6. 실험결과의 고찰 및 분석
6.1 지반진동과 수중소음 결과 분석
6.1.1 수조의 내부 결과 분석
90
-6. 실험결과의 고찰 및 분석
91
-이 일부 층리 방향으로 새어 나가서 상관성-이 떨어진 요인으로 추정된다.
(1) 수조 콘크리트 지반 속도계의 회귀분석
Figure 6.1은 수조 콘크리트 지반에서 속도계의 계측 자료를 회귀분석한 결과로 95%의 신뢰도를 갖는 식으로 자승근 진동식과 삼승근 진동식의 K값은 각각 17.9, 87.5 로 나타났고, 기울기 값은 –1.12, -1.39이며, 이들 DATA들의 상관계수(R)는 각각 0.77, 0.72로 나타났다.
92
-50 100 150 200 250 300 350 400
0.01 0.1
50 100 150 200 250 300 350 400
0.01 0.1
Scaled distance(m/kg1/2)
Peak particle velocity (cm/s)
0.2 VPPV(50%) = 11.6(SD)-1.12
VPPV(95%) = 17.9(SD)-1.12 R=0.77
(a) Square root
50 100 150 200 250 300 350 400
0.01 0.1
50 100 150 200 250 300 350 400
0.01 0.1
Scaled distance(m/kg1/3)
Peak particle velocity (cm/s)
0.2
VPPV(50%) = 54.8(SD)-1.39
VPPV(95%) = 87.5(SD)-1.39 R=0.72
(b) Cube root
Figure 6.1 Relationship between peak particle velocity(PPV) and scaled distance(SD) in fishing water tank
93 -(2) 수조 콘크리트 지반 진동레벨계의 회귀분석
Figure 6.2는 수조 콘크리트 지반에서 계측된 환경진동계의 회귀분석 결과 95%의 신뢰도를 갖는 식으로 자승근 진동식과 삼승근 진동식의 K값은 각각 138.2, 177.4로 나 타났고, 기울기 값은 –0.17, -0.22이며, 이들 DATA들의 상관계수(R)는 각각 0.71, 0.66으로 나타났다.
속도계와 레벨계의 상관성을 확인한 이유는 일반적으로 발파에서는 구조물에 대한 계측을 많이 하기 때문에 속도계를 많이 사용한다. 그래서 우리에게 익숙한 속도계와 레벨계를 비교함으로써 레벨계의 계측 자료도 신뢰할 수 있을 것으로 판단된다.
94
-50 100 150 200 250 300 350 400
40 45 50 55 60 65 70
Scaled distance(m/kg1/2)
Vibration level (dB(V))
50 100 150 200 250 300 350 400
40 45 50 55 60 65 70
VL (50%) = 127.5(SD)-0.17
VL (95%) = 138.2(SD)-0.17 R=0.71
(a) Square root
50 100 150 200 250 300 350 400
40 45 50 55 60 65 70
Scaled distance(m/kg1/3)
Vibration level (dB(V))
50 100 150 200 250 300 350 400
40 45 50 55 60 65 70
VL (50%) = 162.9(SD)-0.22
VL (95%) = 177.4(SD)-0.22 R=0.66
(b) Cube root
Figure 6.2 Relationship between vibration level(VL) and scaled distance(SD) in fishing water tank
95 -(3) 수조 내부 수중소음 회귀분석
Figure 6.3은 수조에서 수중소음 계측 자료를 회귀분석한 결과 95%의 신뢰도를 갖는 식으로 자승근 진동식과 삼승근 진동식의 K값은 1758.9, 3985.8로 나타났고, 기울기 값 은 –0.47, -0.61이며, 이들 DATA들의 상관계수(R)는 각각 0.28, 0.22로 나타났다.
96
-50 100 150 200 250 300 350 400
10
Scaled distance(m/kg1/2)
Sound pressure (Pa)
100 1000
50 100 150 200 250 300 350 400
10 100
1000 SP (50%) = 843.1(SD)-0.47
SP (95%) = 1758.9(SD)-0.47 R=0.28
(a) Square root
50 100 150 200 250 300 350 400
10
Scaled distance(m/kg1/3)
Sound pressure (Pa)
100 1000
50 100 150 200 250 300 350 400
10 100
1000 SP (50%) = 1907.1(SD)-0.61
SP (95%) = 3985.8(SD)-0.61 R=0.22
(b) Cube root
Figure 6.3 Relationship between sound pressure(SP) and scaled distance(SD) in fishing water tank
97 -(4) 수조의 속도계와 레벨계의 관계
Figure 6.4는 수조에서의 43개의 자료를 활용하여 속도계와 레벨계의 상관성을 비교 한 그림이다.
