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절토사면의 전도파괴에 대한 안정성 평가 및 수치해석적 고찰
A Study on the Stability Evaluation and Numerical Simulation of Toppling Failure on a Cut-Slope 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.20 no.1 = no.63, 2010년, pp.13 - 23  

최지용 (한국건설기술연구원 지반연구실) ,  김승현 (한국건설기술연구원 지반연구실) ,  구호본 (한국건설기술연구원 지반연구실)

초록
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암반사면의 전도파괴는 암반이나 토체가 기존 파괴면을 따라 미끄러지는 다른 파괴형태와는 달리 암주 혹은 암블록의 회전을 동반하는 파괴형태로 정의된다. 이는 사면방향에 대해 역방향으로 발달된 불연속면이 존재하는 구역에서 주로 발생하며, 불연속면의 지질학적 특성뿐 아니라 기하학적인 특성도 사면의 안정성을 판단하는 중요한 요소로 작용된다. 본 연구에서는 역방향 불연속면이 발달된 절토사면에 대해 안정성을 평가하였다. 일반적으로 암반의 파괴거동은 불연속체 특성을 가지고 있으나 최근 연속체 해석에서 불연속면을 모사하는 수치해석방법들이 많이 논의되고 있다. 본 연구에서는 연속체 해석인 유한요소해석에 불연속면을 이질적인 경계특성에 적용되는 계면요소를 이용하여 모사함으로써 불연속면이 고려된 사면의 거동특성을 파악하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Toppling failure of a slope is defined as failure behavior accompanying the rotation of rock block which is different from other failure such as sliding along with discontinuities and so on. It generally occurs in the region that discontinuities were developed with inverse dip direction to a slope a...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구는 도로변 절토사면에 대해 전도파괴에 대한 안정성을 평가하고 불연속면에 의한 사면의 거동양상에 대해 분석함으로써 추후 합리적인 대책공법을 적용하여 사면 붕괴에 대한 안정성을 확보하기 위한 기초 자료를 작성하는 것을 목적으로 한다. 이에 면밀한 현장조사를 통해 현황도를 작성하였으며, 사면의 지질학적, 지반공학적 특성의 파악과 더불어 적정 강도정수를 적용한 안정성 해석을 수행하였다.
  • 본 연구는 역방향 불연속면이 발달되어있는 암반사면에 대해 전도파괴에 대한 안정성을 평가하고 연속체해석에서 암반의 불연속면에 의한 변형거동특성을 모사할 수 있는 수치해석적 방법에 대해서 고찰하였다.
  • 암반사면의 붕괴는 불연속면의 기하형상, 위치, 조합에 의해서 결정되기 때문에 연속체해석에는 적용성에 한계가 있는 것으로 평가되어지나 최근 연속체 해석에서 불연속 거동특성을 모사할 수 있는 방법이 활발히 논의 되고 있다. 본 연구에서는 사면내 불연속면의 기하특성 및 강도특성을 최대한 정확히 모사할 수 있도록 3차원 유한요소해석에 연속체 해석에서 불연속면 경계특성에 주로 적용되는 계면요소를 이용하여 수치해석을 수행하였다. 불연속면의 기하특성을 모사하기 위해서 현장조사시 획득한 자료를 바탕으로 직접 3차원으로 모델링하였으며, 불연속면의 강도 및 변형특성을 부여하여 계면요소를 생성하였다.
  • 그러므로 해석시 불연속면의 3차원 기하학적 특성을 정확히 반영하고 각각에 합리적인 강도특성을 부여하였을 경우 실제 발생하는 거동특성을 정확히 예측할 수 있다. 본 연구에서는 연속체해석에서 불연속면의 기하특성과 강도특성을 가능한 정확하게 모사할 수 있는 수치해석적 방법에 대해서 논하였다. 현장조사에서 획득한 불연속면의 지형특성을 반영하기 위해 3차원해석을 수행하였으며 불연속면을 연속체해석에서 이질적인 경계특성에 주로 적용되는 계면요소(interface element)로 직접 모델링함으로써 불연속면이 사면거동에 미치는 영향을 정확히 파악하고자 하였다.
  • 수치해석법은 암반의 불연속면을 거시적 관점에서 연속체로 평가하여 해석하는 연속체 해석법과 암반 내의 개개 불연속면을 암반블록으로 된 불연속체로 간주하여 파괴 후 암반 블록의 거동, 영향 범위, 파괴 메카니즘을 해석하는 불연속체 해석법으로 대별된다. 최근 연속체 해석에서 불연속면을 고려하는 방법에 대해 여러 방법들이 제안되고 있으며 본 연구에서는 불연속면을 이질적인 경계특성에 적용하는 계면요소(interface element)를 이용하여 모사한 후 연속체 기반인 유한요소해석을 수행함으로써 불연속면을 고려한 사면의 변형 거동 양상을 고찰하고자 하였다.

