본 연구에서는 전형적인 산사태 발생 메커니즘인 강우침투현상과 현장 모관흡수력을 고려한 산사태 해석 방법을 제시하였으며, 실제 산사태가 발생된 지역을 선정하여 그 적용성을 검토하였다. 이를 위해 대상지역의 시료를 채취하여 함수특성곡선(SWCC) 실험을 수행하였으며, 불포화 투수계수를 산정하였다. 또한 초기 모관흡수력과 강우발생에 따른 모관흡수력 변화를 관측하기 위해 현장계측을 수행하였으며, 그 결과를 산사태 해석에 적용하였다. 그리고 국내 강우특성을 고려한 비탈면 설계를 위하여, 강우패턴에 따른 습윤대 깊이와 안전율 변화를 분석하였다. 특히, 선행강우 효과를 고려한 매개변수 해석을 수행하여 비탈면 안정성에 어떠한 영향을 주는지 습윤대 깊이 변화를 통해 분석하였다. 그 결과, 본 연구에서 제안한 산사태 해석 방법은 지반의 불포화 특성과 선행강우 효과를 고려할 수 있으며, 산사태 발생 위치를 적절히 예측하는 것으로 나타났다. 그리고 강우발생 시, 강우량이 후반부에 집중된 강우패턴에서 비탈면의 안전율이 가장 낮게 나타났다. 또한, 선행강우는 비탈면의 모관흡수력을 감소시켜 불안정성을 증가시키고, 이후 발생된 강우로 인해 습윤대가 깊어지면서 비탈면 파괴 위험이 증가한다.
본 연구에서는 전형적인 산사태 발생 메커니즘인 강우침투현상과 현장 모관흡수력을 고려한 산사태 해석 방법을 제시하였으며, 실제 산사태가 발생된 지역을 선정하여 그 적용성을 검토하였다. 이를 위해 대상지역의 시료를 채취하여 함수특성곡선(SWCC) 실험을 수행하였으며, 불포화 투수계수를 산정하였다. 또한 초기 모관흡수력과 강우발생에 따른 모관흡수력 변화를 관측하기 위해 현장계측을 수행하였으며, 그 결과를 산사태 해석에 적용하였다. 그리고 국내 강우특성을 고려한 비탈면 설계를 위하여, 강우패턴에 따른 습윤대 깊이와 안전율 변화를 분석하였다. 특히, 선행강우 효과를 고려한 매개변수 해석을 수행하여 비탈면 안정성에 어떠한 영향을 주는지 습윤대 깊이 변화를 통해 분석하였다. 그 결과, 본 연구에서 제안한 산사태 해석 방법은 지반의 불포화 특성과 선행강우 효과를 고려할 수 있으며, 산사태 발생 위치를 적절히 예측하는 것으로 나타났다. 그리고 강우발생 시, 강우량이 후반부에 집중된 강우패턴에서 비탈면의 안전율이 가장 낮게 나타났다. 또한, 선행강우는 비탈면의 모관흡수력을 감소시켜 불안정성을 증가시키고, 이후 발생된 강우로 인해 습윤대가 깊어지면서 비탈면 파괴 위험이 증가한다.
This study presents a design method for typical rainfall-induced landslide considering in-situ matric suction. Actual landslide data are used to validate the proposed method. The soil-water characteristic curve (SWCC) and unsaturated permeability are experimentally determined to estimate hydraulic p...
This study presents a design method for typical rainfall-induced landslide considering in-situ matric suction. Actual landslide data are used to validate the proposed method. The soil-water characteristic curve (SWCC) and unsaturated permeability are experimentally determined to estimate hydraulic properties of testing site. The field measurement of matric suction is carried out to monitor in-situ matric suction in a natural slope subjected to rainfall infiltration, which is incorporated in the landslide analysis. The wetting band depth and safety factor of the slope are assessed to clarify the effect of domestic rainfall pattern. Especially, the effect of antecedent rainfall on the slope stability is investigated and discussed in terms of wetting band depth using parametric study. It is found from the result of this study that proposed design method can consider the characteristic of unsaturated soil and effect of antecedent rainfall. The location of the scarp zone is fairly well predicted by proposed design method. Moreover, heavy rainfall, concentrated in the backward part with time, causes the lowest safety factor of the slope. These results demonstrate that decrease in matric suction due to antecedent rainfall may trigger slope instability. After the antecedent rainfall, additional rainfall may cause the slope failure due to increasing wetting band depth.
