이 연구는 집중호우로 인해 산사태가 집중적으로 발생한 포항지역 이암 풍화토층을 대상으로 산사태와 관련한 토질특성을 분석하였다. 산사태발생지역과 미발생지역으로 구분한 토층시료에 대해 토질시험을 실시하고 제반 토질특성을 파악하였다. 그리고 통계적 기법으로 토질특성과 산사태 간의 상관성을 분석하여 산사태와 상관성이 있는 토질인자를 추출하였다. 또한, 이들 토질인자를 적용하여 산사태에 유의한 영향요소인 투수계수를 쉽게 산정할 수 있는 상관식을 제안하였다. 연구결과, 산사태발생지역의 토층은 미발생지역에 비해서 간극률이 크고 밀도는 작은 것으로 나타났다. 그리고 입도가 불량하고 느슨한 토층지반은 특징적으로 큰 간극과 작은 밀도를 지님으로써 산사태에 더 취약한 것으로 분석되었다. 또한, 산사태발생지역의 토층이 미발생지역에 비해 다소 큰 투수성지반인 것으로 나타났다. 한편, 상관성분석 결과 유효경, 간극비, 포화단위중량, 및 세립함유량이 투수계수에 유의한 영향인자인 것으로 평가됨으로써 이들 토질인자는 이암 풍화토층의 투수계수산정시 고려되어야 할 토질인자인 것으로 평가되었다.
이 연구는 집중호우로 인해 산사태가 집중적으로 발생한 포항지역 이암 풍화토층을 대상으로 산사태와 관련한 토질특성을 분석하였다. 산사태발생지역과 미발생지역으로 구분한 토층시료에 대해 토질시험을 실시하고 제반 토질특성을 파악하였다. 그리고 통계적 기법으로 토질특성과 산사태 간의 상관성을 분석하여 산사태와 상관성이 있는 토질인자를 추출하였다. 또한, 이들 토질인자를 적용하여 산사태에 유의한 영향요소인 투수계수를 쉽게 산정할 수 있는 상관식을 제안하였다. 연구결과, 산사태발생지역의 토층은 미발생지역에 비해서 간극률이 크고 밀도는 작은 것으로 나타났다. 그리고 입도가 불량하고 느슨한 토층지반은 특징적으로 큰 간극과 작은 밀도를 지님으로써 산사태에 더 취약한 것으로 분석되었다. 또한, 산사태발생지역의 토층이 미발생지역에 비해 다소 큰 투수성지반인 것으로 나타났다. 한편, 상관성분석 결과 유효경, 간극비, 포화단위중량, 및 세립함유량이 투수계수에 유의한 영향인자인 것으로 평가됨으로써 이들 토질인자는 이암 풍화토층의 투수계수산정시 고려되어야 할 토질인자인 것으로 평가되었다.
In this study, the properties of mudstone weathered soils related to landslides were analyzed at the area of landslide induced by heavy rainfall in Pohang. The soil tests were carried out to the soils obtained from landslide and non landslide sites, and the soil properties were investigated. The cor...
In this study, the properties of mudstone weathered soils related to landslides were analyzed at the area of landslide induced by heavy rainfall in Pohang. The soil tests were carried out to the soils obtained from landslide and non landslide sites, and the soil properties were investigated. The correlation between soil properties and landslides were analyzed using statistical technique, and then the soil factors were extracted from the correlation analysis. The correlation equation which can calculate the coefficient of permeability influenced on landslides was proposed using the soil factors. As the result of analysis, the porosity and unit weight of soils from the landslide area is smaller than those of soils from the non landslide area. The soils with poor grain size distribution and loose unit weight are prone to landslides because the soils have a large void ratio and a low unit weight. The permeability of soils from the landslide area is larger than that of soils from the non landslide area. According to the result of correlation analysis, the effective grain size, the saturated unit weight and silt and clay contents are evaluated as the influence factors. These factors were considered to estimate the coefficient of permeability of mudstone weathered soils.
