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[국내논문] 배수겸용 쏘일네일링의 지하수위 변화에 관한 축소모형사면 실험연구
Experimental Study of Down-Scaled Model Slope on the Variation of the Ground Water Level of Drainable Soil Nailing 원문보기

한국토목섬유학회 논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.12 no.1, 2013년, pp.39 - 50  

김영남 (Dongmyeong Engineering Consultants) ,  채영수 (Dept. of Civil Engineering, The Suwon University) ,  이강일 (Dept. of Civil Engineering, Daejin University)

초록
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본 연구는 국내에서 널리 사용되고 있는 하향식 쏘일네일과 수평배수공의 별도 설치에 대한 일반적인 사고의 틀에서 벗어나 보강과 동시에 수평배수를 겸할 수 있는 상향식 쏘일네일을 설치할 경우 지하수위의 거동에 대한 특성을 축소모형실험을 통해 연구하였다. 이를 위해 실내에서 모형토조 내에 풍화토 지반의 모형사면을 만들고 그 위에 인공강우를 뿌리는 실험을 통해 상대밀도가 60%, 75%, 90%인 각 지반조건별로 50mm/hr, 75mm/hr, 100mm/hr 및 125mm/hr인 4가지 경우의 강우강도에 대하여 실험을 하였으며, 이로 부터 시간에 따른 지하수위, 사면의 유출비 및 사면의 파괴형태를 측정하고 분석하였다. 본 연구결과 배수기능을 겸한 상향식 쏘일네일로 보강한 지반의 경우 무 보강지반에 비해 지하수위 상승이 매우 완만하고 일정 시간이 경과 한 후 더 이상 증가하지 않았으며, 지반의 파괴도 발생하지 않았다. 또한, 상대밀도가 75%인 경우 보강후는 보강 전에 비해 약 8~15%정도 유출비가 증가하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study aims at investigating the behavior of the ground water level when installing upward soil nails that drain water as well. To do this, a series of down-scaled model tests were conducted. A model slope with weathered soils was prepared and then an artificial rain was scattered on the slope. ...

주제어

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문제 정의

  • 실험은 모형사면에 배수기능을 겸한 상향식 쏘일네일을 설치했을 경우와 이를 설치하지 않았을 경우(이하 무보강 사면)에 대하여 실시하였는데 이는 배수재가 사면에 있을 경우와 없을 경우의 비교를 하고 보강되지 않은 일반적인 사면의 강우시 거동을 파악하기 위함이다. 또한 보강사면(즉 배수기능을 겸한 상향식 쏘일네일을 지반에 설치했을 경우)에 대하여 모형실험을 실시한 이유는 현재 국내에서 시행되고 있는 우기시 절토사면 안정해석의 대부분은 지하수위를 지표면에 놓고 해석을 수행하고 있으며, 지하수가 누출되는 지역은 수평배수 시설을 시공함에도 불구하고 안정해석시 배수에 관한 고려가 이루어지지 않고 있어 향후 수평배수재에 의한 수위저하 효과를 고려할 수 있는 기초자료를 제공하기 위함이다.
  • 본 연구는 기존의 쏘일네일의 경우 네일 설치와 더불어 수평배수공을 별도로 설치하는 방법과는 달리 수평배수기능을 겸한 상향식 쏘일네일 공법에 대한 적용성을 확인하기 위해 실내 모형실험을 통해 강우시 지하수위 및 사면의 파괴형태에 대하여 연구하였으며 그 결과는 다음과 같다.
  • 본 연구는 풍화토지반에 배수겸용 쏘일네일링의 설치유무에 따라 강우시 사면내로 침투되는 지하수위 거동에 대한 영향을 알아보기 위해서 실내에서 토조(폭×높이×길이=400mm×500mm×800mm) 내에 풍화토 지반의 모형사면을 만들고 그 위에 인공강우를 뿌리는 실험을 실시하였다.
  • 실험은 모형사면에 배수기능을 겸한 상향식 쏘일네일을 설치했을 경우와 이를 설치하지 않았을 경우(이하 무보강 사면)에 대하여 실시하였는데 이는 배수재가 사면에 있을 경우와 없을 경우의 비교를 하고 보강되지 않은 일반적인 사면의 강우시 거동을 파악하기 위함이다. 또한 보강사면(즉 배수기능을 겸한 상향식 쏘일네일을 지반에 설치했을 경우)에 대하여 모형실험을 실시한 이유는 현재 국내에서 시행되고 있는 우기시 절토사면 안정해석의 대부분은 지하수위를 지표면에 놓고 해석을 수행하고 있으며, 지하수가 누출되는 지역은 수평배수 시설을 시공함에도 불구하고 안정해석시 배수에 관한 고려가 이루어지지 않고 있어 향후 수평배수재에 의한 수위저하 효과를 고려할 수 있는 기초자료를 제공하기 위함이다.

