낙석은 형상, 체적 및 중량 등 그 규모를 예측하기 어렵고 비탈면의 높이 및 경사 등 기하학적 형상 등에 따라 불규칙적인 거동을 보인다. 본 연구에서는 해안도로를 따라 낙석이 빈번하게 발생하는 울릉도의 비탈면을 대상으로 현장조사를 수행하여 낙석의 유형을 분류하고 규모를 산정하였다. 또한 시뮬레이션 기법을 적용하여 도로에 영향을 미치는 낙석의 거동을 분석하였다. 연구지역에 분포하는 집괴암과 조면암질암은 각각 탈락형과 박리형의 낙석 유형를 보이며, 낙석의 규모는 조면암질암이 집괴암에 비해 상대적으로 2~3배 크게 분포하는 것으로 나타났다. 시뮬레이션을 이용한 낙석의 거동을 분석한 결과, 도로에 작용하는 충격 에너지가 표준 낙석방지울타리의 흡수 가능 운동에너지의 범위를 초과하여 고강도특수망을 적용할 경우 안정성이 확보되는 것으로 나타났다.
낙석은 형상, 체적 및 중량 등 그 규모를 예측하기 어렵고 비탈면의 높이 및 경사 등 기하학적 형상 등에 따라 불규칙적인 거동을 보인다. 본 연구에서는 해안도로를 따라 낙석이 빈번하게 발생하는 울릉도의 비탈면을 대상으로 현장조사를 수행하여 낙석의 유형을 분류하고 규모를 산정하였다. 또한 시뮬레이션 기법을 적용하여 도로에 영향을 미치는 낙석의 거동을 분석하였다. 연구지역에 분포하는 집괴암과 조면암질암은 각각 탈락형과 박리형의 낙석 유형를 보이며, 낙석의 규모는 조면암질암이 집괴암에 비해 상대적으로 2~3배 크게 분포하는 것으로 나타났다. 시뮬레이션을 이용한 낙석의 거동을 분석한 결과, 도로에 작용하는 충격 에너지가 표준 낙석방지울타리의 흡수 가능 운동에너지의 범위를 초과하여 고강도특수망을 적용할 경우 안정성이 확보되는 것으로 나타났다.
It is difficult to predict the magnitude of a rockfall with respect to the shape, volume, and weight of the rock mass, as a rockfall exhibits erratic behavior that depends on the slope geometry, such as the height and dip of the slope. In this study, a field survey was conducted on the slopes of Ull...
It is difficult to predict the magnitude of a rockfall with respect to the shape, volume, and weight of the rock mass, as a rockfall exhibits erratic behavior that depends on the slope geometry, such as the height and dip of the slope. In this study, a field survey was conducted on the slopes of Ulleung-Do, South Korea, where rockfalls frequently occur along coastal roads, to classify the mode of rockfalls and estimate their magnitude. This study also analyzed the effects of rockfall behavior on roads by applying a simulation technique. Agglomerate and trachytic rocks distributed across the study area produce rockfalls in a differential weathering rockfall mode and a toppling rockfall mode. In terms of rockfall weight, trachytic rockfalls were 2-3 times heavier than agglomerate rockfalls. An analysis of rockfall behavior from the simulation indicates that the impact energy on the road exceeded the absorbing energy of a standard rockfall protection fence; however, the rockfall was secured when a ring-net was applied.
It is difficult to predict the magnitude of a rockfall with respect to the shape, volume, and weight of the rock mass, as a rockfall exhibits erratic behavior that depends on the slope geometry, such as the height and dip of the slope. In this study, a field survey was conducted on the slopes of Ulleung-Do, South Korea, where rockfalls frequently occur along coastal roads, to classify the mode of rockfalls and estimate their magnitude. This study also analyzed the effects of rockfall behavior on roads by applying a simulation technique. Agglomerate and trachytic rocks distributed across the study area produce rockfalls in a differential weathering rockfall mode and a toppling rockfall mode. In terms of rockfall weight, trachytic rockfalls were 2-3 times heavier than agglomerate rockfalls. An analysis of rockfall behavior from the simulation indicates that the impact energy on the road exceeded the absorbing energy of a standard rockfall protection fence; however, the rockfall was secured when a ring-net was applied.
