강우로 인한 침투 및 지하수위 상승은 산사태나 사면 활동의 주요 원인이다. 이러한 경우 사면의 안전율을 확보하기 위하여 사면 경사를 완만하게 하거나, 보강재를 이용하여 저항력을 높여주는 공법이 사용된다. Mass Nail 공법은 Nail 보강공과 경사면 배수공, 표면 녹화공을 동시에 적용할 수 있는 환경 친화적인 경사면 보강 공법이다. 본 연구에서는 Mass Nail로 보강된 사면의 보강효과를 확인하기 위해 강우로 인한 사면의 함수비 변화를 고려하여 실내 모형 실험을 수행하였다. 그 결과, 무보강 사면에 대한 Mass Nail 보강 사면의 안전율은 약 1.4~2.3배 증가하였고, 함수비를 10%에서 22%로 증가 할 경우 무보강 사면에서 최대 응력은 12%~24%, 평균 18% 감소하였고, Mass Nail 경사면 보강법을 적용한 사면은 4%~23%, 평균 14% 감소함을 알 수 있었다.
강우로 인한 침투 및 지하수위 상승은 산사태나 사면 활동의 주요 원인이다. 이러한 경우 사면의 안전율을 확보하기 위하여 사면 경사를 완만하게 하거나, 보강재를 이용하여 저항력을 높여주는 공법이 사용된다. Mass Nail 공법은 Nail 보강공과 경사면 배수공, 표면 녹화공을 동시에 적용할 수 있는 환경 친화적인 경사면 보강 공법이다. 본 연구에서는 Mass Nail로 보강된 사면의 보강효과를 확인하기 위해 강우로 인한 사면의 함수비 변화를 고려하여 실내 모형 실험을 수행하였다. 그 결과, 무보강 사면에 대한 Mass Nail 보강 사면의 안전율은 약 1.4~2.3배 증가하였고, 함수비를 10%에서 22%로 증가 할 경우 무보강 사면에서 최대 응력은 12%~24%, 평균 18% 감소하였고, Mass Nail 경사면 보강법을 적용한 사면은 4%~23%, 평균 14% 감소함을 알 수 있었다.
Infiltration and the rising level of groundwater caused by rainfall are a major cause of the landslide and sliding. In order to secure the safety factor of slope, the slope stabilization and reinforcement works are used to enhance consistency. Nailing, Slope Drainage method and the surface vegetatio...
Infiltration and the rising level of groundwater caused by rainfall are a major cause of the landslide and sliding. In order to secure the safety factor of slope, the slope stabilization and reinforcement works are used to enhance consistency. Nailing, Slope Drainage method and the surface vegetation measures can be simultaneously applied in the Mass Nail method, which is also environmental friendly reinforcement method. To demonstrate the reinforcement effect of a strengthened slope by Mass Nail, the changes in water contents by rainfall were considered while performing Scale Model Test. As a result, safety factor of reinforced slope was about 1.4~2.3 times increased on the unstrength slope. In the case of increasing water content 10% to 22%, The maximum stress was reduced to 12%~24% at the average rate of 18% on the unstrength slope and the reinforced slope by the Mass Nail Method was reduced to 4%~23% at the average rate of 14%.
Infiltration and the rising level of groundwater caused by rainfall are a major cause of the landslide and sliding. In order to secure the safety factor of slope, the slope stabilization and reinforcement works are used to enhance consistency. Nailing, Slope Drainage method and the surface vegetation measures can be simultaneously applied in the Mass Nail method, which is also environmental friendly reinforcement method. To demonstrate the reinforcement effect of a strengthened slope by Mass Nail, the changes in water contents by rainfall were considered while performing Scale Model Test. As a result, safety factor of reinforced slope was about 1.4~2.3 times increased on the unstrength slope. In the case of increasing water content 10% to 22%, The maximum stress was reduced to 12%~24% at the average rate of 18% on the unstrength slope and the reinforced slope by the Mass Nail Method was reduced to 4%~23% at the average rate of 14%.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 모형 Mass Nail로 보강된 축소 사면을 조성하고 함수비 변화를 고려하여 실내 실험을 수행하고, 무보강시의 사면 파괴각도 및 파괴 시 최대응력과 비교 검토하여 Mass Nail의 보강 효과에 대해 확인하였다.
사면 안전율을 증가시키기 위한 공법으로 배수관을 설치하여 지하수위를 저하시키거나, 지반의 저항력을 증가시켜주는 저항체를 삽입하는 공법이 있다. 본 연구에서는 Soil Nailing 공법 중 Mass Nail로 보강된 사면에 함수비 변화로 인한 사면의 안정성 증가 효과를 검증하기 위하여 모형 실험기로 재하실험을 실시하였다.
제안 방법
또한 모형 단면의 파괴된 면에 수직거리 15 cm일 때 수평거리를 측정하여 내부마찰각(φ)을 얻었다.
