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문제 정의
- 따라서 지하수 수위 조절의 필요성이 있는 것으로 사료되며, 이에 구배 조정과 함께 지하수 수위 조절을 함께병행하는 보강공을 고려하였다. 이 경우 모든 대표 비탈면에서 허용안전율을 이상의 최소안전율을 보였다.
- 본 연구를 통해 화강암을 모암으로 하는 화강풍화암및 풍화토 지역의 깍기 비탈면 붕괴 원인을 분석하기 위해 수행하였던 지반조사, 안정성 검토 및 대책공 제시 등 일련의 과정들을 보여주고자 한다. 붕괴 이력 및 수문 검토를 통해 붕괴와 관련한 주요 원인을 추론하고 이에 대한 검증을 위해 지반조사 및 실험결과를 토대로 수치해석을 수행한다.
가설 설정
- 설계적용 Soil nailing공은 재질 D 32 mm 철근 SD-30 ((t = 3, 000 kg/㎠)을 사용하고, 간격 A-Line 2.0 x 2.0 m, B-Line 1.5 x 1.5 m 및 길이 L = 20m로 시공하는 것을 가정하였다. Soil smiling공 적용후 안정성 검토를 위한 대표단면은 그림 9와 같다.
제안 방법
- Soil nailing보강, 구배 조정, 그리고 구배 조정 및 지하수 수위 조절 등 세 가지 보강공을 고려하였다. 보강공법의 개요는 표 3과 같다
- Stop 1-4까지 4개소의 노두관찰로부터 비탈면의 지반특성을 파악하기 위해 노두관찰을 수행하였다. Stop 1의 지반은 반상화강암으로 이루어져 있고, Stop 1 및 2의 지표는 완전히 풍화되거나 풍화잔류토인 마사토가덥혀있었으며, 이들 풍화토와 풍화암사이가 활동면이되어 상부의 토사가 비탈면 하단으로 밀려 내려왔을 것으로 유추되었다(그림 1).
- 각 대표 비탈면별로 한계평형해석용 프로그램인 SLOPE/W와 유한차분해석 프로그램인 FLAC 2D를 이용하여 각 조건별 최소안전율을 산정한 결과는 표 4와 같다.
- 문제 발생할 수 있다. 검토한 절토공의 경우 비탈면 경사 기준을 건설교통부(건설공사 비탈면 설계기준)의 토사원지반 절토비탈면 표준경사 기준에 의해 적용비탈면 경사는 비탈면 하부 1:1.2, 비탈면 상부 1:1.5, 소단 너비 1.0 이으로 설정하여 검토하였다(그림 10).
- 고려하고자 하는 대책공들의 효과를 비교 검토함으로써 최종 대책공을 선택하는데 참조하기 위해 기존 비탈면에 대한 안정성 검토와 동일한 방식으로 대책공으로고려할 Soil nailing공고} 절토공의 적용후 안정성 검토를수행하였다. 각 대표 비탈면별로 한계평형해석용 프로그램인 SLOPE/W와 유한차분해석 프로그램인 FLAC 2D를 이용하여 각 조건별 최소안전율을 산정한 결과는 표 4와 같다.
- 것으로 판단하였다. 따라서, 사업부지의 훼손을최소화 하고 현재 비탈면 상태에서 비탈면을 인用화 시키는 방법으로는 Soil nailing공과 절토공을 검토하였다. Soil nailing공의 종류 및 특징은 표 2와 같다.
- 본 조사지역에 대한 지층의 구성상태와 암반 역학적특성, 지질의 구조상태, 지하수의 분포상태 등을 파악하고 비탈면안정해석을 하기 위해 총 2공의 시추조사를실시하였다(그림 3). 각 시추공 위치에서 파악된 지층 개요는 붕적층의 경계가 BH-1에서 2.
- 등 일련의 과정들을 보여주고자 한다. 붕괴 이력 및 수문 검토를 통해 붕괴와 관련한 주요 원인을 추론하고 이에 대한 검증을 위해 지반조사 및 실험결과를 토대로 수치해석을 수행한다.
- 비탈면의 파괴 여부를 판단하기 위한 적용 허용 안전율은 건설교통부 기준*과 한국도로공사의 도로설계 실무편람, 을 적용하였는데 각각 건기시 1.5, 우기시 1.2 이다’ 그러나 지반조사 결과로부터 얻어진 강도 정수가 교란 시료로부터 얻어진 값이므로 0.1 을 제하였다’ 따라서, 본 검토에서 적용된 허용 안전율은 건기시 1.4, 우기시 1.1 으로 최종 설정하였으며, 적용 물성치는 표 1과 같다
- 유한차분법(Finite Difference Method)에 의한 비탈면 안정해석은 일반 한계 평형이론과는 달리 비탈면을 포함한 실제 지반을 비교적 정확히 모델링할 수 있으며 활동면 해석과 함께 전 영역에 걸쳐 해석이 가능하며, 지반내 응력 상태를 재현함으로써 보다 실제에 가까운 파괴 활동 형태 및 지반 내 응력변화, 비탈면에서의 전단파괴 영역 및 소성 범위를 확인 가능하다. 유한차분기법을 이용한 FLAC 2D 프로그램을 이용하여 비탈면이 파괴에 도달할 때까지의 응력 및 변형상태를 파악하여 보다 실제적인 안전율을 산정하여 비탈면의 안정성 검토 및 보강 설계에 반영하였다.
