[논문]집중호우시 사면 붕괴의 특성 및 토층 심도와 지하수변동에 따른 사면 안정성 해석

백용; 권오일; 김승현; 구호본

집중호우시 사면 붕괴의 특성 및 토층 심도와 지하수변동에 따른 사면 안정성 해석
Characteristics of Slope Failure Due to Local Downpour and Slope Stability Analysis with Changing Soil Depth and Groundwater Level 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.15 no.1, 2005년, pp.57 - 66

백용 (한국건설기술연구원 지반연구부) , 권오일 (한국건설기술연구원 지반연구부) , 김승현 (한국건설기술연구원 지반연구부) , 구호본 (한국건설기술연구원 지반연구부)

초록
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국내에서는 매년 집중호우에 의하여 사면 붕괴 및 산사태가 발생하고 있다. 특히, 최근의 집중강우는 국지성 및 게릴라성 강우가 대부분이다. 본 연구에서는 집중호우에 의하여 붕괴된 현장의 특성을 분석하고, 토층의 심도와 지하수면의 변화에 따른 사면의 안정성을 해석한다. 본 연구에 사용된 자료는 집중호우시 붕괴된 절토사면 조사 자료와 일반 국도변 1,372개의 현장 조사자료이다. 토층의 붕괴 심도와 지하수 변동이 사면의 안정성에 미치는 영향에 대해서는 FLAC-SLOPE(ITASCA사)을 이용하여 분석을 실시하였다. 연구결과에 의하면 국내 사면붕괴의 주요 형태는 표층유실 및 표층붕괴 등 천부 파괴가 주를 이루고 있으며, 지하수면과 토층 심도 변화에 따라 사면의 안정성이 변화하는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The failure of cut slope and landslide sometimes come from a local downpour within a short duration in Korea. Especially, most of recent downpour converged upon a limited region and seemed the characteristics of guerilla. Characteristics of slopes failed due to local downpour are analyzed. failure mode is also analyzed with respect to the depth of soil layers and the change of groundwater level. To blow the influence factors of the slope stability during local downpour, the authors conducted field survey for failed slopes and tried to make a comparative study of 1,372 cut slope data distributed in the national road. FLAC-SLOPE(ITASCA Co.) is used to analyze slope stability with changing depth of soil layers and groundwater level. The result shows that the failed types of domestic slopes during local downpour are mainly shallow collapse and landslide. The change of soil depth and groundwater level have influenced on the stability of slopes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

지금까지 살펴본 바와 같이 집중호우에 의하여 붕괴된 절토사면은 대규모의 붕괴보다는 국부적인 표층붕 괴가 우세한 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서는 집중호우의 영향을 지하 수위 변동으로, 표층 붕괴 특성을 토층심도의 변화로 고려하여 안정성 해석을 수행하였으며, 그 결과로 얻어진 안전율의 변화를 검토하였다. 절토사면의 안정성 해석에 ITASCA사에서 개발된 FLAC-SLOPE (window version v40) 이 이용되었다.
본 연구는 집중 강우로 인하여 붕괴된 사면의 자료를 활용하여 국내사면 붕괴의 특성에 대하여 분석하였다. 본 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
본 연구는 집중호우에 의하여 붕괴된 사면 자료와 한국건설기술연구원(KICI)에서 수행한 국도변 절토 사면 조사자료를 비교 분석하여 집중호우에 의한 사면 붕괴 특성을 규명하였다. 또한 국내사면 붕괴의 특성을 토대로 하여 토층 및 지하수가 사면 안정에 미치는 영향에 대하여 수치 해석을 통하여 분석하였다.
자연재해 중 태풍은 강한 바람과 집중호우를 동반하여 기습하기 때문에 피해 또한 적지 않으며, 특히 2002년도 태풍 루사에 의한 피해는 과히 기록적이라 할 수 있다 (건설교통부, 2002). 본 연구에서는 태풍루사 시 집중호우에 의하여 붕괴된 사면의 붕괴 현황 및 규모, 기하학적 특성에 대하여 분석 검토를 실시하였다.

가설 설정

1.국내 사면 붕괴는 집중 강우와 매우 밀접한 관계가 있다. 붕괴 사면의 경사는 1: 05에서 1:1.

