응력확대계수를 구하는 경우에 작용하는 수압의 형태를 등분포형태 외에, 삼각형 분포 및 포물선분포도 고려하여 보았다. 둘째, FRANC(FRacture Analysis Code)를 이용하여 균열면에 작용하는 수압의 형태에 따른 기존균열의 전파방향을 추적하였다. 셋째, 월류수위 아래에서 균열이 전파되지 않을 수 있는 한계균열길이를 수압의 분포형태에 따라 구분하여 구하여 보았다. 표면적분법으로 수압의 형태에 따라 응력확대계수를 구한 결과는 FRANC를 이용하여 얻어진 결과와 비교 되었으며 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다. 균열면에 작용하는 수압의 형태가 삼각형분포의 경우에 균열의 전파방향은 등분포의 경우에 비하여 댐의 기초쪽으로 기우는 것을 알 수 있었으며, 또한 월류수위 아래에서 한계균열길이는 댐높이의 대략 2/5-1/2되는 곳에서 최대가 됨을 알 수 있었다.

Failure risk investigation of any structure in a seismic zone can be done by the seismic probabilistic risk assessment (SPRA), which became a very attractive area of research in terms of safety measurement. This paper introduces such kind of concept to identify which magnitude in a specific seismic zone will contribute more vulnerable failure point in a structure. Here, for implement this idea a case study on a concrete gravity dam has been carried out. In order to make a correlation between the magnitude and failure risk contribution based on different damage stage, a combination of seismic hazard analysis and the probability of structural collapse is adopted. Therefore, the deaggregation of the mean annual frequency of failure risk by magnitude is used in this study to quantify four different limit stages of failure identification criteria. Consequently, from analyzing the result, in case of concrete gravity dam, this deaggregation approach shows the tensile crack in the base looks more vulnerable damage stage for the specific seismic zone.

In this study, perfectly matched discrete layers with analytical wavelengths is applied to concrete gravity dam analyses. The validation of the proposed procedure is made by comparing the results with a previous study and the results obtained from SASSI,

All over the world, concrete gravity dams have to withstand lots of environmental hazards and time-varying external loading during an earthquake. Therefore, the risk assessment of this structure with time may become an important study for the dam structure, which is related to the chemo-mechanical effect on the aging concrete. The focusing point of this study is to propose an earthquake assessment procedure to determine the failure probability with time of any concrete gravity dam for the future if we consider the material deterioration. This material decay is mainly associated with the modulus of elasticity of the concrete and it is explained briefly in the manuscript.

본 연구는 중력댐 하부에서, 침투류에 의한 양압력과 누수량을 산정을 위한 방법론 제시를 그 목적으로 한다. 이를 위하여, 유한차분법을 이용한 3차원 부정류 수치모형을 개발하였다. 개발된 모형은 비균질 매체에서 Darcy 방정식을 만족하는 포화흐름을 모의할 수 있다. 모형의 검증을 위하여 우물이 있는 대수층에서 질량 이동을 산출하였고, mass balance 오차는 3%를 상회하지 않는 것이 확인되었다. 개발된 모형을 이용하여 중력댐 하부 대수층에서, 차수벽과 배수공의 존재에 의한 양압력과 누수량의 변화를 산출하였다. 유선망 방법과 비교한 양압력은 서로 유사한 결과를 나타내었으며, heel에서 toe까지의 양압력은 선형적인 분포를 보인다. 차수벽의 길이가 증가함에 따라서 heel에서의 양압력 강도는 선형적으로 감소하지만, 대수층을 통과하는 누수량은 비선형적으로 감소한다. 또한, 댐 설계 기준에서 제시되는 양압력 계산 공식의 계수들을 분석한 결과, 감소계수 α = 1/3 은 차수벽의 길이가 전체 대수층 높이의 약 70%일 경우에 해당하는 값으로 산출되었다. 배수공 주위에서 양압력은 연직 혹은 수평방향으로 급격한 곡률을 나타낸다. 본 연구에서 개발된 수치모형은 중력댐 설계에서 하부 침투류에 의한 영향, 특히 비균질성을 반영하여 양압력과 누수량을 평가하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.