Newmark-type deformation analysis has rarely been done in Korea due to the popularity of simple pseudo-static limit equilibrium analysis and detailed time-history FE/FD dynamic analysis. However, the Korean seismic dam design code updated in 2011 prescribes Newmark-type deformation analysis as a major dynamic analysis method for the seismic evaluation of fill dams. In addition, a design PGA for dynamic analysis is significantly increased in the code. This paper aims to study the seismic evaluation of four existing large fill dams through advanced FEM/Newmark-type deformation analyses for the artificial earthquake time histories with the design PGA of 0.22g. Dynamic soil properties obtained from in-situ geo-physical surveys are applied as input parameters. For the FEM/Newmark analyses, sensitivity analyses are performed to study the effects of input PGA and Gmax of shell zone on the Newmark deformation. As a result, in terms of deformation, four fill dams are proved to be reasonably safe under the PGA of 0.22g with yield coefficients of 0.136 to 0.187, which are highly resistant for extreme events. Sensitivity analysis as a function of PGA shows that PGA30cm (a limiting PGA to cause the 30 cm of Newmark permanent displacement on the critical slip surface) is a good indicator for seismic safety check. CFRD shows a higher seismic resistance than ECRD. Another sensitivity analysis shows that Gmax per depth does not significantly affect the site response characteristics, however lower Gmax profile causes larger Newmark deformation. Through this study, it is proved that the amplification of ground motion within the sliding mass and the location of critical slip surface are the dominant factors governing permanent displacements.

현행 국내 내진 성능 평가 기준에서 사용하고 있는 필댐의 동적 상세 해석에 대한 안전성 평가 기준은 지진 하중 조건에 의해 발생되는 댐마루 연직방향, 횡방향 최대 변위가 정적하중에 의한 변위를 포함하여 제체 높이의 1% 이하로 규정하고 있다. 그러나 이는 이론적 근거가 부족하여, 평가 기준에 대한 합리성 검토가 필요하다. 중약진 지역에 속하는 국내 지진학적 특성상 지진시 댐 계측 데이터로 근거를 마련하기가 어려운 실정으로, 본 연구에서는 국외 계측 데이터 D/B 등 다양한 자료를 바탕으로 안전성 평가 기준을 검토하였다. 추가적으로 원심모형시험과 수치해석을 함께 수행하여, 변형 기준을 검토하였다. 또한, 수치시뮬레이션을 통하여 매개 변수 분석을 수행하고, 댐체의 횡방향 변위와 침하에 대한 영향을 분석하고 변형 기준과 비교, 검토하였다.

본 연구에서는, 필댐 사력죤의 전단파속도 특성을 분석하고자 하였으며, 필댐 사력죤의 특성상 주로 표면에서 비파괴적으로 수행되는 표면파 탐사 기법을 적용하여 전단파속도를 도출 하였다. 대표적 표면파 기법인 SASW기법과 새롭게 개발된 HWAW 기법을 이용하여 6개댐 사력죤에서 시험을 통해 심도별 전단파속도와 구속압에 따른 전단파속도를 산정하고 그 결과를 기존에 많이 사용되었던 Sawada와 Takahashi의 결과와 비교 분석하였다.

지진 시 필댐에 손상이 발생하는 경우, 심각한 인명 및 경제적 피해를 유발할 수 있으므로 이의 안정성 평가는 중요하다. 필댐의 손상은 일반적으로 수치해석으로 계산된 침하량으로 평가된다. 하지만 수치해석모델을 내진성능평가에 활용하기 위해서는 선제적으로 수치모델의 검증이 필요한다. 본 연구에서는 필댐의 계측기록과 동적 해석결과를 비교하여 수치모델의 정확성을 평가하였다. 비교 결과, 수치해석은 필댐의 동적응답을 정확하게 예측하는 것으로 나타났다. 따라서 수치해석은 필댐의 내진성능평가에 활용 가능한 것으로 평가된다.

This study compared the result applying two analysis methods based on Newmark Sliding Block theory to calculate permanent displacement that is an estimating factor for seismic safety of Fill Dam. It was analyzed FEM numerical coupled-analysis and Makdisi-Seed method. The permanent displacement for the body of dam during earthquake indicated similar displacements with each of them at the same seismic load.

Recently, risk analysis of the fill dam has been many studies. The geotechnical characteristics are an important part of the risk analysis, and has a variety of causes failures. Geotechnical characteristics of fill dam is divided into structural and physical characteristics. In domestic, failure mechanism for risk analysis may consider six types.

지반구조물의 동적특성은 미소변형률 수준에서의 변형계수나 이를 결정하기 위한 전단파속도나 압축파속도와 같은 물리적 의미의 체적파속도로 대표되며, 지진과 같은 동적 조건뿐만 아니라 공용상태의 정적 조건의 상태 또는 안정성 평가 과정에서의 중요한 변수이다. 특히, 이러한 체적파속도는 대상 지반 또는 지반구조물에서의 시추공 탄성파시험 수행을 통해 보다 신뢰성 높게 획득할 수 있다. 본 연구에서는 필댐 안정성 평가의 정량적 지표인 댐체 및 기초부의 동적 특성을 결정하기 위한 기법으로 현장 다운홀 탄성파 시험을 수행하고자 하였다. 댐 대상의 다운홀 시험은 추가적인 시추를 통해 시험공을 형성하여 실시하고, 일반적으로 시험 종류 후 시험공을 폐공한다. 이에 기존 댐 대상의 다운홀 시험 과정에 비해 경제적일 뿐만 아니라 댐에 대한 지속적이고 정기적인 동적 특성 평가가 가능한 기법으로서, 지하수위 관측공에 적합한 수진기를 활용한 다운홀 시험을 중심코어형 사력댐을 대상으로 실시하여 댐체와 기초 지반의 전단파속도를 평가하였다. 현장에서의 다운홀 시험은 지하수위 관측공의 초기 설치시 관측공과 지반의 접촉 불량 및 유지 관리 부실로 인해 일부 지하수위 관측공에서는 시험이 성공하지 못하였지만, 관측공 상태가 양호한 경우 깊이별 전단파속도 분포를 용이하게 결정할 수 있었다. 따라서 지하수위 관측공의 설치 및 유지 관리가 적절할 경우 다운홀 탄성파시험을 통해 필댐에 대한 지속적인 동적 특성 결정이 가능하고, 이로부터 중장기적인 안정성 평가와 관련 대책을 수립할 수 있을 것으로 판단된다.

While construction of dams have provided a solution for the depletion of fresh water which has brought up a demand for the storage capacity of such structures, On the other hand, dam failures cause serious damages to human lives and properties. Most studies for the stability analysis of dams have been performed by 2-dimensional modelling, which cannot take into account for various up/downstream shapes and boundary conditions related to various geological conditions. Considering such circumstances, 3-dimensional FEM analysis has tremendous advantages compared to 2-dimensional analysis because 3-dimensional modelling can catch the stress-strain behavior of dam more accurately.