자료로 사용된 Data는 지반진동성분 V방향 최대치인 진동레벨(Vmax)과 진동속도 PPV(Peak particle velocity)를 비교 분석한 결과 도출된 상관식은 (6.1)과 같다.
V L P P V (6.1)
여기서, VL은 진동레벨(dB(V))이며, V는 PPV(cm/s)을 나타낸다.
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 40
45 50 55 60 65 70
V ib ra ti o n l e v e l (d B (V ))
Peak particle velocity (cm/s)
VL=157.42PPV+46.429 R=0.80
Figure 6.4 Correlation between vibration level(VL) and peak particle velocity (PPV) in fishing water tank
98
-(5) 진동속도에 의한 진동레벨을 추정하기 위한 관계식의 고찰
진동피해 평가에 있어서는 인체의 피해에 대해서는 진동레벨 단위, 구조물에 대해서 는 진동속도 단위로 평가하는 것이 일반적이다. 아래의 식 (6.2), (6.3), (6.4), 그리고 (6.5)은 정확하게 일치할 수는 없다는 근본적인 문제점은 있지만 현실적 필요성에 의해 널리 사용되고 있는데 진동 유형 및 주파수 영역 등을 고려한 특별한 조건에서만 사용 할 수 있으므로 그 적용에 주의를 요하는 것으로 알려져 있다(중앙환경분쟁조정위원 회, 2010).
① 江島 식(한국소음진동공학회, 1998)
․log (6.2)
여기서, VL은 진동레벨(dB(V)), V는 최대 진동속도(cm/s)이다.
② Vanmarcke 식(대한주택공사 주택연구소, 1999)
․log ․log (6.3)
여기서, VL은 진동레벨(dB(V)), V은 진동속도(cm/s), Td는 동파형의 연속시간(s)이 다.
③ 중앙환경분쟁조정위원회(2007)
․log (6.4)
여기서, V은 최대 발파 진동속도(실벡터합, True sum of particle velocity, cm/s)이 다.
④ 중앙환경분쟁조정위원회(2010)
99
- ․log (6.5)
여기서, VL은 진동레벨(dB(V)), Vv : “V” 방향 진동속도(cm/s)를 의미한다.
(6) 주파수를 배재한 기존 관계식과의 비교
주파수를 배제한 관계식은 발파 진동속도를 주파수를 고려하지 않고 진동레벨로 추 정하기 위한 관계식을 말한다. 진동속도와 진동레벨은 주파수에 영향을 받지만 진동속 도 관계식에 의해 추정한 진동속도 또는 주파수를 모르는 측정치들을 이용하여 기준 지점에서의 진동레벨을 예측하기 위한 방식이다.
발파 진동속도를 진동레벨로 추정하기 위하여 (6.2), (6.3), (6.4), 그리고 (6.5) 식들과 이 연구를 통해 산출한 진동레벨 관계식인 (6.1)을 이용하여 발파 진동속도별 진동레벨 값을 산출하면 다음과 Table 6.1과 같다(이 연구 관계식의 적용상의 유의점으로는 주 파수를 배제한 진동속도가 0.029 cm/s에서 0.076 cm/s의 구간에 유효하며, 이범위를 벗어난 진동속도 값에 대해서는 추가 계측 및 자료처리가 필요하다).
이 연구의 진동속도를 진동레벨로 추정하기 위한 관계식은 Vanmarcke의 진동파형 연속시간 0.4초와 중앙환경분쟁조정위원회(2010)의 중간 정도로 적용하여도 별 무리가 없을 것으로 판단된다.
Table 6.1 Comparison of vibration velocity and vibration level for the other references.
Predicted ground vibration
velocity
江島
식 Vanmarcke 식 dB(V)
National Environmental
Dispute Mediation Commission
(2007)
National Environmental
Dispute Mediation Commission
(2010)
This study
PPV(㎝/s) dB(V) Td=0.1 Td=0.2 Td=0.4 dB(V) dB(V) dB(V)
0.03 60.5 46.2 48.9 51.3 51.7 49.5 51.2
0.04 63.0 48.7 51.4 53.8 53.4 52.0 52.7
0.05 65.0 50.6 53.3 55.7 54.7 54.0 54.3
0.06 66.6 52.2 54.9 57.3 55.8 55.6 55.9
0.07 67.9 53.6 56.2 58.6 56.7 56.9 57.4
100
-6.1.2 수조 외부 결과 분석
수조 외부 토양 지반에서의 속도계, 진동레벨계 측정 결과에 따른 회귀분석을 실시하 였으며, 속도계의 계측자료는 총 43개, 레벨계는 총 25개이다. 수조 외부의 레벨계의 일부 자료가 계측되지 않은 것은 계측기의 최소트리거 레벨이 45 dB(V)이기 때문에 그 이하는 계측되지 않았다.