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가설 설정
낙석의 중량은 식 (1)을 이용하여 계산하였으며, 낙석의 체적은 구와 육면체로 가정하여 산정하였다(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2012). 연구지역의 집괴암은 타원형에 가까운 형태를 보이므로 타원형 입방체로 가정하여 체적을 구하였으며, 표면에 화산회 등의 기질물질이 다소 남아있는 형태로 나타나므로 산정된 체적에 1.
낙석의 중량은 식 (1)을 이용하여 계산하였으며, 낙석의 체적은 구와 육면체로 가정하여 산정하였다(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2012). 연구지역의 집괴암은 타원형에 가까운 형태를 보이므로 타원형 입방체로 가정하여 체적을 구하였으며, 표면에 화산회 등의 기질물질이 다소 남아있는 형태로 나타나므로 산정된 체적에 1.2를 곱하여 결정하였다(식 2). 또한 집괴 암의 단축 길이는 노두에서 한방향의 축만 노출되는 관계로 정확한 조사가 불가하여 조사된 단축길이를 두 단축길이로 적용하였다.
또한 집괴 암의 단축 길이는 노두에서 한방향의 축만 노출되는 관계로 정확한 조사가 불가하여 조사된 단축길이를 두 단축길이로 적용하였다. 조면암질암의 경우 육면체로 가정 하여 높이와 폭을 각각 수평 절리와 수직 절리의 간격으로 적용하였다(식 3). 낙석의 무게산정을 위한 암석의 단위중량은 실내시험을 통하여 측정하였다.
제안 방법
해안도로를 따라 낙석이 빈번하게 발생하는 울릉도의 비탈면을 대상으로 현장조사를 통해 낙석의 유형을 분류하고 규모를 산정하였다. 11개의 비탈면을 대상으로 낙석 시뮬레이션을 수행하여 낙석의 거동을 분석하고 낙석에 대한 방지 대책을 검토하였다.
2. 현장조사를 통해 집괴암과 조면암질암의 축 길이와 절리 간격을 분석하여 낙석의 체적을 산정하였다. 집괴 암의 경우 최댓값 3.
따라서 비탈면 내에 설치가 가능하고, 낙석방지울타리보다 흡수 가능 충격에너지가 큰 고강도특수망을 적용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 고강도특수망의 위치는 비탈면의 형상과 지형적인 요인 및 현장상황 등을 고려하여 선정하였다.
낙석의 마찰각은 현장에서 채취한 암석시료의 기울임시험(tilt test) 결과를 바탕으로 집괴암과 조면암질암은 35° , 테일러스는 30° 로 결정하였다.
조면암질암의 경우 육면체로 가정 하여 높이와 폭을 각각 수평 절리와 수직 절리의 간격으로 적용하였다(식 3). 낙석의 무게산정을 위한 암석의 단위중량은 실내시험을 통하여 측정하였다.
Labiouse and Heidenreich (2009)는 낙석에 대한 반발계수를 결정하는데 있어 동일한 지점이라도 비탈면의 구성물질에 따라 변동성 있는 반발계수를 사용하거나 유사한 조건에서의 실험값을 적용해야함을 실험적 연구를 통하여 밝혔다. 따라서 본 연구에서는 비탈면 하부에 테일러스가 분포하는 일부 구간은 상부의 기반암과 구분 하여 반발계수를 적용하였으며, 암반과 토사 비탈면에서의 반발계수를 정리한 Chau et al. (2002)의 반발계수 분포도와 일본의 현장시험을 통한 평균값(JARA, 2000), Rocfall 프로그램에서 제시한 값을 비교분석하여 반발계수를 결정하였다.
낙석에 대한 방호대책공 설계를 실시할 때 앞에서 조사된 최댓값과 최빈값만을 가지고 낙석의 체적과 중량을 구하여 낙석충돌에너지, 최대 도약고 및 최대 도달거리 등을 검토하면 너무 과다하거나 다소 미진하게 계산되어 현실적이지 못한 방호대책이 설계에 반영될 수 있다. 따라서 분포비율을 고려한 평균값을 산출해 보기 위하여 낙석의 장, 단축 길이에 분포비율을 곱하여 각 측정치의 빈도를 고려한 평균 기여값을 산정하였다. 즉 절리의 간격과 화산탄의 축길이를 10 cm 단위로 분류하고, 각 간격별 분포비율을 구한 후, 해당 길이와 분포비율을 곱하여 산출되는 값이 분포확률을 고려한 평균값에 대한 기여값이며 이를 도시하면 Fig.