This study presents a design method for typical rainfall-induced landslide considering in-situ matric suction. Actual landslide data are used to validate the proposed method. The soil-water characteristic curve (SWCC) and unsaturated permeability are experimentally determined to estimate hydraulic properties of testing site. The field measurement of matric suction is carried out to monitor in-situ matric suction in a natural slope subjected to rainfall infiltration, which is incorporated in the landslide analysis. The wetting band depth and safety factor of the slope are assessed to clarify the effect of domestic rainfall pattern. Especially, the effect of antecedent rainfall on the slope stability is investigated and discussed in terms of wetting band depth using parametric study. It is found from the result of this study that proposed design method can consider the characteristic of unsaturated soil and effect of antecedent rainfall. The location of the scarp zone is fairly well predicted by proposed design method. Moreover, heavy rainfall, concentrated in the backward part with time, causes the lowest safety factor of the slope. These results demonstrate that decrease in matric suction due to antecedent rainfall may trigger slope instability. After the antecedent rainfall, additional rainfall may cause the slope failure due to increasing wetting band depth.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구에서는 지반의 불포화 특성과 선행강우 효과를 고려할 수 있는 산사태 해석 방법을 제시하였다. 그리고 해석 방법의 적용성을 검토하기 위하여 첫째, 산사태가 발생한 지역의 시료를 채취하여 불포화 풍화토 지반의 수리학적 특성인 함수특성곡선과 불포화 투수계수를 산정하였으며, 장력계(tensiometer)를 이용한 현장 모관흡수력을 측정하여 그 결과를 침투해석에 적용하였다.
초기 모관흡수력은 함수특성곡선과 불포화 투수계수에 영향을 미치며, 습윤대 깊이를 산정하는데 큰 역할을 하기 때문에 정확한 값을 사용해야 한다. 따라서 본 절에서는 비탈면의 초기 모관흡수력을 측정하고 강우 발생 시 모관흡수력 변화를 관찰하기 위해 OO산에서 현장계측을 수행하였다. 먼저, 건조 상태의 초기 모관흡수력을 측정하고자 Fig.
그러나, 지반공학적인 측면에서 산사태는 강우강도뿐 아니라 총 강우량에도 민감성이 크게 나타나므로, 확률강우량도를 산사태 해석에 적용하기 위해서는 최소한 지속시간과 발생빈도에 대한 설계기준이 수립되어야 하나 현재 국내외로 전무한 실정이다. 따라서, 본 절에서는 확률강우량도 사례해석을 통하여 확률강우량도의 강우조건과 산사태 발생과의 관계를 분석하였다.
본 연구에서는 선행강우 효과와 경계조건 및 매개변수에 대한 검증을 위하여 현장 모관흡수력 측정 결과와 실제 강우데이타를 이용한 침투해석 결과를 비교 분석하였다. 현장 계측은 2.
본 연구에서는 현장 모관흡수력과 선행강우 효과를 고려할 수 있는 산사태 해석 방법을 제안하였으며, 지반의 불포화 특성을 산정하고 침투 및 사면안정해석에 적용할 수 있는 방안을 제시하였다. 또한 확률강우량도를 바탕으로 한 강우패턴과 선행강우에 따른 습윤대 깊이 및 안전율 변화에 대해 분석을 수행하였으며, 사례 해석을 통해 제안된 방법의 적용성을 검토하였다.
본 절에서는 산사태 발생 이력이 있는 OO산을 대상으로 불포화 특성을 산정하기 위하여 함수특성곡선 실험 및 지표투수실험을 수행하였다. 먼저 대상지역의 시료를 채취하여 기본 물성 실험을 수행하였다.
제안 방법
이를 사면안정해석에 적용하기 위하여 설계 대상 비탈면을 모델링 한 후, 결정된 습윤대 깊이 내에서 얕은 파괴가 발생하도록 사면안정해석을 수행한다.
(1) Fig. 19(a)와 같이 지반을 기둥(column)형태로 모델링 한 후, 압력수두(pressure head) 경계조건을 이용하여 건조상태의 초기 모관흡수력(80kPa)을 적용하고, 강우조건 없이 정상상태 침투해석(steady-state seepage)을 먼저 수행하였다.
(1) 본 연구에서 제시한 산사태 해석 방법은 현장 모관흡수력 측정값과 강우침투현상을 고려할 수 있는 방법으로써, 1차원 침투모델을 통해 지반의 불포화특성과 선행강우 효과를 고려할 수 있다. 그리고, 산사태가 발생한 지역을 대상으로 제안된 해석 방법을 적용한 결과, 무한사면파괴 및 원호활동파괴 해석 모두에서 실제 조사된 산사태 발생위치를 적절히 예측하는 것으로 나타났다.
(2) 그 다음 선행강우 영향을 고려하기 위하여 전 단계에서 해석된 결과를 비정상상태 침투해석(transient seepage)의 초기값으로 입력한 후, 지표면에 unit flux(q) 경계조건을 이용하여 한달 동안의 실시간 강우를 적용하였다. 이때, 좌우측 경계조건은 nodal flux(Q)를 적용하여 흐름이 없는 상태(no flow zone, Q=0)로 설정하였다(Fig.
(2) 이렇게 산정된 최종 습윤대 깊이를 사면안정해석에 적용하기 위하여 습윤대 깊이 내에서 파괴가 발생하도록 설정한 후 사면안정해석을 수행하였다. 그 결과, Fig.
