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문제 정의
- 토층시료의 물리적 및 공칙적인 특성을 파악하기 위하여 실내토질시험을 수행하였다. 불교란 시료는 원호파괴가 발생한 사면의 하부와 측부에서 채취하였고, 이를 이용하여 비중, 함수비, 간극비, 공극률, 밀도 등을 구하였다.
가설 설정
- 사용하였다. 해석시 지형 조건은 앞서 실시한 FE석의 모델과 동일하며, Bishop법을 사용하였으며, 포화시의 지하수위는 지표면으로 가정하였고, 파괴면은 앞서 실시된 FEM해석의 변위 발생구간을 참조하여 파괴 원호를 설정하였다. 해석시 사용된 입력치는 Table 3과 같다.
제안 방법
- 2차원 사면안정해석을 실시하였다. 2차원 사면안정해석에는 실제 해석사면에 이종의 암층이 분포함에도 해석프로그램의 한계로 흙과 암층에 유일한 대푯값만을 각각 적용할 수 있어 암층의 경우 분포범위가 넓고 상대적으로 강도가 높은 화강암의 중량과 강도정수를 이용하였다. 3차원 사면안정해석의 경우 모델 내에서 암맥과 화강암의 영역을 지정하고 강도정수를 설정하였으며, 사면의 3차원적인 형상을 고려하여 해석을 수행하였다.
- 2차원 사면안정해석에는 실제 해석사면에 이종의 암층이 분포함에도 해석프로그램의 한계로 흙과 암층에 유일한 대푯값만을 각각 적용할 수 있어 암층의 경우 분포범위가 넓고 상대적으로 강도가 높은 화강암의 중량과 강도정수를 이용하였다. 3차원 사면안정해석의 경우 모델 내에서 암맥과 화강암의 영역을 지정하고 강도정수를 설정하였으며, 사면의 3차원적인 형상을 고려하여 해석을 수행하였다.
- 불교란 시료는 원호파괴가 발생한 사면의 하부와 측부에서 채취하였고, 이를 이용하여 비중, 함수비, 간극비, 공극률, 밀도 등을 구하였다. 균등계수와 곡률계수는 입도분석시험을 통해 구하였고, 전단강도는 포화된 시료에 대한 직접전단시험을 통해 도출하였다. 직접전단강도의 시험결과는 Fig.
- 본 연구에서는 3차원 사면안정해석과 함께 대표단 면에서 2차원 사면안정해석을 실시하였다. 2차원 사면안정해석에는 실제 해석사면에 이종의 암층이 분포함에도 해석프로그램의 한계로 흙과 암층에 유일한 대푯값만을 각각 적용할 수 있어 암층의 경우 분포범위가 넓고 상대적으로 강도가 높은 화강암의 중량과 강도정수를 이용하였다.
- , 2000)는 3차원적인 모델을 작성하여 구간별로 별도의 물성 및 역학성을 반영할 수 있는 해석프로그램이다 ㎛용석과 윤운상, 2004; 서용석 등, 2004). 본 해석을 위한 원지형모델은 국토지리정보원에서 발간한 1:5000 수치지형도를 이용하여 작성하였으며, 파괴면에 대한 모델은 현장측량을 통하여 실측현황도에 표고속성을 부여한 후 3차원 데이터로 변환하여 작성하였다 지하수위 모델은 지형데이터를 기초로 하여 모든 구간에 동일한 심도로 분포하도록 작성하였으며, 건조시에는 지하수 위가 활동면의 표고보다 낮게 분포하도록 구성하였고, 포화시에는 지표면과 일치하도록 구성하였다. 해석영역은 활동이 일어난 전 구간으로 설정하였으며, 해석에 입력되는 정수는 좌 .
- 실내토질시험을 수행하였다. 불교란 시료는 원호파괴가 발생한 사면의 하부와 측부에서 채취하였고, 이를 이용하여 비중, 함수비, 간극비, 공극률, 밀도 등을 구하였다. 균등계수와 곡률계수는 입도분석시험을 통해 구하였고, 전단강도는 포화된 시료에 대한 직접전단시험을 통해 도출하였다.
- 전단상자의 직경은 6cm이며 시험 시 적용한 전단속도는 1 mm/min이다. 시험도중 암석 시료가 움직이지 않도록 하기위해 하부링과 암석시료의 틈에 초속경 모르타르를 사용하여 고정하였으며, 상부링과 하부링간의 마찰을 최소화하기 위해 그리스를 바른 후 조립하였다. 전단시 현장의 응력상태를 고려한 수직 하중을 주어 포화 및 압밀하였으며, 동일 시료의 공시체로 수직 응력을 3단계로 달리 적용하여 최대 전단응력을 구하였다.
- 본 연구에서는 동일사면내에 암맥의 관입으로 두 종류의 지질이 분포하는 붕괴 사면 현장에서 시료를 채취하여 흙.암 경계면 전단시험을 수행하여 전단강도를 획득하였으며, 불교란 훍시료를 대상으로 한 실내토질시험을 실시하여 풍화토의 전단강도를 결정하였다. 시험결과는 $차원 한계평형해석을 통하여 사면 의안 전율을 구하였다.