한편 National Emergency Management Agency (2009)는 모형실험을 통해 낙석방호시설 중 하나인 고강도특수망의 흡수 가능 충격에너지가 100~3,000 kJ의 범위를 보이는 것으로 발표하였다. 따라서 비탈면 내에 설치가 가능하고, 낙석방지울타리보다 흡수 가능 충격에너지가 큰 고강도특수망을 적용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 고강도특수망의 위치는 비탈면의 형상과 지형적인 요인 및 현장상황 등을 고려하여 선정하였다.
2 b를 보면 집괴암 노두에서 타원형의 화산탄들이 기질부 내에 분포하고 있는 것을 볼 수 있다. 따라서 집괴암 노두상에서 관찰되는 화산탄 또는 화산암괴의 타원체에 대한 장축과 단축을 측정하여 낙석의 크기를 결정하였다. 타원체의 장축의 경우 최대 길이와 분포비율은 2.
6 ton을 적용하면 산정되는 충돌에너지가 과다하고, 약 1~3% 내외의 낮은 분포율을 보이는 간격과 길이를 바탕으로 산정하였기 때문에 발생확률이 매우 낮다. 따라서 최빈값보다 다소 높게 산정된 기여평균값을 적용하여 산정된 낙석의 중량을 시뮬레이션에 적용하였다.
2를 곱하여 결정하였다(식 2). 또한 집괴 암의 단축 길이는 노두에서 한방향의 축만 노출되는 관계로 정확한 조사가 불가하여 조사된 단축길이를 두 단축길이로 적용하였다. 조면암질암의 경우 육면체로 가정 하여 높이와 폭을 각각 수평 절리와 수직 절리의 간격으로 적용하였다(식 3).
본 연구에서는 낙석에 대한 방호대책 설계를 수행하기 위하여 일주도로 건설공사가 계획된 울릉도 동북부의 약 4.7 km 구간에 위치하는 비탈면을 대상으로 화산암의 지질학적 및 불연속면 발달 특성을 조사하여 낙석의 규모를 산정하였으며, 주요 위험 비탈면 11개 구간을 선정하여 낙석 시뮬레이션을 이용한 거동분석을 실시하여 낙석유형을 분류하고, 도달거리 및 충격에너지 등을 계산하였다.
낙석의 크기와 중량은 낙석 운동에 크게 영향을 미치는 요인 중 하나이다. 본 연구에서는 연구지역에 분포하는 비탈면의 지질학적 특성과 불연속면 분포를 조사하여 유형별로 낙석의 크기와 중량을 결정하였다. 집괴암 비탈면에서 발생하는 낙석의 경우 연약한 기질부는 풍화 또는 운반과정에서 분해 또는 탈락하게 되고 최종적으로 타원체에 가까운 구(球)의 형상으로 화산암괴 또는 화산탄이 낙하하는 경우가 많다.
조면암질암의 경우는 집괴암과는 달리 두 조의 수직절리와 한 조의 수평 절리가 잘 발달하고 있고 이들에 의하여 블록이 형성되므로(Fig. 2 d), 절리면 조사에 일반적으로 적용되는 스캔라인법을 이용하여 절리의 간격과 발생빈도를 조사하였다. 수직 절리 간격과 분포비율은 최대 1.
해안도로를 따라 낙석이 빈번하게 발생하는 울릉도의 비탈면을 대상으로 현장조사를 통해 낙석의 유형을 분류하고 규모를 산정하였다. 11개의 비탈면을 대상으로 낙석 시뮬레이션을 수행하여 낙석의 거동을 분석하고 낙석에 대한 방지 대책을 검토하였다.
대상 데이터
3. 각 비탈면에 대한 낙석 시뮬레이션을 수행하여 낙석이 도로에 영향을 미치는 비탈면 6개를 선정하였다. 선정된 비탈면에 대해 도로에 작용하는 낙석의 영향을 검토한 결과, 최대 충격 에너지는 4~243 kJ을 나타났으며, 도약 높이는 0.
