열수변질에 의한 점토맥이 존재하는 사면 발생시 사면의 안전성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 파괴면의 형성 위치에 따라 접촉면 조건과 비접촉면 조건으로 분류하여 점토맥의 점착력, 내부마찰각, 방향성, 지하수위, 강우강도, 강우 지속시간 등의 인자에 따라 점토맥이 사면 안전율에 미치는 영향을 수치 모델링 연구를 통해 조사하였다. 지반 정수가 클수록 사면 안전율이 증가하였다. 사면 내 지히수위가 상승하면 사면 안전율이 감소하는 것을 확인하였다. 다양한 토양에 대한 강우 침투 모델링 결과 이질토는 강우강도에 따라 다양한 지하수위 발달 경향을 보인다. 반면에 사질토는 빠른 배수로 인해 지하수위의 상승이 거의 나타나지 않았다. 따라서 점토맥이 존재하는 사면에서 사질토는 이질토에 비해 사면 안전율에 미치는 영향이 적었다.
열수변질에 의한 점토맥이 존재하는 사면 발생시 사면의 안전성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 파괴면의 형성 위치에 따라 접촉면 조건과 비접촉면 조건으로 분류하여 점토맥의 점착력, 내부마찰각, 방향성, 지하수위, 강우강도, 강우 지속시간 등의 인자에 따라 점토맥이 사면 안전율에 미치는 영향을 수치 모델링 연구를 통해 조사하였다. 지반 정수가 클수록 사면 안전율이 증가하였다. 사면 내 지히수위가 상승하면 사면 안전율이 감소하는 것을 확인하였다. 다양한 토양에 대한 강우 침투 모델링 결과 이질토는 강우강도에 따라 다양한 지하수위 발달 경향을 보인다. 반면에 사질토는 빠른 배수로 인해 지하수위의 상승이 거의 나타나지 않았다. 따라서 점토맥이 존재하는 사면에서 사질토는 이질토에 비해 사면 안전율에 미치는 영향이 적었다.
Clay veins that occurred in a slope by hydrothermal alteration, can significantly affect its slope stability. The effect of clay veins on the slope stability was investigated by numerical modeling study. Various parameters such as cohesion, internal friction angle, orientation, groundwater level, ra...
Clay veins that occurred in a slope by hydrothermal alteration, can significantly affect its slope stability. The effect of clay veins on the slope stability was investigated by numerical modeling study. Various parameters such as cohesion, internal friction angle, orientation, groundwater level, rainfall intensity and duration, have been modelled. As shear strength increased, factor of safety increased. As groundwater level developed, factor of safety decreased. For the case of slip surface developed on interface, factor of safety was lower than that for case of slip surface developed on either weathered soil or clay vein. The effect of various soil types of the slope stability was also investigated by simulating seepage through the slopes with various soils. The groundwater level significantly increased on the slopes with silty and generic soils. For the slope with sandy soil, almost no change in groundwater level was observed due to rapid drainage.
Clay veins that occurred in a slope by hydrothermal alteration, can significantly affect its slope stability. The effect of clay veins on the slope stability was investigated by numerical modeling study. Various parameters such as cohesion, internal friction angle, orientation, groundwater level, rainfall intensity and duration, have been modelled. As shear strength increased, factor of safety increased. As groundwater level developed, factor of safety decreased. For the case of slip surface developed on interface, factor of safety was lower than that for case of slip surface developed on either weathered soil or clay vein. The effect of various soil types of the slope stability was also investigated by simulating seepage through the slopes with various soils. The groundwater level significantly increased on the slopes with silty and generic soils. For the slope with sandy soil, almost no change in groundwater level was observed due to rapid drainage.
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문제 정의
따라서 본 연구의 목적은 점토맥이 하부에 존재하는 사면에서 강우 시 사면 내부의 간극 수압 변화를 모델링 프로그램을 통해 조사하고 사면의 안정도에 영향을 미치는 인자를 정량적으로 규명하는 것이다.
그러나 Min et al(2007)은 점토 맥과 경계부의 물리적 특성이나 지하 수위 조건 등 다양한 인자의 영향에 대한 연구는 수행하지 않았다. 따라서 본 연구에서는 점토맥과 경계부, 풍화토층의 물리적 . 수리적 특성이나 강우 조건과 같은 외부 조건에 따른 사면 안전율의 변화에 대한 연구를 수행하였다.