- 일반 한계평형이론은 비탈면 안정 해석시 얻어지는 임계활동면이 실제 비탈면에서의 활동면과 정확히 일치한다고 볼 수 없으며, 파괴시 힘의 평형만 고려할 수 있고 파괴에 이를 때까지의 변형 해석은 불가능할 뿐만 아니라 한계평형해석 수행시 방정식수가 많은 부 정정 연립방정식을 풀어야 하므로 해석상의 오류 발생이 가능성을 피하기 위해 유한차분코드인 FLAC 2D를 추가적으로 안정성 검토에 활용하였다. 유한차분법(Finite Difference Method)에 의한 비탈면 안정해석은 일반 한계 평형이론과는 달리 비탈면을 포함한 실제 지반을 비교적 정확히 모델링할 수 있으며 활동면 해석과 함께 전 영역에 걸쳐 해석이 가능하며, 지반내 응력 상태를 재현함으로써 보다 실제에 가까운 파괴 활동 형태 및 지반 내 응력변화, 비탈면에서의 전단파괴 영역 및 소성 범위를 확인 가능하다.
- 지반의 공학적인 문제를 해결하기 위하여 지반을 구성하고 있는 흙과 암석에 대하여 물리적 성질과 역학적성질을 파악하는 것이 무엇보다 중요하며, 이를 위하여현장조사에서 채취한 토질 및 암석시료에 대한 실내시험을 실시하였다.
대상 데이터
- 대상 지역 주위의 지질은 선캠브리아 시대의 편마암류와 이를 중생대 쥬라기에 관입한 화강암과 그 후 백악기에 이들 두 암체를 관입한 산성암맥들로 구성된다.
데이터처리
- 대상 비탈면의 안정성 해석을 위해서 한계평형해석프로그램인 SLOPE/W’)와 유한차분해석 프로그램인 FLAC 2D》를 활용하였다. 지표지질조사 및 2개의 시추공으로부터 대상 비탈면의 지층구분은 병-적토 풍화토 풍화암 등으로 이루어지고 있음을 확인하였으며, 이를 기준으로 각 해석단면의 지층 경계를 결정하였다.
성능/효과
- STA 2+11.000, 3+6.5000, (H9.0000 그리고 1+9.0000 에서의 기존 비탈면의 경우, 해석결과는 우기 시에만허용 안전 율미만의 최소 안전율을 가지는 것으로 나타났으며, 잠재적 비탈면파괴를 예상할 수 있었다. Soil nailing 보강후 최소안전율을 산정한 결과, 모든 해석 비탈면에서 건기 우기 모두 허용 안전율 이상으로 나타났다.
- 이 경우 모든 대표 비탈면에서 허용안전율을 이상의 최소안전율을 보였다. Soil nailing 보강이나 지하수 수위 조절을 병행하는 구배조정은 비탈면 안정화를 위해 모두 유효한 보강 공이라 판단되었다.
- 0000 에서의 기존 비탈면의 경우, 해석결과는 우기 시에만허용 안전 율미만의 최소 안전율을 가지는 것으로 나타났으며, 잠재적 비탈면파괴를 예상할 수 있었다. Soil nailing 보강후 최소안전율을 산정한 결과, 모든 해석 비탈면에서 건기 우기 모두 허용 안전율 이상으로 나타났다. 이는 제시한 Soil nailing 보강효과가 적절하게 작용하여잠재적 비탈면 파괴를 억제할 수 있는 것으로 사료된다.
- 3). 각 시추공 위치에서 파악된 지층 개요는 붕적층의 경계가 BH-1에서 2.0 m, BH-2에서 5.2 m 로 비교적 BH-2 지역이 깊게 형성되어 있는 반면, 풍화토의 경우는 각각 14.0과 9.0 이로 BH-lo] 더 깊게 나타났다. 지하수위의 경우 각각 20.
- 그러므로 본 현장의 비탈면파괴는 집중호우, 열악한 지반조건, 설계시 안전한 비탈면 경사의 미확보, 시공중 비탈면경사의 변경, 표층 보강 공법의 불량 등에 의하여 복합적으로 발생된 것으로 판단되었다.
- LINE에서 파괴된 비탈면을 통하여 지하수가 배출되는 것을 보여주고 있으며, 지하수의 주요 배출 경로가 될 수 있음을 알 수 있다. 그러므로 이 구간은 비탈면으로 지하수 유출이 빈번할 것으로 보이며 특히, B-LINE에서의 잦은 비탈면 파괴 현상과 관련이 있을 것으로 추정할 수 있었다.