가설 설정

  • 계면요소는 일반적인 유한요소 정식화 과정을 사용하지만, 요소의 두께는 0으로 가정한다. 두께가 0인 계면요소를 수치 해석적으로 정의하기 위해서 벌칙강성(penalty stiffness)을 적용한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
암반사면의 전도파괴란 무엇인가? 암반사면의 전도파괴는 암반이나 토체가 기존 파괴면을 따라 미끄러지는 다른 파괴형태와는 달리 암주 혹은 암블록의 회전을 동반하는 파괴형태로 정의된다. 이는 사면방향에 대해 역방향으로 발달된 불연속면이 존재하는 구역에서 주로 발생하며, 불연속면의 지질학적 특성뿐 아니라 기하학적인 특성도 사면의 안정성을 판단하는 중요한 요소로 작용된다.
일반적인 암반사면의 붕괴를 형태에 따라 분류하면 무엇이 있는가? 암반사면의 안정성을 해석함에 있어 고려해야할 가장 중요한 요소는 경사면의 배후에 있는 암반의 기하학적 형상이다. 일반적인 암반사면의 붕괴는 그 형태에 따라 평면파괴, 쐐기파괴, 전도파괴 등으로 분류된다. 평면파괴와 쐐기파괴와는 달리 전도파괴는 층리나 엽리가 거의 수직으로 연속적으로 발달하는 습곡지대에서 관찰되어 오고 있다.
암반사면의 전도파괴는 어디에서 주로 발생하는가? 암반사면의 전도파괴는 암반이나 토체가 기존 파괴면을 따라 미끄러지는 다른 파괴형태와는 달리 암주 혹은 암블록의 회전을 동반하는 파괴형태로 정의된다. 이는 사면방향에 대해 역방향으로 발달된 불연속면이 존재하는 구역에서 주로 발생하며, 불연속면의 지질학적 특성뿐 아니라 기하학적인 특성도 사면의 안정성을 판단하는 중요한 요소로 작용된다. 본 연구에서는 역방향 불연속면이 발달된 절토사면에 대해 안정성을 평가하였다.
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참고문헌 (10)

  1. 박연준, Dawson E.M., 1997, 편리절리모델의 유용성과 한계성, 터널과 지하공간, 한국암반공학회, 7, 202-207. 

  2. 박연준, 유광호, 1998, 편재절리모델을 이용한 절리 암반 사면의 안정성 해석, 터널과 지하공간, 한국암반공학회, 8, 287-295. 

  3. 정창희, 이돈영, 유양수, 강기우, 1979, 평창.영월 지질도폭 설명서, 자원개발연구소, 19. 

  4. Barton, N.R. 1973, Review of a new shear strength criterion for rock joints, Engineering Geology, Elsevier, 7, 287-332 

  5. Bieniawski Z.T., and C.M. Orr., 1976, Rapid site appraisal for dam foundations by the geomechanics classification, Proc. 12th Congr. Large Dams, ICOLD, Mexico City, 483-501. 

  6. Bieniawski Z.T., 1978, Determining rock mass deformability- experience from case histories, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstract, 15, 237-247. 

  7. Bieniawski Z.T., 1989, Engineering rock mass classification, John Wiley & Sons. 

  8. MIDAS IT, 2008, MIDAS/FEA analysis manual, 153-164. 

  9. Palmstrom A., 1982, The volumetric joint count-a useful and simple measure of the degree of rock jointing, Proc. 4th Int. Congr., Int. Assoc. Eng, Geol., 5, 221-228 

  10. Truman, R., 1988, An evaluation of strata support techniques in dual life gateroads, Ph.D Thesis, Univ. of Wales. 

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