따라서 본 연구에서는 점토맥과 경계부, 풍화토층의 물리적 . 수리적 특성이나 강우 조건과 같은 외부 조건에 따른 사면 안전율의 변화에 대한 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 접촉면 조건과 비접촉면 조건을 이용하여 지반 정수, 지하수 수위, 강우 조건, 토양 수분 특성 곡선 등 여러 조건에 따른 사면 안전율 변화를 조사하였다.
가설 설정
Interface and no-interface conditions used in this study, (a) Interface condition and (b) no-interface condition with clay vein by direction of 20°. (c) interface condition and (d) no-interface condition with clay vein by cross direction to slope surface.
본 연구에서는 Morgenstern & Price법과 Bishop간 편법을 혼용하여 사면 안전율을 계산하였다. 또한 점토 맥의 존재로 인하여 사면 파괴가 비원호 형태로 발생하는 것을 가정하였다. Morgenstern & Price법은 모든 평형조건을 만족시키는 방법이며, 모든 형태의 사면 파괴에 적용이 가능한 한계평형해석 방법으로 가장 정확한 사면 안전율을 계산할 수 있다.
제안 방법
본 연구에서는 Min et al.(237)에서 연구한 사면을 기본으로 하여 일부 조건을 수정하여 모델링 연구를 수행하였다(Fig. 2). 대상 사면의 지반 정수는 Min et (2007)의 자료를 참고하였다(Table 1).
이에 따라 Min et 泓(2007)는 대상 사면을 사면 파괴 시 활동면이 점토맥과 풍화토의 경계부에 존재하는 경우(접촉면 조건)와 점토맥 내부에 존재하는 경우(비접촉 면 조건)의 두 가지 사례로 분리하여 한계 평형 해석모델링을 수행하였다. 따라서 본 연구에서도 접촉면 조건과 비접촉면 조건으로 나누어 다양한 지반 정수를 사용하여 한계평형해석 모델링을 실시하였다. 접촉면 조건에서는 파괴면이 점토맥과 풍화토층 사이에 존재하는 접촉면층의 중간에 위치하며 비접촉면 조건에서는 파괴면이 점토맥의 중간에 위치한다(Fig.
비정상류 해석 결과와 연계된 SLOPE/W 모델링 수행 시 사면 파괴 형태는 원호 파괴 형태를 적용하였다. 원호 파괴 적용 시 Slip Radius와 Slip Grid는 모델링 과정에서 동일한 좌표를 지정하여 수행하였다.
시 사면 파괴 형태는 원호 파괴 형태를 적용하였다. 원호 파괴 적용 시 Slip Radius와 Slip Grid는 모델링 과정에서 동일한 좌표를 지정하여 수행하였다.
이용하였다. 접촉면 조건은 파괴면이 점토맥 내부에 존재하도록 설정하였고, 비접촉면 조건은 풍화토층의 경계면 부근에 위치하게 적용하였다.
활동면이 경계부에 존재하는 경우(접촉면 조건)는 경계부의 전단강도가 점토맥의 전단강도보다 크지 않은 범위로 하여 점착력(아은 1~11 kPa을 적용하였고, 내부마찰각 (φ)은 1-18.6 kN/i*을 적용하였다(Table 2). 점착력과 내부마찰각은 Min et 0.
6 kN/i*을 적용하였다(Table 2). 점착력과 내부마찰각은 Min et 0.(2007)에서 직접 전단 실험을 통해 구한 값을 최대값으로 하여 일정한 간격으로 설정하였다.
사면 내 점토맥의 방향성에 따른 사면 안전율의 변화를 알아보기 위하여 교차방향(Cross), 풍화암층에 평형한 방향(Parallel), 15°, 20°, 25°, 30° 6가지 조건에 대하여 접촉면 조건과 비접촉면 조건의 모델링을 각각 수행하였다(Bible 2). 사면과 점토맥의 교차방향(Cross) 은 Min " M.
지하수위의 변화가 사면 안전율에 미치는 영향을 파악하기 위하여 사면 내 점토맥이 교차방향으로 존재하는 경우와 20° 방향으로 존재하는 경우에 대하여 세 가지 지하 수위 조건을 적용하였다. 파괴면은 Block Specified 방법을 이용하여 사면 안전율을 계산하였다.