제안 방법

본 연구는 집중호우에 의하여 붕괴된 사면 자료와 한국건설기술연구원(KICI)에서 수행한 국도변 절토 사면 조사자료를 비교 분석하여 집중호우에 의한 사면 붕괴 특성을 규명하였다. 또한 국내사면 붕괴의 특성을 토대로 하여 토층 및 지하수가 사면 안정에 미치는 영향에 대하여 수치 해석을 통하여 분석하였다.
붕괴 사면의 특성을 검토하기 위하여 한국건설기술연구원 사면조사팀에서 수행한 국도 절토 사면 조사자료(이하 기 조사자료 ; 한국건설기술연구원, 2002)와 비교하였다. 기존 국도 절토 사면 조사 현장은 총 1, 372개소로 상대적으로 위험도가 높은 현장들이다.
집중호우에 의하여 붕괴된 도로 사면을 대상으로 기하학적 분석을 수행하였다. 붕괴 형태의 기하학적인 양상을 분석하기 위하여 7개의 평가항목을 선정하여 측정하였다. 측정항목은 사면 높이(H), 붕괴폭(W), 사면 연장(L), 사면경사(θ), 붕괴 심도(Df), 붕괴길이(Lf), 붕괴부 수직거리(Lf) 등이다.
사면 단면에서 측정된 붕괴 부의 수직거리를 사면 높이와 비교해 보았다 (Fig. 8). 붕괴 사면의 경우, 붕괴 부의 수직거리는 전체 사면 높이의 약 40~60 %에 해당 됨을 알 수 있다.
암반사면 및 혼합사면의 경우, 풍화정도가 사면의 안정성에 큰 영향을 미치므로 풍화등급에 따른 분석을 시도하였다. Table 5는 기 조사대상 사면과 붕괴사면과의 풍화등급에 대한 비교도표이다.
기존 국도 절토 사면 조사 현장은 총 1, 372개소로 상대적으로 위험도가 높은 현장들이다. 우선, 사면의 기하학적인 양상을 살펴보기 위하여 기 조사자료와 붕괴된 사면의 형상을 비교하였다. Table 2는 기 조사 현장과 붕괴 사면의 연장 분포를 비교한 것이다.
지하수의 영향을 고려하기 위하여 토층심도를 3가지의 모델로 설정하였다. 토층의 두께는 H'=0.
집중호우에 의하여 붕괴된 도로 사면을 대상으로 기하학적 분석을 수행하였다. 붕괴 형태의 기하학적인 양상을 분석하기 위하여 7개의 평가항목을 선정하여 측정하였다.
집중호우에 의해 붕괴된 사면을 대상으로 정밀조사를 실시하여 붕괴 유형 및 특성을 분석하였다. 붕괴 현장은 전라남도 순천 일대와 충청남도 충주 일대를 조사하였다.
집중호우에 의해서 발생한 사면 붕괴와 경사와의 관계를 분석하였다. Table 4는 기 조사 현장 사면의 경사각 분포와 붕괴 사면의 경사각 분포를 나타낸 것이다.
지하수의 영향을 고려하기 위하여 토층심도를 3가지의 모델로 설정하였다. 토층의 두께는 H'=0.4H, 0.6H, 0.8H의 3가지 경우이며, 각 모델에 대하여 지하 수위를 단계별로 변화시키며 해석을 수행하였다. 지하수위는 좌측점 (W1)을 기준으로 고정하고 우측점(W2)을 변화시켰다.
토층의 심도를 변화시켜 가면서 건기시와 우기시로 구분하여 안전율의 변화를 살펴보았다. 해석시 우기의 경우, 도로 설계 편람(건설교통부, 1999)을 근거로 지하수위 W=1/2H를 사용하였다.

대상 데이터

집중호우에 의해 붕괴된 사면을 대상으로 정밀조사를 실시하여 붕괴 유형 및 특성을 분석하였다. 붕괴 현장은 전라남도 순천 일대와 충청남도 충주 일대를 조사하였다. Fig.
Table 1을 통하여 결과를 정리하면 다음과 같다. 조사 사면의 연장은 27m에서 220m의 길이를 보이며, 평균 연장은 91m이다. 사면 높이는 8m에서 74m의 범위를 보이며, 평균 높이는 25m이다.
토층의 심도를 변화시켜 가면서 건기시와 우기시로 구분하여 안전율의 변화를 살펴보았다. 해석시 우기의 경우, 도로 설계 편람(건설교통부, 1999)을 근거로 지하수위 W=1/2H를 사용하였다. 해석 결과를 그래프로 나타내면 Fig.

