암반사면의 붕괴형태는 원호, 평면, 쐐기 또는 전도파괴로 구분하며, 각각의 붕괴는 역학적인 안정조건을 벗어날 경우 붕괴가 발생하는 것으로 평가한다. 특히, 암반사면 평면파괴는 절리면의 방향성에 대하여 일반적으로 '활동가능성이 있는 면의 주향과 절취사면의 주향의 차이가 약 20$^{\circ}$ 이상일 경우에는 발생하지 않는 것으로 알려져 있고 설계되고 있다. 그러나, 이러한 안정조건을 만족한 경우라도 사면의 붕괴가 빈번히 발생하고 있는 실정이다. 따라서, 본 논문에서는 이러한 안정된 사면조건에도 불구하고 현장 지형여건상 붕괴가 발생한 사례를 중심으로 국내 암반사면의 평면파괴조건을 제시하였다.
암반사면의 붕괴형태는 원호, 평면, 쐐기 또는 전도파괴로 구분하며, 각각의 붕괴는 역학적인 안정조건을 벗어날 경우 붕괴가 발생하는 것으로 평가한다. 특히, 암반사면 평면파괴는 절리면의 방향성에 대하여 일반적으로 '활동가능성이 있는 면의 주향과 절취사면의 주향의 차이가 약 20$^{\circ}$ 이상일 경우에는 발생하지 않는 것으로 알려져 있고 설계되고 있다. 그러나, 이러한 안정조건을 만족한 경우라도 사면의 붕괴가 빈번히 발생하고 있는 실정이다. 따라서, 본 논문에서는 이러한 안정된 사면조건에도 불구하고 현장 지형여건상 붕괴가 발생한 사례를 중심으로 국내 암반사면의 평면파괴조건을 제시하였다.
The stability of rock slopes is closely related to the factors such as: type of rock, development of geological structures, weathering, characteristics of rock, and the shape of the geological features. When we design the rock slope, the slope stability is determined by the discontinuity causing the...
The stability of rock slopes is closely related to the factors such as: type of rock, development of geological structures, weathering, characteristics of rock, and the shape of the geological features. When we design the rock slope, the slope stability is determined by the discontinuity causing the circular, plane or wedge failure. The failure happens when the slope is under the unstable geological condition. But in some cases, slope failure has occurred even though the slope is under stable geological conditions. In this respect, this paper presents the plane failure conditions for domestic rock slopes through research of sites where slope failure has occurred regardless of whether or not it satisfied the stable geological conditions.
The stability of rock slopes is closely related to the factors such as: type of rock, development of geological structures, weathering, characteristics of rock, and the shape of the geological features. When we design the rock slope, the slope stability is determined by the discontinuity causing the circular, plane or wedge failure. The failure happens when the slope is under the unstable geological condition. But in some cases, slope failure has occurred even though the slope is under stable geological conditions. In this respect, this paper presents the plane failure conditions for domestic rock slopes through research of sites where slope failure has occurred regardless of whether or not it satisfied the stable geological conditions.
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문제 정의
따라서, 본 논문에서는 고속도로 주변에서 발생한 262개의 평면 파괴 사례를 검토하고, 최근에 붕괴가 발생한 사면을 정밀 조사하여 암반사면 평면 파괴에 대한 안정조건의 적합성을 검토하고 국내 암반사면의 붕괴특성을 고려한 평면 파괴 안정 조건을 제시하고자 하였다 (한국도로공사, 1994- 2000).
본 연구에서는 상기의 붕괴조건을 평가하기 위해 지난 수년 동안 현장조사를 통해 수집된 사면 자료 중 평면파괴 형태로 붕괴된 사면을 조사하고, 조사된 평면 파괴사면 중 61개 사면에 대하여 사면주향과 활동면의 주향과의 차이를 분석하였다 (Figurel2).
본 연구에서는 암반사면 평면 파괴조건에 대해 ①평면 파괴는 활동 가능성이 있는 면의 주향과 절취사면의 주향의 차이가 20° 이내일 경우에 발생한다는 조건에 대한 것과, ② 대표단면에 대한 안정성검토 후 현장에서의 rounding처리 등에 의한 부분적 안정처리 시 간과 할 수 있는 문제를 현장 붕괴 사례를 통하여 고찰해 보았으며 그 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 암반사면의 안정성 평가시 일반적으로 적용되고 있는 평면 파괴 조건에 대하여 국내 암반사면에서의 적용성을 평가하기 위하여 경부고속도로 구미-동대구간 4공구 확장공사 구간 (연장 10.46km) 중 평면파괴 형태로 붕괴가 발생한 3개사면을 분석하였다(Figure 4).대상 사면들은 1999년 8월 이후 99년 11월까지 사면별로 1~2차례 붕괴가 발생하였으며 주붕괴원인은 주지질 구조인 층리면을 따라 점토질 충진물이 존재하거나 심하게 파쇄된 면에 의한 것으로 나타났다.