파괴면은 Block Specified 방법을 이용하여 사면 안전율을 계산하였다. 교차 방향은 Min et 泌(2007)에서 조사한 실제 사면의 조건과 동일하며 교차방향을 제외한 5가지 조건의 평균 각인 20。의 방향성을 선정하여 지하수위 변화에 대한 모델링을 실시하였다. 지하수위 조건은 총 세 가지로 포화된 경우, 지하수위가 점토층 상부에 존재하는 경우, 지하 수위가 점토층 하부에 존재하는 경우이다(Eble 2, Fig.
사면에 대해 모델링을 수행하였다. 모델링은 비정상류 조건으로 진행하여 시간에 따른 변화를 관찰하였다, 초기 지하수위는 점토층하부에 존재하는 경우를 적용하였다. 강우는 113.
본 연구에서 적용한 강우강도는 호우 경보 수준의 강우강도인 10 mnVhr 와 태풍과 같은 기상 조건에서 나타나는 50 mm/hr를 포함하고 있다. 현재까지 국내에서 기록된 최대 시간당 강수량은 지난 1998년 순천에서 기록된 145 mm/hr이며 (Korea Meteorological Administration, 2008), 본 연구에서는 100 mm/hi까지 강우강도를 설정하여 이와 같은 극단적인 강우 상황도 고려하였다(Eble 2).
사질토와 이질토의 토양 수분 특성. 곡선의 결과를 비교하였다. 사질토의 토양 수분 특성 곡선을 이용한 연구에서는 강우강도와 지속시간에 따른.
사면 내의 지하수위 변화에 따른 사면 안전율의 변화 양상을 파악하였다. 기존의 사면 연구는 지하 수위를 포화 상태로 가정하고 모델링을 수행하는 것이 보통이나 대부분의 경우 포화되기 전에 파괴되는 것이 일반적이다.
대상 데이터
2). 대상 사면의 지반 정수는 Min et (2007)의 자료를 참고하였다(Table 1).
(2005)에 의하면 토층의 두께가 두꺼울수록 지하수의 영향을 많이 받아 사면 안 전율이 낮아지는 결과를 나타낸다. Min et 说(2007)의 대상사면은 이러한 조건을 충족시키는 사면으로써 본 연구의 대상 사면으로 선정하였다. Min et 0.
본 연구에 사용된 프로그램은 GeoStudio 2007 (Geo Slope사, 캐나다)로서 다양한 모델링을 할 수 있는 프로그램이다. SEEP/W는 지하수의 흐름이나 간극수압의 소산을 계산하는 유한요소해석 프로그램으로 단순한 포화.
모델링은 비정상류 조건으로 진행하여 시간에 따른 변화를 관찰하였다, 초기 지하수위는 점토층하부에 존재하는 경우를 적용하였다. 강우는 113.8 시간까지 일정량이 내리는 것으로 설정하였으며, SEEP/W 프로그램을 이용하여 비정상류 해석을 통해 0.03-113.8 시간에서의 사면 내의 지하수위와 침윤전선의 자료를 획득하였다. 강우 지속시간은 0 초를 시작 값으로 하였다.
3 mm/hr에 해당한다. 본 연구에서 적용한 강우강도는 호우 경보 수준의 강우강도인 10 mnVhr 와 태풍과 같은 기상 조건에서 나타나는 50 mm/hr를 포함하고 있다. 현재까지 국내에서 기록된 최대 시간당 강수량은 지난 1998년 순천에서 기록된 145 mm/hr이며 (Korea Meteorological Administration, 2008), 본 연구에서는 100 mm/hi까지 강우강도를 설정하여 이와 같은 극단적인 강우 상황도 고려하였다(Eble 2).
이론/모형
본 연구에서는 Morgenstern & Price법과 Bishop간 편법을 혼용하여 사면 안전율을 계산하였다. 또한 점토 맥의 존재로 인하여 사면 파괴가 비원호 형태로 발생하는 것을 가정하였다.