In this study, the properties of mudstone weathered soils related to landslides were analyzed at the area of landslide induced by heavy rainfall in Pohang. The soil tests were carried out to the soils obtained from landslide and non landslide sites, and the soil properties were investigated. The correlation between soil properties and landslides were analyzed using statistical technique, and then the soil factors were extracted from the correlation analysis. The correlation equation which can calculate the coefficient of permeability influenced on landslides was proposed using the soil factors. As the result of analysis, the porosity and unit weight of soils from the landslide area is smaller than those of soils from the non landslide area. The soils with poor grain size distribution and loose unit weight are prone to landslides because the soils have a large void ratio and a low unit weight. The permeability of soils from the landslide area is larger than that of soils from the non landslide area. According to the result of correlation analysis, the effective grain size, the saturated unit weight and silt and clay contents are evaluated as the influence factors. These factors were considered to estimate the coefficient of permeability of mudstone weathered soils.
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문제 정의
, 2007). 이 연구에서는 집중호우로 인해 산사태가 집중적으로 발생한 이암 풍화토층을 대상으로 산사태와 관련한 토질 특성을 분석하였다. 연구지역은 포항지역으로서 대부분 제 3기퇴적암으로 분류되는 이암풍화토층이 분포한 자연사면이다.
이 연구의 주 목적은 실내시험을 통해 토질물성치를 구하고 이를 통계적인 투수계수산정모델에 적용하여 간단하게 투수계수를 산정할 수 있도록 함이다. 모델의 과정은 일차적으로 통계프로그램(SPSS)을 이용해 실내시험에서 구한 토질물성 간의 상관성을 분석한 후 투수계수와 상관성이 높은 토질인자를 선정하게 된다.
제안 방법
토질특성과 산사태간의 상관성분석을 위해 산사태발생지역과 미발생지역으로 구분하여 토층시료를 채취하여 토질시험을 실시하였다. 그리고 시험결과를 이용하여 통계 기법으로 산사태와 상관성이 있는 토질인자를 추출하였다. 또한, 물성자료를 적용하여 산사태에 유의한 영향인자인 투수계수를 쉽게 산정할 수 있는 상관식을 제안하였다.
시료는 표토로부터 40∼60cm 깊이에서 스테인리스(stainless)로 제작한 원통형몰드(ring sampler)를 이용하여 채취하였다. 그리고 실내에서 밀도, 함수비, 입도, 액성 한계, 소성한계, 간극비, 간극률, 포화도, 단위중량, 투수계수 및 전단강도 시험을 실시하였다. 시험방법은 모두 한국산업규격(KS)에 준하여 시험하였다.
이 연구에서는 집중호우로 인해 산사태가 집중적으로 발생한 이암 풍화토층을 대상으로 산사태와 관련한 여러 토질특성을 분석하였다. 그리고 이들 토질특성 중 자연사면의 산사태에서 주요 영향인자로 간주되는 투수계수를 몇 가지 토질물성만으로 쉽게 산정할 수 있도록 선형회귀분석을 이용한 투수계수 산정모델을 제안하였다. 연구결과는 다음과 같이 요약된다.
이처럼 유의수준을 기준으로 할 때 입력변수로 이용된 18개 토질인자 중에서 유효경, 간극비, 포화단위중량, 및 세립함유량(실트 및 점토 함유량) 등이 상관성이 높은 것으로 나타났다. 따라서 선형회귀분석을 통해 투수계수 산정모델을 개발함에 있어 유의수준이 높은 변수 중, 투수 계수와 상관성이 높은 4개 토질인자 즉, 유효경, 간극비, 포화단위중량, 및 세립함유량을 유효항목으로 선정하였다. 이는 인자가 많을수록 정확도는 높아지지만, 효율성 측면에서 적은 수의 독립변수(토질인자)만으로 종속변수 (투수계수)를 예측하는 것이 보다 효과적이기 때문이다.