모형실험으로 보강효과와 안전여부를 확인, 검토하기 위해 습윤 상태 및 침투수와 지하수위 상승에 따른 포화상태 등을 적용하여, 보강이 없는 무보강 사면과 Mass Nail로 보강된 사면에 대하여 파괴 시의 최대응력, 파괴각도를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에 사용된 시료는 국내 현장에서 쉽게 찾아 볼 수 있는 화강풍화토를 채취하여 자갈 및 호박돌을 제외하고 점토질 흙과 모래질 흙을 일정한 비율의 함수비로 혼합하여 24시간 방치 한 후에 흐트러진 시료를 15 cm씩 3회로 나눠 채우고 매 층에 1시간 동안 정하중 18.5 kg을 가하여 침하시켜 비슷한 조건에서 실험이 가능하도록 하였다. 상단까지 시료를 채운 다음에 10×10 cm 정방형 단면 중앙에 하중 재하 장치를 설치하여 파괴 시까지 응력과 변형값을 측정한다.
상단까지 시료를 채운 다음에 10×10 cm 정방형 단면 중앙에 하중 재하 장치를 설치하여 파괴 시까지 응력과 변형값을 측정한다.
보강재를 사용할 경우, 굴착을 하면서 배수관을 보강재 외곽까지 설치하여 지하수위 상승을 억제하고 유효응력을 증대시켜 안전율을 확보하기도 한다. 이러한 보강재는 현장의 지반조건과 현장조건을 고려하여 가장 안전하고, 경제적인 보강 방법을 선정하고 보강 후의 사면에 대한 안정해석을 재수행하여 무보강시와 비교 검토한다.
상단까지 시료를 채운 다음에 10×10 cm 정방형 단면 중앙에 하중 재하 장치를 설치하여 파괴 시까지 응력과 변형값을 측정한다. 측정된 데이터를 이용하여 응력 vs 침하량 곡선을 작성하고 곡선에서 곡률반경이 가장 작은 변곡점을 사면의 한계상태로 판단하여 그 때의 응력을 최대응력으로 산정하였다. 또한 모형 단면의 파괴된 면에 수직거리 15 cm일 때 수평거리를 측정하여 내부마찰각(φ)을 얻었다.
하중이 증가 하면서 사면에 균열이 발생하고, 파괴가 일어나면, 붕괴 사면을 정리하고 사면 붕괴 각도를 측정하기 위해 수직축 15 cm일 때 수평거리를 측정하여 최대 주응력 면과 이루는 각(θ)을 측정하여 θ = 45 + φ/2 식으로 내부마찰각 (θ)을 각 시료에서 산정하여 비교한다.
대상 데이터
조임 너트는 완전히 조일 수 있고, 풀림 방지로 이중너트를 사용한다. Spacer는 실용신안 제 0192108호 제품으로, 일면 절단면과 원주방향에 Round형 돌출부 십자 형태로 형성된 PVC제품을 사용한다. 그라우트 호스는 Spacer에 부착 설치한다.
그림 7의 Mass Nail의 자재는 SD40 이형철근을 사용하며, 주금속/보조금속 지압 판은 1.2 cm 두께 강판 및 방청페인트 도포된 제품을 사용한다. 또한 규격은 주 금속 지압 판 300×300×012 mm 및 400×400×12 mm, 보조금속 지압 판 150×150×12 mm이다.
모형 실험에 사용된 Mass Nail은 직경 2 mm 철사를 사용하였고, Nail의 간격은 폭×높이 각각 10 cm×5 cm 간격으로 설치하였으며, 낚시 줄을 이용하여 수동토압을 적용 하였다.
성능/효과
1) Mass Nail 경사면 보강 법은 양 입도 조건 일 때 최대건조밀도가 증가 할수록 안전율이 증가하였고, 무보강사면의 사면경사각으로 35°로 할 때 Mass Nail 보강공법의 사면경사각은 49.32° ~68.78°로 증가함을 알았다.
2) 사면 내부의 간극수압 영향을 방지하기 위해 경사면 배수관을 설치하여 하향 침투수압의 신속 배수처리 및 지하수위의 저하효과와 지하수위의 상승 억제효과를 확고하게 고려한 공법이지만 만약, 우수 등의 지표면수가 사면에 침투하거나 지하수상승으로 포화상태에서 무보강사면의 사면 경사각을 35°로 할 때 Mass Nail 경사면 보강공법의 사면 경사각은 43.85°~65.91°로 증가함을 알았다.
3) 무보강 사면에서 함수비를 10%전후에서 22%전후로 증가 할 경우 응력 감소율은 11.5%~23.6%, 평균 17.6%로 감소하였고, Mass Nail경사면 보강법은 3.5%~22.7%, 평균 13.1%로 감소하였다. 강우로 인한 사면의 함수비가 증가 시 Mass Nail을 적용하여 보강함으로써 사면의 안전율을 높일 수 있음을 알 수 있다.
1%로 감소하였다. 강우로 인한 사면의 함수비가 증가 시 Mass Nail을 적용하여 보강함으로써 사면의 안전율을 높일 수 있음을 알 수 있다.