또한, Eq. (2)를 통해 산정한 불포화 투수계수를 검증하기 위하여 교란되지 않은 현장에서 지표 침투실험을 수행하였다. 그 결과, Fig.
(3) 이렇게 산정된 간극수압 분포는 선행강우에 의한 비탈면 초기 상태로 간주하여 Fig. 20과 같이 비탈면을 모델링 한 후 압력수두를 이용하여 초기 간극수압 상태를 구현하였다. 그리고 산사태가 발생한 4일전의 실시간 강우를 비탈면 상부에 unit flux(q) 경계조건으로 입력하여 비탈면 전체의 간극수압 분포를 산정하였다.
(4) 원호활동에 의한 사면안정해석을 위하여 침투해석에서 사용된 유한요소망(mesh)과 계산된 간극수압분포를 SLOPE/W에 그대로 연동시켜 비탈면의 안전율을 산정하였다. 그 결과 Fig.
Step 3-1) (원호활동파괴 해석) 비탈면의 초기 경계조건을 구현하기 위하여 설계 대상 비탈면을 모델링 한 후, 압력수두 경계조건을 이용하여 1차원 침투모델로부터 산정된 간극수압 분포를 적용한다. 그리고 산사태 유발강우를 적용한 침투해석을 수행하여 최종 간극수압분포를 결정 한 후, 사면안정해석을 수행한다.
20과 같이 비탈면을 모델링 한 후 압력수두를 이용하여 초기 간극수압 상태를 구현하였다. 그리고 산사태가 발생한 4일전의 실시간 강우를 비탈면 상부에 unit flux(q) 경계조건으로 입력하여 비탈면 전체의 간극수압 분포를 산정하였다.
73으로 나타났다. 그리고 정수위 투수실험을 수행하여 포화 투수계수를 산정하였다(Table 1).
따라서 본 연구에서는 지반의 불포화 특성과 선행강우 효과를 고려할 수 있는 산사태 해석 방법을 제시하였다. 그리고 해석 방법의 적용성을 검토하기 위하여 첫째, 산사태가 발생한 지역의 시료를 채취하여 불포화 풍화토 지반의 수리학적 특성인 함수특성곡선과 불포화 투수계수를 산정하였으며, 장력계(tensiometer)를 이용한 현장 모관흡수력을 측정하여 그 결과를 침투해석에 적용하였다. 둘째, 국내 강우 특성인 확률강우량도에 따른 강우 패턴과 선행강우 효과를 고려한 연계해석을 수행하여 습윤대 깊이와 안전율 변화를 분석하였다.
2, Table 1). 그리고 해석에 필요한 지반의 초기 모관흡수력을 파악하기 위하여 현장 모관흡수력 계측하였으며(2.2절 참조), 건조상태의 모관흡수력이 약 75～85kPa 정도의 범위를 보였기 때문에 침투해석에서는 초기 모관흡수력을 80kPa을 적용하였다. 또한 침투해석에 사용되는 함수특성곡선과 불포화 투수계수는 2장의 Figs.
그리고 해석 방법의 적용성을 검토하기 위하여 첫째, 산사태가 발생한 지역의 시료를 채취하여 불포화 풍화토 지반의 수리학적 특성인 함수특성곡선과 불포화 투수계수를 산정하였으며, 장력계(tensiometer)를 이용한 현장 모관흡수력을 측정하여 그 결과를 침투해석에 적용하였다. 둘째, 국내 강우 특성인 확률강우량도에 따른 강우 패턴과 선행강우 효과를 고려한 연계해석을 수행하여 습윤대 깊이와 안전율 변화를 분석하였다. 셋째, 상용프로그램인 GEO-SLOPE(2012)을 이용하여 침투 및 사면안정해석을 수행하였으며, 그 결과를 실제 산사태가 발생된 위치와 비교 검토 하였다.
, 2010; Hwang, 2013), 설계에 적용하기 위해서는 해석적인 검증과 경계조건 및 매개변수에 대한 연구가 필요하다. 따라서, 본 절에서는 Fig. 13과 같은 강우 사례를 이용하여 선행강우 영향에 대한 해석적인 분석을 수행하고, 설계단계에서 선행강우를 고려할 수 있는 경계조건 및 매개변수에 대한 연구를 수행하였다.
그러나, 실제 현상에서는 총 강우량 이외에도 강우 강도, 강우 패턴 및 선행 강우 등의 영향이 복합적으로 작용하여 산사태가 발생하게 된다. 따라서, 확률강우강도로부터 이러한 여러 가지 강우문제와 산사태 발생에 대한 관계를 분석하기 위하여 먼저, 확률강우량도로부터 24시간 지속 총 강우량과 1시간 지속 최대 강우강도를 이용하여 Fig. 10과 같이 강우 패턴을 산정하였다. 패턴 I은 1시간 최대강우강도를 24시간 지속기간 중 가운데에 위치시켰으며, 패턴 II는 마지막에, 패턴 III은 처음에, 그리고 패턴 IV는 확률강우량도와 같이 동일한 강우강도를 24시간 지속기간 균일하게 적용하였다.
