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강우시 불포화 준설토로 형성된 제방의 사면안정성 변화에 대한 수치해석적 연구
Numerical Study on the Variation of Slope Stability for the Embankment Formed by Unsaturated Dredging Soils during Rainfall 원문보기

한국토목섬유학회 논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.10 no.4, 2011년, pp.71 - 79  

유승경 (명지전문대학 토목과) ,  송영석 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부)

초록
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본 연구에서는 새만금지역의 방수제 제방단면을 대상으로 강우지속시간에 따른 침투깊이와 지하수위 변화를 예측하고 이를 토대로 사면안정해석을 수행하였다. 준설토로 구성된 제방의 불포화 지반정수를 산정하기 위하여 실험으로 구한 흡입응력과 직접전단시험으로 구한 점착력내부마찰각을 이용하였다. 강우에 따른 침투깊이와 지하수위 변화를 예측한 결과 강우초기와 지속시간 1시간 경과 후 제방 상부에 강우의 침투로 인하여 습윤전선이 하강하며, 이후 강우 지속시간이 길어짐에 따라 지하수위는 지속적으로 상승하였다. 강우 발생이후 에는 지하수위가 일정한 깊이로 분포되고 있으며, 시간이 경과할수록 지하수위는 점차 하강하였다. 강우에 따른 침투깊이와 지하수위 변화를 고려하여 사면안정해석을 수행한 결과 강우로 인한 침투가 발생됨에 따라 사면안전율은 급격히 감소하며, 강우지속시간이 24시간일 때 사면안전율이 가장 낮게 나타났다. 강우 발생이후에는 지반내 모관흡수력이 회복됨에 따라 사면안전율이 증가함을 알 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the variation of wetting front and ground water level at the embankment constructed in the Saemangeum area were predicted considering rainfall duration times and the slope stability analysis of the embankment was carried out according to prediction results of wetting front and ground ...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 Fredlund 등(1977)에 의해 제안된 식 (1)에서 모관흡수력의 영향을 나타내기 위한 부가적인 내부 마찰각(Φb)을 구하기 위하여 Lu 등(2006)와 Lu 등(2010)에 의해 제안된 흡입응력을 활용하고자 한다.
  • 본 연구에서는 새만금지역의 방수제 단면을 대상으로 상용프로그램인 SEEP/W를 이용하여 강우지속시간에 따른 침투깊이와 지하수위를 산정하고 SLOPE/W를 이용하여 한계평형해석을 수행하고자 한다. 그림 6은 본 연구의 방수제 단면에 대한 수치해석 단면을 나타낸 것이다.
  • 이와 같이 그림 4에서와 같이 실험을 통하여 산정한 흡입응력과 직접전단시험으로 구한 점착력 및 내부마찰각을 토대로 식 (2)를 이용하여 불포화 전단강도를 산정할 수 있다. 본 연구에서는 지표면으로부터 2m 깊이까지의 불포화 전단강도를 검토하고자 하였으며, 지표면에서 깊이가 증가할수록 부의 간극공기압이 증가함을 고려하여 모관흡수력과 전단강도의 상관관계 범위를 결정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
침투를 고려한 사면안정해석에 관한 국내외의 연구로 무엇이 있었는가? 침투를 고려한 사면안정해석에 관한 연구는 국내외에서 많이 진행되고 있다. 이를 살펴보면 강우로 인하여 지표면으로부터 침윤선의 하강깊이와 분포를 가정하여 한계 평형해석을 수행하는 방법(홍원표 등, 1996; 송영석 등, 2011), 불포화 지반의 일차원 침투이론(Lumb, 1975; Pradel 등, 1993)으로 침투해석을 수행하고 이를 토대로 한계평형해석을 수행하거나(김재홍 등, 2002), 유한요소해석을 수행하는 방법(Ng 등, 1998; Griffiths 등, 2005; 조성은 등, 2000; 김종렬 등, 2005), 상용프로그램인 SEEP/W로 부터 침투깊이를 산정하여 한계평형해석을 수행하는 방법(이강일 등, 2006; 한태곤 등, 2007) 등이 있다.
지반에 강우가 침투하게 되면 어떠한 영향을 주는가? 강우가 침투하게 되면 지반내 모관흡수력이 감소하게 되고 이로 인하여 전단강도가 감소하게 되어 파괴가 발생하게 된다(Ng 등, 1998; 조성은 등, 2000; 김재홍 등, 2002). Fredlund 등(1995)는 집중강우가 발생되더라도 지하수위의 높이는 대부분 수미터의 범위에서만 상승하므로 깊은 곳에 위치하고 있는 지하수위의 상승은 얕은 사면파괴에 큰 영향을 미치지 못한다고 보고한 바 있다.
강우로 인한 사면파괴는 무엇에 의해 발생한다고 알려져있었는가? 우리나라의 경우 대부분의 사면파괴는 우기에 집중적으로 발생되므로 강우가 사면붕괴의 주된 요인임을 알 수 있다. 일반적으로 강우로 인한 사면파괴는 지하수위 상승으로 인하여 사면지반내의 간극수압이 증가함으로서 발생되는 것으로 알려져 왔다. 그러나 실제로는 지하수위 상승에 의한 사면파괴보다는 강우의 침투로 인하여 습윤전선이 임계깊이까지 하강함에 따른 얕은 사면파괴가 주를 이루고 있다.
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참고문헌 (22)