가설 설정

  • 수평 배수재의 길이는 그라우트식 네일의 경우 일반적으로 L=0.8∼1.2H(H=구조물의 전체 높이)인 점을 감안하여 25cm인 경우로 가정하여 실험하였고 네일의 설치각도는 상향 5°로 설치하여 측정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국내에서 여름철 집중 강우로 무엇이 갑자기 붕괴하여 사고로 큰 재난을 겪고 있는가? 우리나라는 여름철 집중 강우시 사면이 갑작스럽게 붕괴되는 사고로 큰 재난을 겪고 있다. 특히, 토사사면과 그 하부에 존재하는 절리가 발달된 암반의 경우 강우침투로 인해 파괴가 자주 발생하지만, 강우시 지하수위 상승에 관한 사면파괴의 메커니즘 연구는 미비하다.
강우시 사면안정 해석조건에 대해 어떤 해석을 실시하는 경향이 있는가? 특히, 토사사면과 그 하부에 존재하는 절리가 발달된 암반의 경우 강우침투로 인해 파괴가 자주 발생하지만, 강우시 지하수위 상승에 관한 사면파괴의 메커니즘 연구는 미비하다. 또한 강우시 사면안정 해석조건을 안정적인 측면인 지표면까지 지하수가 상승한다고 간주하여 해석을 실시하는 경향이 있어 과도한 사면보강으로 경제적 손실은 물론 정작 강우시 사면붕괴의 형태와 다른 지반거동을 해석하여 실제 필요한 대책을 수립하지 못해서 집중 호우시 사면의 불안정 요인이 여전히 내재되어 있어 많은 연구가 필요한 실정이다.
강우시 지하수위 상승에 관한 사면파괴의 메커니즘 연구의 사례로는 어떤 것들이 있는가? Kim et al.(1991)은 모형비탈면과 강우재현장치를 이용한 실험을 통해 습윤전선의 진행과정과 지표유출의 영향 및 강우지속시간에 따른 간극수압 변화를 연구하였고, Choi(2006)은 모형실험을 통해 강우시 비탈면의 간극수압 변화에 대한 연구를 수행하였다. 또한 Lee(2006)은 불포화 무한사면의 침투거동에 대하여 모형사면을 제작하여 사면내의 간극수압에 대한 연구를 수행하였고, Baek(2006)은 모형사면을 제작하여 불포화 사면에 대한 전단강도의 변화 및 사면내 포화 깊이 및 간극수압 등에 대하여 연구를 수행하였다. 또한 Wang et al.(2001)은 강우시 사면의 토석류는 사면 내부의 과잉간극수압에 의한 액상화가 원인이라는 점에 착안하여 인공강우를 이용한 모형실험으로 간극비와 입도분포에 따른 간극수압형성 및 토석류 발생유형에 대한 연구를 수행하였고 Kamalnath(2005)는 강우에 대한 풍화토사면의 거동특성에 대하여 도요라 샌드를 이용하여 실제 사면을 축소 모델링하여 간극수압과 지하수위를 측정하고 사면의 파괴거동을 연구하였다. 더불어 Tami et al.(2004)은 세립토와 조립토층으로 구성된 경사사면 토조를 제작하여 인공강우 실험장치로 부터 정상상태의 침투실험을 통해 불포화토의 함수특성곡선 이력현상의 영향에 대한 연구를 수행하였다. 그리고 홍콩의 GEO(1985)가 수평배수공의 지하수위 저하효과에 대한 분석을 하고 이것을 설치하였을 때 수위가 저하되는 정도를 평가하였다.
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참고문헌 (10)

  1. Baek, U. J. (2006), An Experimental Study of a Slope in Weathered Soils Considering the Characteristics of Rainfall, Master Thesis, Daejin University, pp.22-62. 

  2. Choi, K. Y. (2006), A Study on the Behavioral Characteristics of Unsaturated Infinite Slops through Laboratory Model Test, Ph.D Thesis, Hongik University, pp.7-74. 

  3. GEO (1985), "Geotechnical Manual for Slope", Geotechnical Control Office, Hong Kong, pp.53-70. 

  4. Han, S. S., Baek, Y., Kwon, O. I., Lee, K. I., Chae, Y. S. and Kim, Y. N. (2007), "A Model test of Upward Soil Nailing Technique Combined with Horizontal Drainage System", Proceeding of Korean Geotechnical Society, pp.313-318. 

  5. Kamalnath Dissanayake A. (2005), Rain-Induced Groundwater Flow Experiments in Relation to the Initiation of Shallow Landslides in Hilly Areas, Ph.D Thesis, Hiroshima University. 

  6. Kim, S. G. and Kim, Y. M. (1991), "Slope Instability Due to Rainfall", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.7, No.1, pp.53-64. 

  7. Lee, S. K.(2006), A Study on the Seepage Behavior of Unsaturated Infinite Slopes, Ph.D Thesis, Hongik University. 

  8. Tami, D., Rahardjo, H., Leong, E. C., and Fredlund, D. G. (2004), "Design and Laboratory Verification of a Physical Model of Sloping Capillary Barrier", Canadian Geotechnical Journal, Vol.41, pp.814-830. 

  9. Wang, G. and Sassa, G. (2001), "Factors Affecting Rainfall-Induced Flowslides in Laboratory Flume", Geotechnique, Vol.51, No.7, pp.587-599. 

  10. Yu, N. D., Jeong, S. S., Kim, J. H. and Park, S. Y. (2004), "Effect of Rainfall-Induced Infiltration on Unsaturated Weathered Soils with Varying Clay Contents", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.20, No.8, pp.1-8. 

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