설치위치에 따라 주변 환경적인 요인들을 최소화하기 위하여 비탈면 상부에서부터 설치를 시작하였고, 각 지점의 장력계 간격이 500m를 넘지 않도록 하였다. 또한 지점마다 심도에 따른 모관흡수력을 측정하기 위하여 흙의 풍화가 진행될 수 있는 깊이(심도 20～30cm)에 장력계-A를 설치하였고, 예비침투해석을 수행하여 강우 시 발생할 수 있는 최대 습윤대 깊이(심도 105～140cm)를 산정하여 장력계-C를 설치하였으며, 그 중간에 장력계-B를 설치하였다.
본 연구에서는 현장 모관흡수력과 선행강우 효과를 고려할 수 있는 산사태 해석 방법을 제안하였으며, 지반의 불포화 특성을 산정하고 침투 및 사면안정해석에 적용할 수 있는 방안을 제시하였다. 또한 확률강우량도를 바탕으로 한 강우패턴과 선행강우에 따른 습윤대 깊이 및 안전율 변화에 대해 분석을 수행하였으며, 사례 해석을 통해 제안된 방법의 적용성을 검토하였다. 본 연구결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 절에서는 산사태 발생 이력이 있는 OO산을 대상으로 불포화 특성을 산정하기 위하여 함수특성곡선 실험 및 지표투수실험을 수행하였다. 먼저 대상지역의 시료를 채취하여 기본 물성 실험을 수행하였다. Fig.
1절에서 제시한 산사태 해석방법의 적용성과 그 과정을 이해하기 위하여 OO산 산사태 사례를 통해 연계해석(GEO-SLOPE, 2012)을 수행하였다. 먼저 제 1단계인 현장 및 실내실험을 수행하였다. 대상지역은 Fig.
따라서 본 절에서는 비탈면의 초기 모관흡수력을 측정하고 강우 발생 시 모관흡수력 변화를 관찰하기 위해 OO산에서 현장계측을 수행하였다. 먼저, 건조 상태의 초기 모관흡수력을 측정하고자 Fig. 5와 같이 장기간 강우가 기록되지 않은 2012년 6월 29일 오전에 계측을 시작하였으며, 강우가 시작된 6월 30일부터 7월 19일까지 계측을 수행하였다.
, 1996). 본 장에서는 산사태 해석을 위하여 함수특성곡선 및 지표투수실험과 현장 모관흡수력 계측을 수행하여 현장시료의 불포화 특성을 파악하였다.
본 절에서는 현장 모관흡수력과 선행강우를 고려한 산사태 해석방법을 3가지 단계로 제안하였으며, 흐름도(flow chart)는 Fig. 17에 도시하였다.
비탈면의 전체적인 모관흡수력을 측정하기 위해서는 설치할 수 있는 장력계가 한정되어 있기 때문에 Fig. 6과 같이 한 유역에 대해 지류를 따라 종단방향(계곡부)으로 6개 지점에서 계측을 수행하였다. 설치위치에 따라 주변 환경적인 요인들을 최소화하기 위하여 비탈면 상부에서부터 설치를 시작하였고, 각 지점의 장력계 간격이 500m를 넘지 않도록 하였다.
선행강우 효과를 고려하기 위하여 Table 3과 같이 선행 강우(IA)의 유/무, 선행 강우 이후 산사태 유발 강우까지의 시간(Tg: 0～240시간), 산사태 유발 강우량(I :10～30mm/hr)을 변수로 선정하여 침투해석을 수행하였다.
선행강우를 고려한 원호활동 파괴 해석을 위하여, 1차원 침투모델을 이용하여 모관흡수력 분포를 산정하였다.
6과 같이 한 유역에 대해 지류를 따라 종단방향(계곡부)으로 6개 지점에서 계측을 수행하였다. 설치위치에 따라 주변 환경적인 요인들을 최소화하기 위하여 비탈면 상부에서부터 설치를 시작하였고, 각 지점의 장력계 간격이 500m를 넘지 않도록 하였다. 또한 지점마다 심도에 따른 모관흡수력을 측정하기 위하여 흙의 풍화가 진행될 수 있는 깊이(심도 20～30cm)에 장력계-A를 설치하였고, 예비침투해석을 수행하여 강우 시 발생할 수 있는 최대 습윤대 깊이(심도 105～140cm)를 산정하여 장력계-C를 설치하였으며, 그 중간에 장력계-B를 설치하였다.