회귀분석에서 상관도 낮은 것은 발파 위치에서는 지발당 장약량을 1지발만 사용한 것이 아니고, 일부는 2 혹은 3지발까지 사용하였다. 그리고 일부에서는 발파 시 지질적 영향으로 가스압이 일부 층리 방향으로 새어 나갔다. 또한 계측 위치에서는 토사지반 (화단)에서 계측기를 계속 똑같은 지점에 설치 할 수 있는 상황이 되지 않았다. 그래서 상관성이 떨어진 요인으로 추정된다.
(1) 수조 외부 토양 지반 속도계 회귀분석
Figure 6.5는 수조 외부의 토양 지반에서 계측된 속도계의 회귀분석한 결과로 95%의 신뢰도를 갖는 식으로 자승근 진동식과 삼승근 진동식의 K값은 11.0, 57.7로 나타났고, 기울기 값은 –0.96, -1.25이며, 이들 DATA들의 상관계수(R)는 각각 0.73, 0.72로 나타 났다.
101
-50 100 150 200 250 300 350 400
0.01 0.1
Scaled distance(m/kg1/2)
Peak particle velocity (cm/s)
0.2
50 100 150 200 250 300 350 400
0.01 0.1 0.2
VPPV(50%) = 7.2(SD)-0.96
VPPV(95%) = 11.0(SD)-0.96 R=0.73
(a) Square root
50 100 150 200 250 300 350 400
0.01 0.1
Scaled distance(m/kg1/3)
Peak particle velocity (cm/s)
0.2
50 100 150 200 250 300 350 400
0.01 0.1
0.2 VPPV(50%) = 37.7(SD)-1.25
VPPV(95%) = 57.7(SD)-1.25 R=0.72
(b) Cube root
Figure 6.5 Relationship between peak particle velocity(PPV) and scaled distance(SD) in soil ground
102 -(2) 수조 외부 토양 지반 진동레벨계 회귀분석
Figure 6.6는 수조 외부의 토양 지반에서 계측된 환경진동계의 자료를 회귀분석한 결 과로 95%의 신뢰도를 갖는 식으로 자승근 진동식과 삼승근 진동식의 K값은 149.6, 203.0으로 나타났고, 기울기 값은 –0.18, -0.23이며, 이들 DATA들의 상관계수(R)는 각각 0.49, 0.44로 나타났다.
103
-50 100 150 200 250 300 350 400
40 45 50 55 60 65 70
Scaled distance(m/kg1/2)
Vibration level (dB(V))
50 100 150 200 250 300 350 400
40 45 50 55 60 65 70
VL (50%) = 133.6(SD)-0.18
VL (95%) = 149.6(SD)-0.18 R=0.49
(a) Square root
50 100 150 200 250 300 350 400
40 45 50 55 60 65 70
Scaled distance(m/kg1/3)
Vibration level (dB(V))
50 100 150 200 250 300 350 400
40 45 50 55 60 65 70
VL (50%) = 181.3(SD)-0.23
VL (95%) = 203.0(SD)-0.23 R=0.44
(b) Cube root
Figure 6.6 Relationship between vibration level(VL) and scaled diatance(SD) in soil ground
104
-6.1.3 진동레벨과 진동속도를 수중소음으로 추정
진동레벨로부터 수중소음을 추정하기 위하여 수조에서 43회에 걸쳐 발파진동을 계측하 였다. 43개의 계측데이터 중 적합도가 떨어지는 상․하위 22%의 데이터는 제외하였으며, 적합도가 높은 24개의 데이터는 Table 6.2과 같다.