제안 방법
또한 현장조사 시 활동면으로 추정되는 층리면에는 gouge가 4~6cm 정도로 두텁게 충전되어 있었으며 gouge의 전단 강도 파악을 위하여 시료를 채취하여 직접전단 시험을 실시하였다. 직접 전 단시험 결과 절리면 사이에 충진된 gouge의 점착력은 마찰각은 11.
암반사면에서 발생한 평면 파괴 사례로부터, 평 면파괴조건의 적합성을 확인하기 위하여 고속도로 주변 절토사면의 붕괴 형태를 분석하였다.고속 도로 절토사면의 붕괴특성을 분석하기 위해 조사한 사면수는 전체 620개소이며, 조사 대상 사면의 선정은 붕괴가 발생하였거나, 전반적으로 불안정하여 붕괴 가능성이 있는 사면을 대상으로 한 것이다.
고속 도로 절토사면의 붕괴특성을 분석하기 위해 조사한 사면수는 전체 620개소이며, 조사 대상 사면의 선정은 붕괴가 발생하였거나, 전반적으로 불안정하여 붕괴 가능성이 있는 사면을 대상으로 한 것이다. 조사 대상 사면을 붕괴 형태별로 나누어 각각 낙석, 유실, 세굴에 의한 붕괴 형태와 원호파괴, 평 면파괴, 쐐기 파괴 및 전도 파괴로 구분한 결과는 table 1과 같이 조사되었다(Figure 3).
현장에서의 지표지질조사를 통해 얻은 자료로부터 평사투영 해석을 실시하였으며 , 평사투영해석 시 절 취면의 방향은 원사면의 방향과 계곡 부 사 면방향에 대해 모두 실시하였다(Figure 11).평사 투영해석시 절 리면의 마찰각은 gouge 전단 시험 결과로부터 15° 정도로 추정하여 적용하였다.
대상 데이터
암반사면에서 발생한 평면 파괴 사례로부터, 평 면파괴조건의 적합성을 확인하기 위하여 고속도로 주변 절토사면의 붕괴 형태를 분석하였다.고속 도로 절토사면의 붕괴특성을 분석하기 위해 조사한 사면수는 전체 620개소이며, 조사 대상 사면의 선정은 붕괴가 발생하였거나, 전반적으로 불안정하여 붕괴 가능성이 있는 사면을 대상으로 한 것이다. 조사 대상 사면을 붕괴 형태별로 나누어 각각 낙석, 유실, 세굴에 의한 붕괴 형태와 원호파괴, 평 면파괴, 쐐기 파괴 및 전도 파괴로 구분한 결과는 table 1과 같이 조사되었다(Figure 3).
46km) 중 평면파괴 형태로 붕괴가 발생한 3개사면을 분석하였다(Figure 4).대상 사면들은 1999년 8월 이후 99년 11월까지 사면별로 1~2차례 붕괴가 발생하였으며 주붕괴원인은 주지질 구조인 층리면을 따라 점토질 충진물이 존재하거나 심하게 파쇄된 면에 의한 것으로 나타났다.
하양층 군은 후기 화산활동에 의한 퇴적분지로 대부분이 역암, 사암, 이암, 혈암 등과 같은 쇄설성퇴적암이 서로 교호하며 존재한다. 대상 사면은 사암과 셰일로 구성되어 있고 사면의 절토고는 36m~75m이고 사면 연장도 200~420m로 대절토 사면이다.
본 연구 대상 지역은 지질학적으로 중생대 백악기 하양층군으로 구성되어 있다. 하양층 군은 후기 화산활동에 의한 퇴적분지로 대부분이 역암, 사암, 이암, 혈암 등과 같은 쇄설성퇴적암이 서로 교호하며 존재한다.
연구 대상 지역의 지질은 우리나라 남동부 경상분 지 퇴적암지대로서 중생대 백악기 경상계 신동층, 하양층군, 유천층군(Chang, 1975)으로 구성되어 있으며 주구성암석은 셰일, 사암 및 역암 계통 이며 부분적으로 화강암 계통, 반암 계통 및 염기성, 산성맥암류가 관입되어 있다 (Lee, 1988).