10과 같이 강우 패턴을 산정하였다. 패턴 I은 1시간 최대강우강도를 24시간 지속기간 중 가운데에 위치시켰으며, 패턴 II는 마지막에, 패턴 III은 처음에, 그리고 패턴 IV는 확률강우량도와 같이 동일한 강우강도를 24시간 지속기간 균일하게 적용하였다.
대상 데이터
먼저 제 1단계인 현장 및 실내실험을 수행하였다. 대상지역은 Fig. 18과 같이 붕적층 아래로 풍화토, 풍화암, 연암이 존재하는 것으로 나타났으며, 산사태는 대부분 붕적층에서 발생한 것으로 조사되었다. 따라서 약 2.
대상지역의 함수특성곡선을 산정하기 위하여 압력판추출 시험기인 GCTS SWC-150(Pham and Fredlund, 2004)과 filter paper(whatman No.42)를 사용하였다(Fig. 3). 실험을 통해 획득한 데이터를 함수식으로 표현하기 위하여 van Genuchten(1980) 모델식을 이용하여 매개변수(fitting parameter)를 산정하였다(Table 2).
18과 같이 붕적층 아래로 풍화토, 풍화암, 연암이 존재하는 것으로 나타났으며, 산사태는 대부분 붕적층에서 발생한 것으로 조사되었다. 따라서 약 2.8～6.9m 심도의 붕적층만 모델링 하였으며, 기본적인 물성은 현장 및 실내 실험으로부터 산정된 값을 사용하였다(Fig. 2, Table 1). 그리고 해석에 필요한 지반의 초기 모관흡수력을 파악하기 위하여 현장 모관흡수력 계측하였으며(2.
본 연구에서는 선행강우 효과와 경계조건 및 매개변수에 대한 검증을 위하여 현장 모관흡수력 측정 결과와 실제 강우데이타를 이용한 침투해석 결과를 비교 분석하였다. 현장 계측은 2.2절에 언급한 바와 같이 대상 지역, 계측 기간, 설치 방법 및 위치가 동일하며, 장력계 계측이 수행되는 구간에 자동 강우량 측정계를 설치하여 실시간 강우데이터를 수집하였다. 계측결과, 건기 시 모관흡수력은 평균적으로 75～85kPa으로 측정되었으며, 강우시 0kPa, 연속강우 종료 약 2일 경과 후 약 10～20kPa의 모관흡수력으로 수렴하는 것으로 나타났다.
데이터처리
본 절에서는 4.1절에서 제시한 산사태 해석방법의 적용성과 그 과정을 이해하기 위하여 OO산 산사태 사례를 통해 연계해석(GEO-SLOPE, 2012)을 수행하였다. 먼저 제 1단계인 현장 및 실내실험을 수행하였다.
둘째, 국내 강우 특성인 확률강우량도에 따른 강우 패턴과 선행강우 효과를 고려한 연계해석을 수행하여 습윤대 깊이와 안전율 변화를 분석하였다. 셋째, 상용프로그램인 GEO-SLOPE(2012)을 이용하여 침투 및 사면안정해석을 수행하였으며, 그 결과를 실제 산사태가 발생된 위치와 비교 검토 하였다.
이와 같이 강우 패턴의 영향을 분석하기 위하여 상용 프로그램 GEO-SLOPE(2012)을 이용하여 무한사면의 침투 및 사면안정 해석을 수행하였다. 여기서, 강우조건은 Fig.
이론/모형
모관흡수력에 따른 불포화 투수계수는 함수특성곡선과 연계하여 추정할 수 있으며(Brooks and Corey, 1964; van Genuchten, 1980; Fredlund et al., 1994), 본 연구에서는 van Genuchten(1980) 모델을 이용하여 불포화 투수계수를 산정하였다. 또한, Eq.
3). 실험을 통해 획득한 데이터를 함수식으로 표현하기 위하여 van Genuchten(1980) 모델식을 이용하여 매개변수(fitting parameter)를 산정하였다(Table 2).
성능/효과
(2) 산지 비탈면을 대상으로 강우 발생에 따른 모관흡수력을 측정한 결과, 건조한 상태의 모관흡수력은 75～85kPa로 나타났으며, 강우 발생 이후 모관흡수력은 20kPa 이하로 수렴하는 것으로 나타났다. 이러한 계측 결과는 강우 침투속도와 비탈면의 초기 모관흡수력 분포를 결정짓는 중요한 요소이기 때문에 산사태를 정확히 예측하기 위해서는 현장 계측결과를 반영하는 것이 바람직하다.
(3) 비탈면 설계 시, 확률강우량도를 이용하여 일정한 강우강도를 적용하는 것 보다 시간에 따라 집중 강우가 뒤쪽에 위치할 때 습윤대가 깊게 형성되고 안전율이 가장 낮게 나타남을 알 수 있었다. 따라서, 총 강우량과 최대 강우량이 동일한 조건에서도 강우패턴에 따라 안전율의 변화가 크게 나타나므로 산사태 해석 시, 확률강우량도에 대한 정확한 기준을 수립하여 사용하거나 여러 민감도 분석을 충분히 수행하여 설계강우를 결정해야 한다.