- 절토 공법만을 적용하였을 경우에는 모든 해석 비탈면에서 우기시 허용안전율 미만의 최소안전율을 보여주었다. 따라서 비탈면 내 지하수 수위를 조절할 필요가 있었으며, 절토공법과 지하수위 저감 공법을 함께 병행하는 경우 검토된 모든 비탈면에서 비탈면의 최소 안전율이 허용안전율을 초과한 결과를 기대할 수 있었다.
- 산정한 결과. 모든 해석 비탈면에서 건기 우기 모두 허용 안전율을 만족 시키는 것으로 나타났다. 절토 공법만을 적용하였을 경우에는 모든 해석 비탈면에서 우기시 허용안전율 미만의 최소안전율을 보여주었다.
- 본 검토 대상 비탈면은 현장의 특성상 작업 부지가협소하고, 비탈면의 높이가 비교적 높으므로 비탈면의보강을 위해서는 Soil nailing공 또는 절토공의 적용이유리할 것으로 판단하였다. 따라서, 사업부지의 훼손을최소화 하고 현재 비탈면 상태에서 비탈면을 인用화 시키는 방법으로는 Soil nailing공과 절토공을 검토하였다.
- 비탈면해석 결과 현장비탈면의 안전율은 일부 구간을 제외하면 건기에는 대부분 규정된 비탈면 최소안전율을 만족하나 우기 시에는 모든 단면에서 안전율 기준을 만족하지 못하였으며, 특히 B-Line의 일부 구간은 건기의 경우에도 안정성이 비교적 낮은 것으로 나타났으며, 지반조건 및 비탈면의 경사와 관련이 있을 것으로 추정되었다. 그러므로 본 현장의 비탈면파괴는 집중호우, 열악한 지반조건, 설계시 안전한 비탈면 경사의 미확보, 시공중 비탈면경사의 변경, 표층 보강 공법의 불량 등에 의하여 복합적으로 발생된 것으로 판단되었다.
- 이곳의 비탈면 파괴 이력은 2005년 7월부터 2006년 7월까지 총 4차례였으며, 강우 이력과 비교 결과, 주로 강우 이후 비탈면파괴 현상이 발생 하였던 것으로 판단되었다.
- 해석 결과 대부분의 비탈면에서 건기시에는 B-Line의 일부를 제외 하면 대부분 적용 허용안전율 기준을 만족하나 우기시에는 모든 단면에서 안전율 기준을 만족 시키지 못하였다(그림 8). 이러한 결과는 현장의 지반조건, 비탈면 파괴 현황과 대체로 일치하는 결과였다 안정성 검토 결과 본 현장의 비탈면은 비탈면안정 대책공법을 반드시 적용하여야 하는것으로 나타났다.
- 모든 해석 비탈면에서 건기 우기 모두 허용 안전율을 만족 시키는 것으로 나타났다. 절토 공법만을 적용하였을 경우에는 모든 해석 비탈면에서 우기시 허용안전율 미만의 최소안전율을 보여주었다. 따라서 비탈면 내 지하수 수위를 조절할 필요가 있었으며, 절토공법과 지하수위 저감 공법을 함께 병행하는 경우 검토된 모든 비탈면에서 비탈면의 최소 안전율이 허용안전율을 초과한 결과를 기대할 수 있었다.
- 한다. 지반 조사를 위해 2개 공의 시추조사가 이루어졌으며, 암 시료에서도 BH-1은 흑운모화강암인 반면바로 옆 BH-2는 흑운모의 양이 현저히 감소하여 우백질화강암으로 변하고 있는 특징을 보였다(그림 1).
- 지반조건 검토결과 현장 비탈면의 상부에는 지반조사결과 현장 비탈면의 상부에는 느슨한 붕적층(A-LINE 의 N치 3, B-LINE의 N치 8~30)과 강도가 낮은 일부풍화토층(A-LINE의 N치 6~16 구간)이 존재하는 것으로 나타났으며, 특히 B-Line의 경우 일부 지역은 느슨한 붕적층의 심도가 깊어 강우에 의한 상부 비탈면의포화가 비탈면의 안정성에 매우 불리한 영향을 줄 수 있다.
- 2D》를 활용하였다. 지표지질조사 및 2개의 시추공으로부터 대상 비탈면의 지층구분은 병-적토 풍화토 풍화암 등으로 이루어지고 있음을 확인하였으며, 이를 기준으로 각 해석단면의 지층 경계를 결정하였다. 안정성 검토 대상 비탈면의 대표단면을 STA.
- 현장상황에 적합한 보강 방법은 Soil nailing 또는 절토공법으로 판단되었으며, Soil nailing 보강후 비탈면 안전율을 산정한 결과. 모든 해석 비탈면에서 건기 우기 모두 허용 안전율을 만족 시키는 것으로 나타났다.
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