  1. 김재홍, 박성완, 정상섬, 유지형 (2002), "강우시 습윤에 의한 불포화 풍화토의 사면 안정 해석연구", 한국지반공학회 논문집, 제18권, 제2호, pp.123-136. 

  2. 김종렬, 강승구, 강희복, 박승균, 박철원 (2005), "강우시 석회암 풍화토 사면의 안정해석에 관한 연구", 지질공학,제15권, 제1호, pp.9-17. 

  3. 박경호, 최풍곤, 배정호, 손석기 (2011), "지반특성을 고려한 새만금방수제 단면 검토", 한국지반공학회 가을학술발표회 논문집, pp.1225-1236. 

  4. 송영석, 유승경 (2011), "새만금지역 준설토의 불포화특성에 대한 실험적 연구", 한국토목섬유학회 논문집, 제10권,제3호, pp.25-32. 

  5. 송영석, 홍원표 (2011), "강우시 습윤전선 및 지하수위를 고려한 사면의 안정성 해석", 지질공학, 제21권, 제1호, pp.25-34. 

  6. 이강일, 장용채, 김태훈, 정연인 (2006), "강우특성을 고려한 불포화 풍화잔류토 사면의 안정성 해석", 한국지반환경공학회 논문집, 제7권, 제2호, pp.5-14. 

  7. 조성은, 이승래 (2000), "강우특성을 고려한 표면파괴에 대한 안정성평가", 한국지반공학회 논문집, 제16권, 제5호, pp.107-116. 

  8. 한태곤, 김홍택, 백승철, 강인규 (2007), "강우시 토사사면의 불포화 특성을 고려한 간편 설계법", 한국지반환경공학회 논문집, 제8권, 제5호, pp.57-65. 

  9. 홍원표, 최승호, 한중근, 황인철 (1996), "강우시 사면안정 해석법에 관한 연구", 대한토목학회 학술발표회논문집, pp.195-198. 

  10. Bishop, A. W. (1959), "The principle of effective stress", Teknisk Ukeblad I Samarbeide Med Teknikk, Vol.106, No.39, pp.859-863. 

  11. Fredlund, D. G. and Morgenstern, N. R. (1977), "Stress Variables for Unsaturated Soils", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.103, pp.447-466. 

  12. Fredlund, D. G. and Rahardjo, H. (1995), Soil mechanics for unsaturated soils, John Wiley & Sons Inc., New York. 

  13. Griffiths, D. V. and Lu, N. (2005), "Unsaturated slope stability analysis with steady infiltration or evaporation using elastoplastic finite elements", International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol.29, pp.249-267. 

  14. Lu, N. and Likos, W. J. (2004), Unsaturated soil mechanics, John Wiley & Sons Inc., New York. 

  15. Lu, N. and Likos, W. J. (2006), "Suction stress characteristic curve for unsaturated soil", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol.132, No.2, pp. 131-142. 

  16. Lu, N., Godt, J. W. and Wu, D. T. (2010), A closed form equation for effective stress in unsaturated soil, Water Resources Research, Vol.46, W05515. 

  17. Lumb, P. (1975), "Slope failures in Hong Kong, Quarterly", Journal of Engineering Geology, Vol.8, pp.31-65. 

  18. Ng, C. W. W. and Shi, Q. (1998), "Numerical investigation of the stability of unsaturated soil slopes subjected to trainsient seepage", Computer and Geotechnics, Vol.22, No.1, pp.1-28. 

  19. Pradel, D. and Raad, G. (1993), "Effect of permeability on surficial stability of homogeneous slopes", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.119, No.2, pp.315-332. 

  20. Song, Y. S., Hwang, W. K., Jung, S. J. and Kim, T. H. (2012), "A comparative study of suction stress between sand and silt under unsaturated conditions", Engineering Geology, Vol.124, pp.90-97. 

  21. Terzaghi, K. (1943), Theoretical soil mechanics, John Wiley & Sons Inc., New York. 

  22. van Genuchten, M. T. (1980), "A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils", Soil Science Society of America Journal, Vol.44, pp.892-898. 

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