그리고 시험결과를 이용하여 통계 기법으로 산사태와 상관성이 있는 토질인자를 추출하였다. 또한, 물성자료를 적용하여 산사태에 유의한 영향인자인 투수계수를 쉽게 산정할 수 있는 상관식을 제안하였다.
특히, 우리나라와 같이 주로 집중호우에 의해 발생되는 산사태들의 경우 토층의 기본적인 물리적 특성 외에 간극이나 밀도, 투수성 및 전단강도와 같은 공학적 특성과 관련되므로 이들에 대한 시험방법과 그 결과들의 적용방법 등을 이해하는 것은 매우 중요한 사항이다. 산사태와 토질특성 간의 상관성에 주안점을 두고 산사태 발생지역과 미발생지역의 토질특성을 비교분석하기 위해 집중호우로 인해 산사태가 집중적으로 발생한 자연사면, 그리고 산사태와 인접한 미발생지역 자연사면에서 토층시료를 구분하여 채취하였다. 토층시료는 산사태, 지형, 토층분포 및 면적분포비율 등을 고려해 토질특성이 균등하게 평가될 수 있도록 하였다.
이 연구에서는 집중호우로 인해 산사태가 집중적으로 발생한 이암 풍화토층을 대상으로 산사태와 관련한 여러 토질특성을 분석하였다. 그리고 이들 토질특성 중 자연사면의 산사태에서 주요 영향인자로 간주되는 투수계수를 몇 가지 토질물성만으로 쉽게 산정할 수 있도록 선형회귀분석을 이용한 투수계수 산정모델을 제안하였다.
연구지역은 포항지역으로서 대부분 제 3기퇴적암으로 분류되는 이암풍화토층이 분포한 자연사면이다. 토질특성과 산사태간의 상관성분석을 위해 산사태발생지역과 미발생지역으로 구분하여 토층시료를 채취하여 토질시험을 실시하였다. 그리고 시험결과를 이용하여 통계 기법으로 산사태와 상관성이 있는 토질인자를 추출하였다.
대상 데이터
연구지역에서는 1998년 7월 25~26일 이틀간에 걸쳐 약 150mm에 달하는 집중호우가 발생되었으며, 이로 인하여 총 283개의 산사태가 발생한 것으로 조사되었다(Kim et al., 2005). 연구지역은 광역적으로 볼 때 백악기퇴적암류 중 제 3기퇴적암류로 분류되는 지역으로서 주로 이암이 폭넓게 분포하고 있는 곳이다.
, 2005). 연구지역은 광역적으로 볼 때 백악기퇴적암류 중 제 3기퇴적암류로 분류되는 지역으로서 주로 이암이 폭넓게 분포하고 있는 곳이다. 일반적으로 이암은 풍화에 취약하고 특히, 층리가 잘 발달되어 있으며 수분을 흡수하면 잘게 부서지는 특성을 갖고 있기 때문에 산사태에 매우 취약하다(Kim et al.
이 연구에서는 집중호우로 인해 산사태가 집중적으로 발생한 이암 풍화토층을 대상으로 산사태와 관련한 토질 특성을 분석하였다. 연구지역은 포항지역으로서 대부분 제 3기퇴적암으로 분류되는 이암풍화토층이 분포한 자연사면이다. 토질특성과 산사태간의 상관성분석을 위해 산사태발생지역과 미발생지역으로 구분하여 토층시료를 채취하여 토질시험을 실시하였다.
3은 토질시험용 토층 시료를 채취하는 모습을 나타낸 것이다. 채취한 시료는 총 81개로서 산사태발생지역 39개와 미발생지역 42개로 구분된다. 시료는 표토로부터 40∼60cm 깊이에서 스테인리스(stainless)로 제작한 원통형몰드(ring sampler)를 이용하여 채취하였다.