, 2005), 해저산체를 이루고 있는 현무암과 그 위를 덮고 있는 조면암, 안산암, 응회암 등으로 구성되어 있다. 연구 지역은 해안선을 따라 현무암질 집괴암층이 분포하고, 그 상부에 조면암 또는 조면암질 집괴암으로 구성된 조면암류가 급경사를 이루고 있으며, 최상부에 후기의 조면암질 미고결 분출물 층이 넓은 지역을 덮고 있다(Fig. 1). 조면암은 점성이 큰 분출암으로서 괴상의암주상으로 잘 나타난다.
연구지역내 위치하는 비탈면 중 낙석이 예상되는 11개 구간을 대상으로 각 1,000회씩 낙석 시뮬레이션을 수행하였다. 낙석 시뮬레이션은 충돌에너지, 속도, 도약 높이, 이동거리 등을 분석하는 프로그램인 Rocfall을 이용하였다.
이론/모형
연구지역내 위치하는 비탈면 중 낙석이 예상되는 11개 구간을 대상으로 각 1,000회씩 낙석 시뮬레이션을 수행하였다. 낙석 시뮬레이션은 충돌에너지, 속도, 도약 높이, 이동거리 등을 분석하는 프로그램인 Rocfall을 이용하였다. Rocfall은 확률론적 질점계 해석법을 적용하는 프로그램으로 신속하고 다양한 통계처리에 효과적인 장점이 있다(Lee and Park, 2003).
낙석의 마찰각은 현장에서 채취한 암석시료의 기울임시험(tilt test) 결과를 바탕으로 집괴암과 조면암질암은 35° , 테일러스는 30° 로 결정하였다. 초기 수평속도와 기타 입력변수는 Rocfall의 추천값을 사용하였다. 시뮬레이션을 위해 적용된 입력치를 정리하면 Table 2와 같다.
성능/효과
1. 연구지역에 분포하는 집괴암 내지 각력질 응회암은 괴상의 암체로 화산암괴와 화산탄을 함유한 탈락형 낙석으로 분류되며, 수직의 주상 절리가 발달된 조면암질 암은 박리형 낙석으로 분류된다.
4. 표준 방호대책공인 낙석방지울타리만으로 안정성이 확보되지 않아 고강도특수망을 고려하여 시뮬레이션을 수행한 결과, 고강도특수망에 작용하는 최대 충격 에너지는 15~457 kJ로 낙석에 대한 안정성이 확보되는 것으로 나타났다.
고강도특수망을 적용한 낙석에 대한 시뮬레이션 분석 결과, 최대 충격 에너지는 S-7을 제외하고 140 kJ 이하의 값을 보이며, 도약높이도 S-7을 제외하고 0.5 m 내외의 값에 분포하고 있다(Fig. 9). 따라서 비탈면 내에 충격에너지와 도약높이를 고려하여 낙석방지울타리와 더불어 고강도특수망 등과 같은 적절한 제원의 방호대책 공의 설치가 필요할 것으로 판단된다.
낙석이 도로에 영향을 미치는 비탈면을 알아보기 위해 낙석의 최대 도달 거리와 도로까지의 이격거리(Table 3)를 비교하면 도로로 낙석이 떨어지는 비탈면은 S-1과 S-4, S-5, S-6, S-7, S-10으로 나타났다.
8과 같다. 도로에 작용하는 충격 에너지는 S-7에서 최댓값 243 kJ, 평균값 141 kJ로 가장 크게 나타났으며, 3개의 낙석만이 도달하는 S-10의 경우 최대 충격에너지가 4.2 kJ로 가장 작은 값을 보인다. 또한 최대 도약 높이는 S-6에서 약 12 m로 가장 높게 발생되는 것으로 계산되었으나, 평균 도약 높이는 S-7에서 가장 높게 발생하는 것으로 산정되었다.
2 kJ로 가장 작은 값을 보인다. 또한 최대 도약 높이는 S-6에서 약 12 m로 가장 높게 발생되는 것으로 계산되었으나, 평균 도약 높이는 S-7에서 가장 높게 발생하는 것으로 산정되었다. 이는 S-6에서 발생한 낙석 중 도약 높이가 높은 낙석의 수가 많지 않음을 의미한다.