이론/모형

따라서 본 연구에서는 집중호우의 영향을 지하 수위 변동으로, 표층 붕괴 특성을 토층심도의 변화로 고려하여 안정성 해석을 수행하였으며, 그 결과로 얻어진 안전율의 변화를 검토하였다. 절토사면의 안정성 해석에 ITASCA사에서 개발된 FLAC-SLOPE (window version v40) 이 이용되었다. 해석시 사용한 지층의 지반 강도정수는 Table 6과 같으며 해석에 사용된 모델은 Fig.

성능/효과

2.붕괴 사면의 기하학적인 특성을 분석한 결과 붕괴 사면은 국부적 붕괴가 발생한 것으로 나타났으며, 전체적인 사면의 거동보다는 표층 붕괴에 의한 것으로 나타났다. 이들 위험 사면의 안전율을 높이는 방안으로 일반적으로 시행되고 있는 전 구간에 걸친 보강보다는 정밀한 지질조사를 통하여 위험 구간을 선정하고 집중적으로 보강하는 것이 보다 타당할 것으로 사료된다.
3.붕괴 모델 사면을 대상으로 토층의 심도와 지하수위를 변수로 설정하여 안정성을 검토한 결과, 우기 시의 안전율이 건기시에 비하여 변화가 큼을 알 수 있다. 또한, 지하수위의 영향을 고려하기 위하여 토층의 두께를 H'=0.
붕괴 모델 사면을 대상으로 토층의 심도와 지하수위를 변수로 설정하여 안정성을 검토한 결과, 우기 시의 안전율이 건기시에 비하여 변화가 큼을 알 수 있다. 또한, 지하수위의 영향을 고려하기 위하여 토층의 두께를 H'=0.4H, 0.6H, 0.8H의 경우로 해석한 결과, 토층의 두께가 두꺼울수록 지하수의 영향을 많이 받는 것으로 나 타났다.
Table 3은 붕괴 사면의 높이에 대한 분포를 나타낸 것이다. 분석 결과에 의하면 10 ~ 30m의 높이가 가장 많이 분포하며, 50m 이상의 대절토 사면도 분포하고 있음을 알 수 있다.
Table 2는 기 조사 현장과 붕괴 사면의 연장 분포를 비교한 것이다. 분석 결과에서 나타나듯이 붕괴 사면의 연장은 기 조사 자료와 유사하게 연장에 대한 분포 범위가 50 ~ 150m 내에 가장 많이 분포하는 것으로 분석되었다.
국내 사면 붕괴는 집중 강우와 매우 밀접한 관계가 있다. 붕괴 사면의 경사는 1: 05에서 1:1.0 사이로 분석되었으며 기 조사된 사면자료 분석 결과와 비교할 때 단순히 사면 경사도로 안정성과 연관을 짓기는 어려운 것으로 나타났다. 이는 사면 안정화 대책으로서 경사의 완화만으로 표층 붕괴를 억제하기는 현실적으로 어렵다는 것을 지시한다.
6H 해석모델의 변위해석 결과를 나타낸 것이다. 해석 결과에서도 토층심도가 깊은 H'=0.6H 모델에서 활동 영역이 깊은 것으로 나타났다.

참고문헌 (10)

건설교통부 도로관리과 홈페이지, 2002, www.moct.go.kr, 태풍루사에 의한 피해현황 보도자료
건설교통부, 1999, 도로설계편람, 한국건설기술연구원
이인모, 조우성, 김영욱, 성상규, 2003, 풍화토 사면에서 강우로 인한 간극수압 변화에 대한 실험연구, 한국지반공학회논문집, 제 19권 1호 pp. 41-49

원문보기 상세보기
임희대, 이승래, 김영묵, 2001, 강우시 토사사면의 안정성 평가, 대림기술정보, pp. 4-16
재해영향평가서, 2001, 사면안정성 평가법 개발, 국립 방재연구소, pp. 10
조성은, 이승래, 2000, 강우침투에 따른 불포화 토사사면의 안정해석, 한국지반공학회논문집, 제 16권 제 1 호, pp. 51-64
한국건설기술연구원, 2002, 도로절개면 유지관리시스 템 개발 및 운용, 건설교통부
홍원표, 최승호, 한중근, 황인철, 1996, 강우시 사면안 정해석법에 관한 연구, 대한토목학회 발표회 논문 집, pp. 195-198
Dai. F. C. and Lee. C. F., 2001, Frequency-volume relation and prediction of rainfall-induced landslides, Engineering Geology, 59, pp. 253-266

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Hoek, E. & Bray, J., 1981, 'Rock Slope Engineering', Revised Third Edition, Institute of Mining and Metallurgy, London

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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