- 해석영역은 활동이 일어난 전 구간으로 설정하였으며, 해석에 입력되는 정수는 좌 . 우 측벽부에 흙 전단시험 결과를 이용하였고, 활동면은 모암과 이를 관입한 암맥을 고려하여 두 구간으로 분할한 뒤 흙-암 경계면 시험결과를 사용하였다.
- 시험도중 암석 시료가 움직이지 않도록 하기위해 하부링과 암석시료의 틈에 초속경 모르타르를 사용하여 고정하였으며, 상부링과 하부링간의 마찰을 최소화하기 위해 그리스를 바른 후 조립하였다. 전단시 현장의 응력상태를 고려한 수직 하중을 주어 포화 및 압밀하였으며, 동일 시료의 공시체로 수직 응력을 3단계로 달리 적용하여 최대 전단응력을 구하였다. 시험결과는 Fig.
- 흙-암 경계면 시험을 위해 암석시료는 파괴가 발생한 영역에 분포하는 화강암과 암맥을 각각 채취하여 NX 사이즈의 코어로 천공하였다. 코어에서 파괴면을 보존하기 위해 반대편을 전단상자의 하부링과 같은 높이로 절단하였다.
대상 데이터
- 흙의 물성시험이나 전단시험은 그 시험 방법과 해석에 대하여 이미 규정화되어 있으나, 흙-암 경계면에 대한 시험은 이수곤과 김백순과 이경미 등(2009)에의 해 이루어진 바 있다. 본 연구에서는 동일사면내에 암맥의 관입으로 두 종류의 지질이 분포하는 붕괴 사면 현장에서 시료를 채취하여 흙.암 경계면 전단시험을 수행하여 전단강도를 획득하였으며, 불교란 훍시료를 대상으로 한 실내토질시험을 실시하여 풍화토의 전단강도를 결정하였다.
- 반복적인 원호파괴가 발생한 현장이다. 사면은 망일산 말단부의 절개지로서 상부 해발고도 108m, 하부 90m 내외의 능선이 이어지는 구룽지이며, 돌출된 급경사지의형태를 가진다. 사면의 전방과 상부에는 각각 지방도와 임도가 개설되어 있으며, 상부사면의 일부구간은 경작지로 이용되고 있다.
- 연구지역은 청원군 남일면 석판리에 위치하는 절개지사면으로 반복적인 원호파괴가 발생한 현장이다. 사면은 망일산 말단부의 절개지로서 상부 해발고도 108m, 하부 90m 내외의 능선이 이어지는 구룽지이며, 돌출된 급경사지의형태를 가진다.
- 최대응력 집중구간을 알아보기 위해 유한요소해석 프로그램인 PHASE2 (Phase2 hybrid-finite element model)를 이용하여 수치해석을 수행하였다. 해석은 사면에서 길이가 가장 긴 구간을 대표단면으로 선정하여 이용하였다. 해석에는 탄소성모델에 Mohr-Coulomb의 파괴기준이 적용되었으며 해석에 사용된 입력치는 Table 3과 같다.
데이터처리
- 시험결과는 $차원 한계평형해석을 통하여 사면 의안 전율을 구하였다. 사면안정성해석은 유사 FEM 해석이 가능한 PHASE2 프로그램을 이용하여 2차원적인 응력분포를 파악하였고, T4LREN 97을 이용하여 2차원 한계 평형 해석을 실시하였으며, 3차원적인 지질분포를 고려 할 수 있는 3차원 한계평형해석을 위하여 3D slidesoftware (Ohta and Hayashi, 1998; Ohta et al., 2000)를이용하였다.
- 암 경계면 전단시험을 수행하여 전단강도를 획득하였으며, 불교란 훍시료를 대상으로 한 실내토질시험을 실시하여 풍화토의 전단강도를 결정하였다. 시험결과는 $차원 한계평형해석을 통하여 사면 의안 전율을 구하였다. 사면안정성해석은 유사 FEM 해석이 가능한 PHASE2 프로그램을 이용하여 2차원적인 응력분포를 파악하였고, T4LREN 97을 이용하여 2차원 한계 평형 해석을 실시하였으며, 3차원적인 지질분포를 고려 할 수 있는 3차원 한계평형해석을 위하여 3D slidesoftware (Ohta and Hayashi, 1998; Ohta et al.
이론/모형
- 2차원 사면안정해석에는 한계평형상태에서 지반 파괴면을 고려하여 평가할 수 있는 1ALREN 97을 사용하였다. 해석시 지형 조건은 앞서 실시한 FE석의 모델과 동일하며, Bishop법을 사용하였으며, 포화시의 지하수위는 지표면으로 가정하였고, 파괴면은 앞서 실시된 FEM해석의 변위 발생구간을 참조하여 파괴 원호를 설정하였다.
- 한계평형해석에 앞서 사면붕괴 구간에 유발되는 변위분포범위와 최대응력 집중구간을 알아보기 위해 유한요소해석 프로그램인 PHASE2 (Phase2 hybrid-finite element model)를 이용하여 수치해석을 수행하였다. 해석은 사면에서 길이가 가장 긴 구간을 대표단면으로 선정하여 이용하였다.