점토맥의 전단 강도와 방향幼 지하수위의 변화에 따른 사면 안전율을 파악하는모델링은 접촉면과 비접촉 면 조건의 차이를 파악하기 위하여 Block-specified 방법을 이용하였다. 접촉면 조건은 파괴면이 점토맥 내부에 존재하도록 설정하였고, 비접촉면 조건은 풍화토층의 경계면 부근에 위치하게 적용하였다.
조건을 적용하였다. 파괴면은 Block Specified 방법을 이용하여 사면 안전율을 계산하였다. 교차 방향은 Min et 泌(2007)에서 조사한 실제 사면의 조건과 동일하며 교차방향을 제외한 5가지 조건의 평균 각인 20。의 방향성을 선정하여 지하수위 변화에 대한 모델링을 실시하였다.
토양 수분 특성 곡선의 경우 각 토양의 수분 함량은 Fredlund and Xing(1994, Fig 5)을 참고하였다. Fredlund and Xing(1994)은 식-(1)을 통해 계산되는 일반적인 토양의 흙-수분 특성 곡선을 제안하였다.
성능/효과
, 2005). 이러한 연구를 통해 열수변질대의 점토맥은 열수 변질대의 원인이 된 암맥과 함께 사면이나 터널 공사 시에 안전에 영향을 끼치는 중요한 인자로 작용하는 것으로 밝혀졌다.
(2007刀는 점토맥에 대한 직접 전단 실험 시 점토맥 내부에 파괴면이 존재하는 경우와 점토 맥과 풍화토 경계부에 존재하는 경우의 두 가지 실험을 수행하였다. 직접 전단 실험 결과 점토맥의 강도는 점토 맥 내부에 파괴면이 존재하는 경우가 점토맥과 풍화토의 경계면에 파괴면이 존재하는 경우에 비해 점착력은 10배 크게 나타났으며 내부 마찰각도 크게 나타났다. 이에 따라 Min et 泓(2007)는 대상 사면을 사면 파괴 시 활동면이 점토맥과 풍화토의 경계부에 존재하는 경우(접촉면 조건)와 점토맥 내부에 존재하는 경우(비접촉 면 조건)의 두 가지 사례로 분리하여 한계 평형 해석모델링을 수행하였다.
강우 지속시간은 0 초를 시작 값으로 하였다. 시간 증가 값은 100 초를 초기 값으로 설정하여 단계에 따라 경과 시간이 두 배씩 증가하는 것으로 하였다, 113.8 시간까지 모델링을 수행하여 대부분의 사면이 포화되는 것을 확인하였다. 이에 따라 모델링은 113.
35으로 증가한다. 즉, 점착력과 내부마찰각(φ)의 값이 커짐에 따라 전단강도 값이 증가하여 사면 안전율이 증가하는 결과를 확인할 수 있었다(Fig. 6(b)).
9). 사면 안전율은 두 가지 경우 모두 강우 강도가 5 mm/hr 이상일 경우 강우 지속시간이 113.8 시간에 도달해서야 사면 안전율이 처음으로 감소하는 경향을 보였다(Fig. 11).
사면 안전율은 지반 정수가 커지면 접촉면 조건과 비접촉 면 조건에서 모두 사면 안전율이 상승하였다. 비접촉 면 조건은 접촉면 조건에 비하여 높은 지반 정수를 가지므로, 사면 안전율이 높게 나타난다.
강우강도와 지속시간이 사면 안전율에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 사질토는 강우강도와 강우 지속시간이 증가함에도 사면 안전율의 값이 변화가 거의 없었다.
비접촉 면 조건은 접촉면 조건에 비하여 높은 지반 정수를 가지므로, 사면 안전율이 높게 나타난다. 비접촉 면 조건에서 내부마찰각(φ)이 30° 이상으로 증가할 경우 사면 안전율의 증가율이 커지는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
그러므로 국토의 많은 부분이 심성암이나 변성 암으로 이루어진 우리나라의 경우 이런 열수의 유입으로 인한 지각 내의 열수 변질대에 의한 점토맥이 존재하는 사면에서 강우에 의한 지하수위 변동, 간극수압의 변화와 사면의 안정성과의 상관관계 규명에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구의 목적은 점토맥이 하부에 존재하는 사면에서 강우 시 사면 내부의 간극 수압 변화를 모델링 프로그램을 통해 조사하고 사면의 안정도에 영향을 미치는 인자를 정량적으로 규명하는 것이다.
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