(4) 선행강우를 고려한 연계해석을 통해 습윤대 깊이를 정량적으로 분석한 결과, 선행강우(IA)와 산사태 유발 강우(I)와의 시간차이(Tg)가 증가함에 따라 습윤대 깊이는 일정한 심도로 수렴하는 것으로 나타났으며, 선행강우 고려 유무에 따라 약 2배이상 차이가 발생하는 것으로 나타났다. 즉, 선행강우에 의한 모관흡수력 감소가 비탈면의 불안정성을 증가시키고, 이후 발생된 강우로 인하여 습윤대 깊이가 증가하여 비탈면이 파괴되는 것이다.
2절에 언급한 바와 같이 대상 지역, 계측 기간, 설치 방법 및 위치가 동일하며, 장력계 계측이 수행되는 구간에 자동 강우량 측정계를 설치하여 실시간 강우데이터를 수집하였다. 계측결과, 건기 시 모관흡수력은 평균적으로 75～85kPa으로 측정되었으며, 강우시 0kPa, 연속강우 종료 약 2일 경과 후 약 10～20kPa의 모관흡수력으로 수렴하는 것으로 나타났다. 이 기간 동안 측정된 강우데이터를 이용하여 침투해석을 수행하였으며, 계측된 모관흡수력 변화를 적절히 예측하는 것으로 나타났다(Fig.
(4) 원호활동에 의한 사면안정해석을 위하여 침투해석에서 사용된 유한요소망(mesh)과 계산된 간극수압분포를 SLOPE/W에 그대로 연동시켜 비탈면의 안전율을 산정하였다. 그 결과 Fig. 21과 같이 비탈면 상부에서 안전율이 1.0 보다 작은 값을 보였으며, 실제 최초 산사태 발생 위치와 동일한 것으로 나타났다.
(2004)과 동일하게 적용하였다. 그 결과, 강우량이 뒤로 집중되는 패턴 II의 경우 습윤대 깊이가 2.0m로 가장 깊게 나타났으며, 강우량이 앞으로 집중되는 패턴 III의 경우 습윤대 깊이가 가장 얕은 0.6m로 나타났다(Fig. 11). 비탈면의 안전율은 강우가 뒤로 집중되어 있는 패턴 II에서 0.
19b). 그 결과, 지반 상부의 모관흡수력은 약 20kPa로 나타났으며, 하부에서는 23kPa의 양의 간극수압이 산정되었다.
(1) 본 연구에서 제시한 산사태 해석 방법은 현장 모관흡수력 측정값과 강우침투현상을 고려할 수 있는 방법으로써, 1차원 침투모델을 통해 지반의 불포화특성과 선행강우 효과를 고려할 수 있다. 그리고, 산사태가 발생한 지역을 대상으로 제안된 해석 방법을 적용한 결과, 무한사면파괴 및 원호활동파괴 해석 모두에서 실제 조사된 산사태 발생위치를 적절히 예측하는 것으로 나타났다.
14에서와 같이 선행 강우가 있는 경우가 없는 경우에 비해 약 2배 이상의 습윤대 깊이가 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 선행 강우의 유무와 관계없이 산사태 유발 강우량이 커짐에 따라 습윤대 깊이가 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 그리고, 선행 강우 이후 산사태 유발 강우까지의 시간과 습윤대 깊이 관계를 분석한 결과, Fig.
: 0～240시간), 산사태 유발 강우량(I :10～30mm/hr)을 변수로 선정하여 침투해석을 수행하였다. 선행 강우가 있는 Case A와 선행강우가 없는 Case B의 결과를 비교하면, Fig. 14에서와 같이 선행 강우가 있는 경우가 없는 경우에 비해 약 2배 이상의 습윤대 깊이가 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 선행 강우의 유무와 관계없이 산사태 유발 강우량이 커짐에 따라 습윤대 깊이가 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다.
2는 체분석 실험 결과이며, 통일분류법상 CL계열로 나타났다. 액･소성 한계 실험을 수행하여 액성한계는 36.6%, 소성지수는 15.4로 나타났으며 비중은 2.73으로 나타났다. 그리고 정수위 투수실험을 수행하여 포화 투수계수를 산정하였다(Table 1).
계측결과, 건기 시 모관흡수력은 평균적으로 75～85kPa으로 측정되었으며, 강우시 0kPa, 연속강우 종료 약 2일 경과 후 약 10～20kPa의 모관흡수력으로 수렴하는 것으로 나타났다. 이 기간 동안 측정된 강우데이터를 이용하여 침투해석을 수행하였으며, 계측된 모관흡수력 변화를 적절히 예측하는 것으로 나타났다(Fig. 16). 여기서, 6월 29일 강우 이후 모관흡수력이 10～20kPa로 수렴하다가 ⓐ구간에서 다시 증가하는 것은 7월 5일 이후에 발생된 강우의 영향인 것으로 판단되며, 침투해석에서도 비슷한 경향을 보였다.