- 해석은 사면에서 길이가 가장 긴 구간을 대표단면으로 선정하여 이용하였다. 해석에는 탄소성모델에 Mohr-Coulomb의 파괴기준이 적용되었으며 해석에 사용된 입력치는 Table 3과 같다. Fig.
성능/효과
- 1. 실내시험 결과에 의하면 연구지역의 토층은 모래질실트지빈에 해당하며 배수가 불량한 상태를 보여준다. 암맥과 흙의 경계면 전단강도는 화강암과 흙의 경계면 전단강도보다 낮게 나타난다.
- 2. Phase2 해석결과 최대전단변형률과 총변위가 분포하는 영역이 흙과 암반의 경계면 상부로서 실제 파괴영역과 유사하게 나타났다. 총변위는 표층부에서 가장 크게 나타났으며, 최대전단변형률은 흙과 암반의 경계에서 최대로 나타났다.
- 3. 흙-암 경계면 전단시험 결과를 이용하여 지질별로 각기 다른 강도정수를 적용하여 3차원 해석을 수행한 결과, 건조시에는 안정한 것으로 나타났으나, 포화시 급격히 불안정한 사면상태에 도달하는 것으로 나타났다. 이는 본검토대상사면이 집중강우시 붕괴가 일어났음을 감안할 때 3차원 사면안정해석이 2차원 사면안정해석보다 붕괴현상을 보다 현실적으로 설명한다고 할 수 있다.
- 화강암이 분포하는 영역에서는 포화 시에 상대적으로 경사도가 급한 상단부에 활동력이 크게 분포하고 있다. 3차원 사면안정해석 결과, 건조시와 포화 시의 안전율은 각각 1.26과 0.55로 현저한 차이를 보인다(Table 5).
- 물성시험결과, 함수비는 &9%로 나타났으며, 간극비와공극률은 각각 0.87, 46.4%로 산정되었다. 사질토에서 균등계수가 6이상이고, 곡률계수가 1에서 3사이의 값을 가질 때 흙의 입도가 양호한 것으로 분류되는데, 연구지역의 토층은 균등계수와 곡률계수가 26과 2.
- 4%로 산정되었다. 사질토에서 균등계수가 6이상이고, 곡률계수가 1에서 3사이의 값을 가질 때 흙의 입도가 양호한 것으로 분류되는데, 연구지역의 토층은 균등계수와 곡률계수가 26과 2.4의 값을 가지므로 입도가 양호함을 알 수 있다. 흙은 통일분류법에 따라 SM 으로 분류된다.
- Phase2 해석결과 최대전단변형률과 총변위가 분포하는 영역이 흙과 암반의 경계면 상부로서 실제 파괴영역과 유사하게 나타났다. 총변위는 표층부에서 가장 크게 나타났으며, 최대전단변형률은 흙과 암반의 경계에서 최대로 나타났다. 한계평형법을 이용한 2차원 사면안정해석 결과, 안전율은 포화시와 건기시에 모두 불안정한 사면으로 나타났다.
- 흙은 통일분류법에 따라 SM 으로 분류된다. 투수계수는 모래질 실트에 해딩하는 것으로 불량한 배수상태임을 보여주며, 액소성한계 시험에서액성한계는 32.9%, 소성한계는 20%, 소성지수는 129로 나타났다. 마찰각과 점착력은 31.
- 총변위는 표층부에서 가장 크게 나타났으며, 최대전단변형률은 흙과 암반의 경계에서 최대로 나타났다. 한계평형법을 이용한 2차원 사면안정해석 결과, 안전율은 포화시와 건기시에 모두 불안정한 사면으로 나타났다.
- 해석시 사용된 입력치는 Table 3과 같다. 해석결과는 Fig. 8과 같으며, 건조시와 포화시의 안전율은 모두 1 미만의 불안정한 사면으로 나타났다(Table 4). 이러한 안전율은 지형단면선의 위치에 따라 서로 다른 값을 보여줄 수 있다.
- 벡터 한쪽 끝의 작은 점은 벡터의 시작부이다. 해석결과를 살펴보면 활동 벡터의 방이 사면의 주활동방향과 유사한 방향을 나타내며, 포화시 활동력의 크기가 건기시 보다 크게 나타난다. 포화시 파괴면의 상단부는 활동력이 우세한 붉은색 원이 집중되며, 이는 매우 불안정한 사면상태를 보여준다.
- 3D Slide를 이용한 3차원 사면안정해석은 지형적 기복을 반영할 뿐만 아니라 사면에 분포하는 지질분포를 반영할 수 있다. 해석결과에서도 2차원 해석의 경우 건조시 0.92로 붕괴로 나타났으나, 3차원해석에서는 1.26으로 안정한 것으로 나타났다. 본 지역의 붕괴가 강우직후에 나타났음을 고려할 때 S차원해석의 결과가 좀 더 현실적으로 판단된다.
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