무보강 사면에 대한 최대응력의 평균은 0.3429 kg/cm²이고, Mass Nail로 보강한 사면에 대한 최대응력의 평균 값은 0.6246 kg/cm²으로 1.82배의 보강 효과가 있었다.
무보강 사면에 대한 최대응력의 평균은 0.4231 kg/cm²이고, Mass Nail로 보강한 사면에 대한 최대응력의 평균 값은 0.7213 kg/cm²으로 1.68배의 보강 효과가 있었다.
82배의 보강 효과가 있었다. 즉, 높은 함수비에서 더 큰 보강 효과가 있음을 알 수 있었다. 이러한 파괴시의 최대응력 증가는 Mass Nail의 보강효과로서, Mass Nail의 지반과의 마찰과 수동토압의 작용으로 인하여 사면의 전단강도를 증가시켰기 때문이라고 판단된다.
함수비 10% 전후의 무보강 사면에 대한 최대응력 평균은 0.4231 kg/cm²이고, 22% 전후의 무보강 사면에 대한 최대응력의 평균값은 0.3429 kg/cm²으로 함수비가 10%에서 22%로 증가함에 따라 파괴 시의 최대 응력은 약 18.9%의 감소를 보였다.
함수비 10% 전후의 무보강 사면에 대한 최대응력 평균은 0.7123 kg/ cm²이고, 22% 전후의 무보강 사면에 대한 최대응력의 평균값은 0.6246 kg/cm²으로 함수비가 10%에서 22%로 증가함에 따라 파괴 시의 최대 응력은 약 12.3%의 감소를 보였다.
함수비를 고려하여 사면의 Mass Nail 보강 효과를 알아보기 위한 모형 실험에서 사면 파괴시의 최대 응력과 파괴 각도를 측정하여 함수비의 영향과 Mass Nail의 보강 효과를 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
산사태가 발생하는 이유는 무엇인가?
이러한 산사태는 특히 지질 구조와 밀접한 관계를 가지고 있으므로 특정 지역에 집단적으로 분포하는 경향이 있고, 집중호우나 지속적인 장기 강우 시 발생하는 경우가 대부분이다. 즉, 산사태는 강우 시 지표면 침투수의 증가로 흙의 단위중량이 증가하면서 전단응력이 전단강도와 같아져 활동 현상이 발생한다.
집중호우로 인한 대규모 산사태의 특징은 어떠한가?
우리나라는 국토의 70%정도가 산악지역으로 이루어져 있으며, 여름철 집중호우로 인한 대규모 산사태가 매년 발생하고 그로 인해 많은 인명피해와 재산손실을 입고 있는 실정이다. 이러한 산사태는 특히 지질 구조와 밀접한 관계를 가지고 있으므로 특정 지역에 집단적으로 분포하는 경향이 있고, 집중호우나 지속적인 장기 강우 시 발생하는 경우가 대부분이다. 즉, 산사태는 강우 시 지표면 침투수의 증가로 흙의 단위중량이 증가하면서 전단응력이 전단강도와 같아져 활동 현상이 발생한다.
Lumb에 의하면 강우로 인한 사면 붕괴의 주된 원인은 무엇인가?
강우로 인한 사면 붕괴의 영향에 대해서는 홍콩지역에서 활발히 연구가 진행되어 왔는데, Lumb에 의하면 강우로 인한 직접적인 침투가 파괴의 주된 원인이었으며, 붕괴 당시의 일 강우량뿐만 아니라 선행 강우량의 크기에 중요한 영향을 받고 있다고 주장하였다(Lumb 등, 1975). 그 후 Brand는 사면붕괴 당시 강우강도의 크기가 지배적인 조건임을 발표 하였다(Brand 등, 1984).
참고문헌 (10)
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김영묵 (1990) 강우시 무한사면의 침투거동, 박사학위 논문, 동국대학교 대학원.
박윤수(2005) 강우시 불포화 성토사면의 안정해석에 관한 실험적 연구, 석사학위논문, 조선대학교 산업대학원.
이상경(2005) 불포화 무한사면의 침투거동에 대한 연구, 홍익대학교 대학원 박사학위논문.
조성은, 이승래 (2000) 강우특성을 고려한 사면의 표면파괴에 대한 안정성 평가. 한국지반공학회 논문집, 제16권, 제5호, pp. 107-116.
Brand, E.W. and Phillipson, H.B. (1984) Relationship between Rainfall and Landslides in Hong Kong. Proceedings of the Forth International Symposium on Landslides, Toronto, Vol. 1, pp. 377-384.
Fredlund, D.G., Xing, A. and Huang, S. (1994) Predicting the Permeability Function for Unsaturated Soils using the Soil-Water Characteristic Curve. Canadian Geotechnical Journal. Vol. 31, pp. 521-532.
Kamalnath Dissanayake A. (2005) Rain-Induced Groundwater Flow Experiments in Relation to the Initition of Shallow Landslides in Hilly Areas, Hiroshima University, Doctorial Thesis.
Lumb, P. (1975) Slope Failures in Hong Kong, Quarterly Journal of Engineering Geology, Vol. 9, pp. 31-65.
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