발파진동의 전파특성

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-Table 3.2 Reference value of acceleration level(^A) depending on the frequency range(광해관리공단, 2008)

A_ Frequency

^f

 × ^{ } ms^  ≤ f   Hz

^{ } ms^  ≤ f   Hz

 f × ^{ } ms^  ≤ f   Hz

이론적으로 진동속도의 최대치(PPV)와 진동레벨(VL)의 관계는 8 Hz 이상의 주파수에 대해 연속적인 정현 파형을 가정하어 유도하면 다음 식 (3.10)과 같은 관계가 성립한다.

V L   log P P V    (3.10)

위 식에서 VL은 진동레벨(dB(V)), PPV는 최대진동속도(㎝/s)이다. 만일 위의 식을 발 파진동에 적용한다면 최대진동속도를 측정함으로서 진동레벨을 예측할 수 있으며, 또 그 반대로 가능하므로 진동계측 시 진동속도 또는 진동레벨 중에서 어느 한쪽만 측정해도 되겠지만 발파진동과 같은 일회적인 충격파형에 대해서는 두 평가법의 상호관계를 일의 적으로 결정하기는 어렵다고 본다(광해관리공단, 2008).

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-②. 발파조건

․사용폭약의 종류

․장약량

․기폭방법

․폭원과 대상지역까지의 거리 등이다.

상기 중 발파조건에 열거된 항목들은 조절 가능한 인자이나 ‘입지조건’에 열거된 것들 은 조절이 불가능한 인자에 속하는 것으로써, 발파진동의 영향을 최소한으로 낮춘다는 것은 조절 가능한 발파조건의 인자들을 잘 파악하여 이를 적극적으로 활용하는 것이라고 말할 수 있다. Table 3.3은 발파진동의 변수에 대한 영향을 미치는 정도를 나타내었다.

Table 3.3 Parameters which influence ground motion(광해관리공단, 2008)

Parameter Items

Influence on ground motion Significant Moderately

significant Insignificant

Controllable parameters

A. Delay interval ○

B. Charge weight per delay ○

C. Explosives type ○

D. Burden and spacing ○

E. Hole diameter and drilling angle ○

F. Stemming ○

G. Direction of initiation ○

H. Charge weight per blasting ○

Uncontrollable parameters

A. Distance of blast site and structure ○

B. Geography ○

C. Soil type and layer depth ○

D. Rock condition ○

E. Atmospheric condition ○

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-상기 ‘발파조건’에서 열거한 바와 같이 여러 개의 인자가 발파진동의 영향 정도를 결정 하지만, 그 중에서 장약량과 폭원으로부터 대상지역까지의 거리가 가장 중요한 영향인자 로 꼽을 수 있다. 이들 두 인자 사이에는 다른 인자들보다 비교적 뚜렷한 함수관계를 보 인다. 즉, 발파진동을 예측하기 위해서는 열거한 인자들이 모두 고려되어야 하겠지만, 진 동치 예측에 관한한 장약량과 거리가 가장 중요한 변수라고 할 수 있다. 따라서 발파진 동을 제어하기 위해서는 발파지역 주변의 구조물의 현황과 상태, 그리고 인체에 미치는 감응정도 등을 파악하여 발생하지 않는 진동허용 기준치를 설정한 다음, 거리에 따라 지 발당 장약량에 대한 규제를 두는 것이 가장 합리적이다(광해관리공단, 2008).

(2) 매질에 의한 전파특성

서로 다른 물리적 특성을 가진 두 매질이 서로 접해있고 각 매질이 균질한 매질이라고 가정할 경우, 하나의 매질을 통해 전파되던 평면파가 다른 매질을 만나게 되면 두 매질 의 밀도와 음속 그리고 파의 입사각도 등에 따라 입사되는 파의 전체가 반사 또는 투과 되거나, 부분적으로 투과되는 현상을 보인다.

실제 자연에서 볼 수 있는 다른 매질간의 경계를 이루고 있는 대표적인 형태는 대기 중 공기와 물, 공기와 콘크리트 또는 지반이나 고체매질, 지반과 물 등의 경계조건을 들 수 있다.

_  __ _  __

_^{    }

^{    }

_^{    }

Figure. 3.1 Reflection and transmission of plane sound wave normally incident on the plane interface of medium(박진형, 2009)

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-Figure 3.1은 복소음압과 수직입자속도의 비로 정의되는 고유 음향임피던스 Zs(Zs=(p/v)surface) 가 다른 무한히 두꺼운 두 매질이 접해있을 때 수직 입사되는 평면파가 매질 경계면(표 면)에서 파의 반사 및 투과형태를 보인 것이다.

경계면에서 수직으로 입사되는 파동의 입사파와 반사, 투과파의 압력과 입자속도 관계 식 (3.11)은 다음과 같이 표현할 수 있다(박진형, 2009).

P_{i n c}  P_{r e f}  P_{tr an }

v_{i n c}  v_{r e f}  v_{tr an } (3.11)

여기서, 각 파의 입자속도 v는

v_{i n c}  _v_ P_{i n c}

 v_{r e f}  _v_ P_{r e f}

 v_{tr an}  _v_ P_{tr an}

이 되고,

이때 반사파의 속도 ^vr e f는 입사방향의 반대부호를 가지므로

_v_ P_{i n c}

 _v_ P_{r e f}

 _v_ P_{tr an}

가 된다.

두께가 무한한 매질로 가정하여 1차 매질에서 파의 진행방향과 평행하게 전파되는 평 면파가 2차 매질과의 경계면에서 반사되어 1차 매질로 되돌아오는 반사파와 2차 매질로 투과되는 투과파의 에너지 비율을 각각 반사율과 투과율이라 하며, 매질의 음속과 밀도 의 곱으로 표현되는 고유음향 임피던스(^{Z  c})에 의해 결정되고, 입사에 대한 반사 및 투과에너지와 입사에 대한 반사 및 투과음압의 관계식은 식 (3.12), (3.13), (3.14), (3.4)와 같이 표현된다(박진형, 2009).

W_{i n c} W_{r e f}







W_{i n c} W_{tr an}

  





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-P_{i n c} P^{tr an}

 



Z_

 



Re









 Z_ Z_

Z_

(3.14)

P_{i n c} P_{r e f}

   W_{r e f} W_{tr an}

 Z_ Z_ Z_ Z_

(3.15)

공기와 물, 물과 강철, 강철과 물 등 두 매질 사이에 경계를 갖는 경우 각 매질의 고유 음향 임피던스가 강철 ^{ × } rayles(㎏/㎡ s), 공기 410 rayles(㎏/㎡ s), 물 ^{ × } rayles(㎏/㎡ s)이라 하면, 매질 경계에서의 음압과 에너지의 반사 및 투과비율은 Table 3.4와 같이 산출되며, 이는 공기로부터 입사되는 평면파가 강철이나 물로 투과되는 에너 지는 극히 작은 부분만이 전달되며 물에서 강철로의 투과율은 상대적으로 높은 것을 알 수 있다(박진형, 2009).

Table 3.4 Reflection and transmission ratio of pressure and power for air-steel, water-steel, air-water interfaces(박진형, 2009)

Interface ^{Ptr an Pi n c Pr e f Pi n c Wtr an Wi n c Wr e f Wi n c} Air/steel 1.99998 0.99998 0.00004 0.99996 Water/steel 1.927 0.0927 0.141 0.859

Air/water 1.99945 0.99945 0.00109 0.998907

3.3 수중소음 이론