12). 이와 같이 총 강우량과 최대 강우강도가 동일한 조건에서도 강우패턴에 의해 안전율의 변화가 크게 나타나므로, 기존의 확률강우량도를 명확한 기준 없이 그대로 산사태 예측에 적용하기에는 한계가 있는 것으로 나타났다. 그러나, 별도의 설계기준이 없는 현 상황을 감안하면 강우에 대한 여러가지 민감도 분석을 충분히 수행하여 설계강우를 결정하고, 이를 바탕으로 산사태 예측을 수행하여야 할 것으로 판단된다.
후속연구
이와 같이 총 강우량과 최대 강우강도가 동일한 조건에서도 강우패턴에 의해 안전율의 변화가 크게 나타나므로, 기존의 확률강우량도를 명확한 기준 없이 그대로 산사태 예측에 적용하기에는 한계가 있는 것으로 나타났다. 그러나, 별도의 설계기준이 없는 현 상황을 감안하면 강우에 대한 여러가지 민감도 분석을 충분히 수행하여 설계강우를 결정하고, 이를 바탕으로 산사태 예측을 수행하여야 할 것으로 판단된다.
따라서 산지를 이루고 있는 토사의 불포화 특성이 산사태 발생을 결정짓는 중요한 요소라고 할 수 있다. 비탈면에서의 강우침투 현상을 현장상태에 보다 근접하게 분석하기 위해서는 우리나라 전역에 분포하고 있는 불포화 풍화토 특성에 대한 실험적 연구가 반드시 선행되어야 하며, 이를 산사태해석에 적절히 적용할 수 있어야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
흙의 불포화 특성은 어떻게 구분되는가?
흙의 불포화 특성은 수리학적 특성(hydraulic characteristic)과 강도 특성(mechanical characteristic)으로 구분할 수 있으며, 현장실험과 실내실험을 통해 산정할 수 있다. 대표적으로 현장에서는 불포화 투수계수를 산정할 수 있는 지표투수실험, 장력계를 이용한 모관흡수력(matric suction) 측정 등이 있다.
침투-사면안정해석 방법에는 어떤 것들이 있는가?
둘째, 불포화지반의 수리학적 특성을 반영할 수 있고 강우침투에 의한 습윤대 깊이와 간극수압분포를 평가하여 비탈면의 안전율을 산정하는 침투-사면안정해석 방법이 있다. 여기에는 강우침투해석과 사면안정해석을 연계해석(staggered analysis)하는 방법(GEO-SLOPE, 2012; SoilWorks, 2013)과 지반의 수리학적 특성과 역학적 특성을 동시에 해석(monolithically coupled analysis)할 수 있는 방법이 있다(Kim, 2010). 실제 설계에서는 사용이 편리하고 침투-사면안정해석을 수행할 수 있는 연계해석 방법을 많이 사용하고 있으며, 상용화된 프로그램을 활용하여 사면안정해석 연구가 활발히 진행되고 있다.
침투해석 시 초기 모관흡수력을 정의하는 방법에는 어떤 것들이 있는가?
불포화 지반의 침투 해석을 정확하게 수행하기 위해서는 비탈면 지반의 초기 모관흡수력 분포와 선행강우에 의한 모관흡수력 변화를 파악할 수 있어야 한다. 침투해석 시 초기 모관흡수력을 정의하는 방법에는 1) 지하수위를 입력하는 방법과, 2) 지반의 모관흡수력을 측정하여 값을 직접 입력하는 방법이 있다. 초기 모관흡수력은 함수특성곡선과 불포화 투수계수에 영향을 미치며, 습윤대 깊이를 산정하는데 큰 역할을 하기 때문에 정확한 값을 사용해야 한다.
참고문헌 (33)
Ministry of Land Infrastructure and Transport (2009), River design criteria.
Ministry of Land Infrastructure and Transport (2012), Korea Precipitation Frequency Data Server, www.k-idf.re.kr.
National Disaster Management Institute (2008), A study on the steep slope information compilation and development of an analysis system, 1st report: the application of an early warning system using rainfall data in Korea.
Korea Forest Service (2010), Countermeasure for forest disaster in the summer season, Korea Forest Service Report, pp.21.
ASTM D5298-10, "Standard test method for measurement of soil potential using filter paper".
Brooks, R. H. and Corey, A. T. (1964), "Hydraulic properties of porous media", Colorado State Univ. Hydrol. Paper, No.3, pp.27.
Chatterjea, K. (1989), "Observation on the fluvial and slope processes in Singapore and their impact on the urban environment" PhD Thesis. National Univ. of Singapore, Singapore.
Cho, S.E. and Lee, S.R. (2000), "Slope stability analysis of unsaturated soil slopes due to rainfall infiltration" Journal of Korean Geotechnical Society. Vol.16, No.1, pp.51-64.