데이터처리
Pearson 상관계수를 이용하여 투수계수를 포함한 총 18개 항목의 토질특성치에 대해 서로간의 상관관계를 분석하고 Fig. 11과 같은 상관행렬그래프(matrix plot)를 얻었다.
이론/모형
그리고 실내에서 밀도, 함수비, 입도, 액성 한계, 소성한계, 간극비, 간극률, 포화도, 단위중량, 투수계수 및 전단강도 시험을 실시하였다. 시험방법은 모두 한국산업규격(KS)에 준하여 시험하였다.
성능/효과
(1) 이암풍화토로 구성된 자연사면에서 산사태발생지역의 토층은 미발생지역에 비해 자갈크기와 세립토의 함유비율이 더 높고 모래크기의 입자들은 더 낮으며, 액성한계와 소성지수가 다소 낮은 것으로 분석되었다.
(2) 산사태발생지역의 토층은 미발생지역에 비해서 간극률이 크고 단위중량은 작은 것으로 나타났으며, 입도는 양호하나 느슨한 토층지반의 특성상 큰 간극과 작은 단위중량을 지님으로써 산사태에 상대적으로 취약한 것으로 분석되었다.
(3) 산사태발생지역 및 미발생지역의 투수성이 큰 차이가 없으나, 연구대상지역의 토층이 전반적으로 투수성이양호하므로 토층이 더 쉽게 포화되어 하중이 증가될 뿐만 아니라 물이 더 빠르게 경계부에 달함으로써 토층의 파괴요인으로 작용하는 등 산사태에 더 취약한 것으로 분석되었다.
(4) 상관성분석을 통해 여러 토질인자들과 투수계수간의 상관관계를 분석한 결과 유효경, 간극비, 포화단위중량, 및 세립함유량이 투수계수에 유의한 영향인자인 것으로 평가됨으로써 이들 토질인자는 투수계수산정시 고려되어야 할 요소에 해당된다.
자연사면의 산사태는 기반암과 그 상부에 얕은 두께로 분포된 토층과의 경계부에서 주로 발생한다는 사실과 연관지어 볼 때, 투수 성이 양호하면 토층이 더 쉽게 포화되어 하중이 증가될 뿐만 아니라 물이 더 빠르게 경계부에 달함으로써 파괴요인으로 작용될 수 있는 것으로 해석된다. 이러한 결과들을 종합해 보면, 자연사면의 토층에서 산사태와 투수계수는 상관성이 있을 뿐만 아니라 투수계수가 산사태발생에 유의한 영향인자인 것으로 평가되었다.
후속연구
(6) 이 연구에서 제안된 투수계수 산정모델은 동일한 지질조건에서 국내 자연사면 토층지반을 대상으로 적용이 가능할 것으로 판단된다. 다만, 추후 더 많은 토질 자료를 추가하여 통계분석을 실시함으로써 지속적으로 수정 및 보완하고 그 적합성 검증 또한 이루어져야 할 것이다.
(6) 이 연구에서 제안된 투수계수 산정모델은 동일한 지질조건에서 국내 자연사면 토층지반을 대상으로 적용이 가능할 것으로 판단된다. 다만, 추후 더 많은 토질 자료를 추가하여 통계분석을 실시함으로써 지속적으로 수정 및 보완하고 그 적합성 검증 또한 이루어져야 할 것이다.
한편, 이 연구에서는 모델의 검증이 이루어지지 못하였으나, 제안된 모델의 신뢰도 검증을 위해 추가적으로 투수시험을 실시한 결과와 상관성분석을 실시하거나 기존에 제안된 여러 경험식들을 적용한 결과와 비교분석을 실시함으로써 그 적합성을 확인할 필요가 있다. 따라서 이 연구에서 제안된 이암 풍화토층의 전단강도 산정모델의 검증과 관련하여서는 향후 추가적으로 연구를 계속할 계획이다.