본 연구에서는 연구지역 내에 분포하는 테일러스의 경우 강도가 높은 조면암질암으로 구성되어 있어 비교적 높은 값인 Rocfall program이 제시한 반발계수를 적용하였으며, 경암에 해당되는 조면암질암의 반발계수는 일반적인 암반의 분포범위(Fig. 6 참조) 내에서 연암에 속하는 집괴암의 반발계수보다 다소 높게 결정하였다. 낙석의 마찰각은 현장에서 채취한 암석시료의 기울임시험(tilt test) 결과를 바탕으로 집괴암과 조면암질암은 35° , 테일러스는 30° 로 결정하였다.
099 m3으로 산정되 었다. 분포비율을 적용하여 계산된 평균중량은 집괴암과 조면암질암에서 각각 387 kg, 1,022 kg으로서 조면암질 암이 약 2.6배 무거운 것으로 산정되었다.
각 비탈면에 대한 낙석 시뮬레이션을 수행하여 낙석이 도로에 영향을 미치는 비탈면 6개를 선정하였다. 선정된 비탈면에 대해 도로에 작용하는 낙석의 영향을 검토한 결과, 최대 충격 에너지는 4~243 kJ을 나타났으며, 도약 높이는 0.1~12 m로 나타났다.
2 d), 절리면 조사에 일반적으로 적용되는 스캔라인법을 이용하여 절리의 간격과 발생빈도를 조사하였다. 수직 절리 간격과 분포비율은 최대 1.9 m (1.1%), 최빈값은 0.3 m (18.4%)로, 수평 절리의 간격은 최댓값 2.0 m (3.3%), 최빈값 1.1 m (14.6%)로 조사되었다(Fig. 4).
7과 같다. 총 11개의 비탈면 중 S-7과 S-8에서 150 m 이상의 도달거리를 보여 가장 멀리 영향을 끼치는 것을 알 수 있다. 또한 도로로 떨어지는 낙석의 개수는 S-7에서 약 950개로 가장 많이 발생하나 S-8은 도로까지 도달하는 낙석이 없다.
후속연구
9). 따라서 비탈면 내에 충격에너지와 도약높이를 고려하여 낙석방지울타리와 더불어 고강도특수망 등과 같은 적절한 제원의 방호대책 공의 설치가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
낙석의 원인은 무엇인가?
낙석은 일반적으로 암반 내 분포하는 불연속면의 이완으로 암편 및 암석이 암반과 분리되어 중력방향으로 낙하하는 현상을 말한다. 낙석의 원인은 지질학적 요인인 절리, 단층 및 층리 등과 같은 불연속면이 잘 발달하는 암반에서 장기간에 걸친 풍화나 지하수 등의 영향으로 저항력이 저하되거나, 비탈면 깎기, 발파 작업 등으로 응력의 균형이 무너지면 발생한다. 낙석은 비탈면의 경사에 따라 자유낙하(free falling), 도약(bouncing), 회전(rolling), 미끄러짐(sliding)과 같은 여러 운동 형태로 발생하고(Ritchie, 1963), 낙석의 형상 및 규모가 다양하며, 높이, 경사, 요철, 식생 등 비탈면의 특성에 따라 불규칙한 거동을 보이기 때문에 낙석의 거동을 예측하는 것은 어렵다.
울릉도 비탈면에 대해 도로에 작용하는 낙석의 영향은 어떻게 나타나는가?
각 비탈면에 대한 낙석 시뮬레이션을 수행하여 낙석이 도로에 영향을 미치는 비탈면 6개를 선정하였다. 선정된 비탈면에 대해 도로에 작용하는 낙석의 영향을 검토한 결과, 최대 충격 에너지는 4~243 kJ을 나타났으며, 도약 높이는 0.1~12 m로 나타났다.
울릉도의 비탈면의 낙석의 유형과 특징은 어떠한가?
또한 시뮬레이션 기법을 적용하여 도로에 영향을 미치는 낙석의 거동을 분석하였다. 연구지역에 분포하는 집괴암과 조면암질암은 각각 탈락형과 박리형의 낙석 유형를 보이며, 낙석의 규모는 조면암질암이 집괴암에 비해 상대적으로 2~3배 크게 분포하는 것으로 나타났다. 시뮬레이션을 이용한 낙석의 거동을 분석한 결과, 도로에 작용하는 충격 에너지가 표준 낙석방지울타리의 흡수 가능 운동에너지의 범위를 초과하여 고강도특수망을 적용할 경우 안정성이 확보되는 것으로 나타났다.
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