Cho, S.E. and Lee, S.R. (2001), "Instability of unsaturated soil slopes due to infiltration", Computers and Geotehcnics, Vol.28, No.3, pp.185-208.
Fourie, A.B., Rowe, D., and Blight, G.E. (1999), "The effect of infiltration on the stability of the slopes of a dry ash dump" Geotechnique, Vol.49, No.1, pp.1-13.
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.533-546.
Geo-slope International (2012), Seep/w for finite element seepage analysis, user's guide, Calgary, Alta., Canada.
Hwang, H.G., Cho, K.M., Lee, S.W., Kim, K.H., and Yune, C.Y. (2013), "Site Investigation on 2012 Slope Hazard in Korea and its Triggering Factors", 2013 KGS Spring National Conference, pp.117-120.
Lee, K.W., Kim, Y.M., Kim, J.H., and Jeong, S.S. (2012), "Distribution of matric suction for unsaturated soils based on filed measurement and soil-water characteristic curve test", 2012 KGS Fall National Conference, pp.587-529.
Lee, S.R., Oh, T.K., Kim, Y.K., and Kim, H.C. (2009), "Influence of Rainfall Intensity and Saturated Permeability on Slope Stability during Rainfall Infiltration", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.25, No.1, pp.65-76.
LEE, S.J. (2004), Estimation of Unsaturated Shear Strength and Soil Water Characteristic Curve for Weathered Granite Soil, PhD Thesis. Korea Advanced Institute of Science and Technology.
Iverson, R.M. and Denlinger, R.P. (2001), "Flow of variably fluidized granular masses across three dimensional terrain: 1. Coulomb mixture theory", Journal of Geophysical Research, Vol.106(B1), pp.537-552.1
Jeong, S.S., Kim, J.H., and Lee, K.H. (2008), "Effect of clay content on well-graded snads due to infiltration", Engineering Geology, Vol.102, pp.74-81.
Jeong, S.S., Cho, J.Y., and Lee, J.H. (2009), "Stability Analysis of Unsaturated Weathered Soil Slopes Considering Rainfall Duration", Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol.29, No.1, pp.1-9.
Kim, J. H. (2010), Plasticity modeling and coupled finite element analysis for partially-saturated soils. Ph.D. Thesis, University of Colorado, Boulder, US.
Kim, J.H., Jeong, S.S., and Regueiro, R.A. (2012), "Instability of partially saturated soil slopes due to alteration of rainfall pattern", Engineering Geology, Vol.147-148, pp.28-36.
Kim, J.H., Jeong, S.S., Park, S.W., and Sharma, J. (2004), "Influence of rainfall-induced wetting on the stability ok slopes in weathered soils", Engineering Geology, pp.251-262.
Soilworks (2013), Theoretical user's manual. MIDAS IT.
Marchi, L., Arattano, M., and Deganutti, A.M. (2002), "Ten years of debris-flow monitoring in the Moscardo Torrent (Italian Alps)," Geomorphology, Vol.46, pp.1-17.
Ng, C.W.W. and Shi, Q. (1998), "A numerical investigation of the stability of unsaturated soil slopes subjected to transient seepage", Computers and Geotechnics Vol.22, No.1, pp.1-28.
Pham, H.Q. and Fredlund, D.G. (2004), "New apparatus for the measurement of the soil-water characteristic curves", Proceedings of the 57th Canadian Geotechnical Conference, Quebec, Quebec City, Canada
Rahardjo, H., Li, X.E., Toll, D.G., and Leong, E.C. (2001), "The effect of antecedent rainfall on slope stability", Geotechnical and Geological Engineering. Vol.19, pp.371-399.
Tan, S.B., Tan, S.L., Lim, T.L., and Yang, K.S. (1987), "Landslide problems and their control in Singapore." Proceedings of the 9th Southeast Asian Geotechnical Conference. vol.1 Bangkok, Thailand, pp.25-36.
Vanapalli, S. K., Fredlund, D. G., Pufahl, D. E., and Clifton, A. W. (1996), "Model for the prediction of shear strength with respect to soil suction", Can. Geotech. J., Vol.33, pp.379-392.
van Genuchten, M. T. (1980), "A closed form equation for prediction the hydraulic conductivity of unsaturated soils", Soil Science Society America Journal, Vol.44, pp.892-898.
Wei, J., Heng, Y.S., Chow, W.C., and Chong, M.K. (1991), "Landslide at Bukit Batok sports complex", Proceedings of the 9th Asian Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. vol. 1. Balkema: Rotterdam; Bankok, Thailand. pp.445-448.
Yune, C.Y., Kim, K.S., Lee, S.W., Jun, K.J., and Kim, G.H. (2010), "Analysis of Slope Hazard-Triggering Rainfall Characteristics in Gangwon Province by Database Construction", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.26, No.10, pp.27-39.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.