한편, 이 연구에서는 모델의 검증이 이루어지지 못하였으나, 제안된 모델의 신뢰도 검증을 위해 추가적으로 투수시험을 실시한 결과와 상관성분석을 실시하거나 기존에 제안된 여러 경험식들을 적용한 결과와 비교분석을 실시함으로써 그 적합성을 확인할 필요가 있다. 따라서 이 연구에서 제안된 이암 풍화토층의 전단강도 산정모델의 검증과 관련하여서는 향후 추가적으로 연구를 계속할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
토층은 무엇으로 구성되는가?
, 2000; Hutchinson, 1988). 그리고 토층은 기반암 상부의 풍화잔류토와 퇴적물질 및 일부 풍화 암편으로 구성되는데, 이들 물질들은 산사태가 일어나는 지역의 지질과 연관성을 가지며, 풍화잔류토나 퇴적물들은 산사태지역의 암석풍화에 의하여 생성되므로 암석을 구성하고 있는 광물성분에 따라 토질특성이 다르게 나타난다(Kim et al., 2000, Kim, 2007).
산사태가 집중적으로 발생한 이암 풍화토층의 토질 특성 분석연구의 결과는?
(1) 이암풍화토로 구성된 자연사면에서 산사태발생지역의 토층은 미발생지역에 비해 자갈크기와 세립토의 함유비율이 더 높고 모래크기의 입자들은 더 낮으며, 액성한계와 소성지수가 다소 낮은 것으로 분석되었다.
(2) 산사태발생지역의 토층은 미발생지역에 비해서 간극률이 크고 단위중량은 작은 것으로 나타났으며, 입도는 양호하나 느슨한 토층지반의 특성상 큰 간극과 작은 단위중량을 지님으로써 산사태에 상대적으로 취약한 것으로 분석되었다.
(3) 산사태발생지역 및 미발생지역의 투수성이 큰 차이가 없으나, 연구대상지역의 토층이 전반적으로 투수성이양호하므로 토층이 더 쉽게 포화되어 하중이 증가될 뿐만 아니라 물이 더 빠르게 경계부에 달함으로써 토층의 파괴요인으로 작용하는 등 산사태에 더 취약한 것으로 분석되었다.
(4) 상관성분석을 통해 여러 토질인자들과 투수계수간의 상관관계를 분석한 결과 유효경, 간극비, 포화단위중량, 및 세립함유량이 투수계수에 유의한 영향인자인 것으로 평가됨으로써 이들 토질인자는 투수계수산정시 고려되어야 할 요소에 해당된다.
(5) 이 연구를 통하여 토질 물성만으로 이암 풍화토층의 투수계수를 산정할 수 있는 선형회귀식은 다음과 제시할 수 있다. 즉, 산사태 발생지역의 투수계수 =-0.067 + (0.0026×e) + (0.0358×rsub) + (0.0002×fines) + (0.635×D10)이고, 산사태 미발생지역의 투수계수 =-0.065 + (0.0162×e) + (0.0244×rsub) + (0.0001×fines) + (0.873×D10)이다.
(6) 이 연구에서 제안된 투수계수 산정모델은 동일한 지질조건에서 국내 자연사면 토층지반을 대상으로 적용이 가능할 것으로 판단된다. 다만, 추후 더 많은 토질 자료를 추가하여 통계분석을 실시함으로써 지속적으로 수정 및 보완하고 그 적합성 검증 또한 이루어져야 할 것이다.
사면지역에서의 개발이 갖는 문제점은?
대규모 토목공사 등으로 사면지역에서의 개발이 급격히 증가되고 있으며, 이로 인해 집중호우시 불안정한 사면에서는 산사태가 많이 발생되고 그 피해규모도 크게 증가되는 추세에 있다. 산사태들은 대부분 암반층 위 토층에서 발생 하기 때문에 산사태에 있어서 토질특성을 파악하는 것은 매우 중요하다(Kim et al.
참고문헌 (11)
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