성능/효과
(1) 고속도로 절토사면에서 붕괴가 발생한 620개의 사면을 대상으로 붕괴 형태를 분석한 결과 평면 파괴는 약 43%인 262개소에서 발생하여 가장 높은 붕괴 빈도를 나타내었으며, 이는 국내의 지질학적 특성뿐만 아니라, 평면 파괴 가능성을 평가하는 안정성평가 기준 상의 문제점도 있는 것으로 주정 된다.
(2) 평면 파괴 조건 중의 하나인 사면주향과 활동면 주향과의 차이각에 대해서 고속도로 주변에서 평면 파괴가 발생한 사면중, 61개의 사면 자료를 분석한 결과, 사면과 활동면 주향과의 차이각은 일반적으로 적용되는 ±20° 범위에서 총 61개의 평면 파괴 붕괴 사례 중 72%가 발생한 것으로 조사되었으며, 주향 각 차이가 ±20° 를 벗어난 경사에서도 총붕괴 중 약 28%에 해당하는 사면에서 붕괴가 발생하였다.
(3) 붕괴 사례로부터 조사된 자료의 분석 결과, 파괴영역에 대한 주향 각의 차이를, 사면의 붕괴가 집중되어 있는 ±25° 까지로 확대한다면 붕괴 빈 도는 총붕괴수의 약 82%에 해당하며, ±30° 이상을 벗어난 경우는 붕괴가 산발적으로 발생하고 있어 국내에서의 암반사면에 대한 평면 파괴 평가 시 파괴영역에 대한 조건을 확대 적용할 필요가 있다고 판단된다.
그러므로 산발적으로 발생한 주향 각의 차이를 제외하고 비교적 빈도수가 많은 주향 각 차이의 경계는 본 조사 사례에서는 25° 로 평가되며, 평사투영해석에 의한 안정성 판단 시 이에 대한 고려가 필요할 것으로 판단된다.
본 연구에서 고속도로 절토사면에 대한 붕괴 유 형에 따른 붕괴 빈도 분석 결과 전체 사면 중 평면 파괴는 262개소에서 조사되어 전체의 약 42.3%에 이르러 가장 많은 붕괴 형태로 나타났다(한국도로공사, 2001).
분석된 평면 파괴사면 중에 72.1%는 일반적으로 적용되는 평면파괴 조건인 절리 주향과 사면주향과의 차이가 ±20° 이내에서 발생한 것으로 나타났고, 나머지 27.9%는 이 조건을 벗어난 경우에 붕괴가 발생한 것으로 나타났다. 붕괴 사례를 분석한 Figure 12의 그래프에서 실선으로 표시한 주향 각 차이에 따른 붕괴 누적 백분율 그래프는 주향 각의 차이가 약 25° 정도까지는 급격한 경사를 이루며 일률적으로 증가하나 그 이후에서는 완만한 경사의 그래프를 나타난다.
현장조사 결과 본 지역에 대한 주지질구조는 층리면인 것으로 관찰되었으며 BIPS에 의한 조사 결과 시추공 내의 절리 방향은 N4O-6O0 E의 주향에 약 15-25° SE정도로 경사져 있는 것으로 분석된다. Figure 9는 대상으로 한 3개 사면의 절리분석 결과를 종합하여 나타낸 것이다.
후속연구
(4) 본 연구는 평면 파괴가 발생한 61개의 사면을 대상으로 한 것이며, 잠정적으로 제안된 25° 의 기준이 보다 합리적인 안정성 판단 기준으로 수립되기 위해서 보다 다양한 조건에서의 검토가 진행되어야 할 것이다.
그러나, 본 경우 사면 계곡부 쪽으로 대규모 평 면파괴 가 발생하였으며 층리면의 방향과 계곡부 사면의 경사방향이 거의 일치하여 강우 등에 의한 절리면 포화시점토질 gouge가 있는 층리면을 따라 파괴가 발생한 원인이 된 것으로 분석된다. 따라서, 일반적으로 적용되고 있는 암반사면의 평면 파괴 조건에 대한 적절한 적용성 평가가 뒤따라야 할 것으로 판단된다. 특히 불연속면이 계곡부 쪽으로 연장될 경우에는 평사투영을 이용한 파괴 가능성의 추정시, 현장 상황에 따라 계곡부 사면의 경사방향도 고려하여야 한다.
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