Table 6.2 Data used to convert vibration velocity and vibration level to underwater noise level
No. Weight
(kg/delay) Distance (m)
Ground Underwater noise (cm/s)PPV VL
(dB(V)) SP
(Pa) Lpeak (dB re 1 μPa)
Lmax (dB re 1 μPa)
1 3 242 0.043 55.5 129.560 162.249 159.239 2 1.5 233 0.029 49.8 42.190 152.504 149.494 3 2 229 0.037 50.3 41.193 152.296 149.286 4 1.5 227 0.029 51.0 39.200 151.866 148.855 5 2 260 0.030 51.3 39.865 152.012 149.002 6 3 260 0.059 56.9 117.269 161.384 158.373 7 3 260 0.075 59.8 96.672 159.706 156.696 8 3 260 0.076 60.0 115.607 161.260 158.249 9 3 260 0.054 57.0 120.591 161.626 158.616 10 3 264 0.056 57.2 110.624 160.877 157.867 11 3 288 0.044 55.6 86.041 158.694 155.684 12 1.5 288 0.025 50.7 59.133 155.437 152.426 13 3 232 0.049 55.3 50.163 154.008 150.997 14 3 232 0.043 53.4 44.516 152.970 149.960 15 2.5 232 0.035 52.0 41.526 152.366 149.356 16 3 230 0.044 54.9 47.838 153.595 150.585 17 3 230 0.048 56.7 56.475 155.037 152.027 18 1.5 234 0.027 52.4 56.475 155.037 152.027 19 1.5 230 0.032 50.3 53.153 154.511 151.500 20 1.5 230 0.041 53.9 61.126 155.725 152.714 21 3 232 0.048 55.3 75.078 157.510 154.500 22 2 234 0.038 49.9 52.488 154.401 151.391 23 4 230 0.051 55.2 105.974 160.504 157.494 24 3 205 0.054 55.4 135.872 162.663 159.652
105
-Figure 6.7은 진동레벨(VL)과 수중소음(Lpeak)과의 상관관계를 나타내는 그림이고, 식 (6.6)은 상관식이다(이 연구 관계식의 적용상의 유의점으로는 주파수를 배제한 진동레벨 이 49.8 dB(V)에서 60.0 dB(V)의 구간에서 유효하며, 이 범위를 벗어난 진동레벨 값에 대해서는 추가 계측 및 자료처리가 요구된다).
Lpeak V L (6.6)
40 45 50 55 60 65 70
140 145 150 155 160 165 170
Vibration level (dB(V))
Lpeak(dB re 1 μPa)
Lpeak= 0.9328VL + 106.07 R=0.75
Figure 6.7 Correlation between VL and Lpeak
106
-Figure 6.8은 진동레벨(VL)과 수중소음(Lmax)과의 상관관계를 나타내는 그림이고, 식 (6.7)은 상관식이다(이 연구 관계식의 적용상의 유의점으로는 주파수를 배제한 진동레벨 이 49.8 dB(V)에서 60.0 dB(V)의 구간에서 유효하며, 이 범위를 벗어난 진동레벨 값에 대해서는 추가 계측 및 자료처리가 요구된다).
Lm ax (6.7)
수중소음(Lpeak)과 수중소음(Lmax)의 관계는 다음 식 (6.8)과 같다.
Lpeak = Lmax + 3 dB (6.8)
40 45 50 55 60 65 70
140 145 150 155 160 165 170
Vibration level (dB(A))
Lmax(dB re 1 μPa)
Lmax= 0.9328VL + 103.06 R=0.75
Figure 6.8 Correlation between VL and Lmax
Figure 6.9는 진동속도(PPV)와 수중소음(Lpeak)과의 관계를 나타내는 그림이고, 식 (6.9)
107
-는 상관식이다(이 연구 환산식의 적용상의 유의점으로-는 주파수를 배제한 진동속도가 0.029 cm/s에서 0.076 cm/s의 구간에 유효한 식이다).
Lpeak P P V (6.9)
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 140
145 150 155 160 165 170
Peak particle velocity (cm/s)
Lpeak(dB re 1 μPa)
Lpeak= 197.49PPV + 147.81 R=0.71
Figure 6.9 Correlation between PPV and Lpeak
(1) 기존 관계식과의 비교
발파 진동속도를 수중소음으로 추정하는 방법으로 박정봉(2014)의 연구식과 이 연구 를 통해 추정한 관계식인 (6.9)을 이용하여 발파 진동속도별로 수중소음 값을 산출하면 Table 6.3과 같다.
박정봉(2014)의 연구식과 진동속도를 수중소음으로 추정했을 때 차가 생기는 요인으 로 측정위치와 지질적 원인으로 생각된다. 이 연구에서 측정위치는 철근콘크리트 지반 위에서 측정을 하였고, 박정봉 (2014)은 콘크리트지반과 토사지반에서 측정을 하였기