사면붕괴에 따른 재해에 효과적으로 대응하기 위해서는 사면의 상태, 특성, 안정성과 사면붕괴시의 피해도에 대한 분석이 필요하다. 이 연구에서는 사면 관리에 필요한 다양한 항목을 포함하고 있는 사면기호시스템(Slope Code System, SCS)을 제안하고 있다. SCS는 사면의 상태, 지질특성, 공학적 안정성, 피해도 등을 평가하여 사면의 특성을 구체적으로 표현할 수 있으며, 평가방법도 비교적 쉽게 할 수 있다. SCS는 5가지의 평가 요소로 구성되어 있는데, '요소-1'은 사면의 구성물질을 나타내며, '요소-2'는 사면의 지질학적 특성을 성인에 따른 암종(rock type)과 지질구조로 나타낸다. '요소-3'은 사면의 공학적 안정성 평가하며, '요소-4'는 보호 보강 상태를 나타낸다. 마지막으로 '요소-5'는 사면붕괴 시 발생될 수 있는 피해의 정도를 나타낸다. SCS의 5가지 평가 요소들은 각각 평가 결과를 나타내는 고유한 분류 기호들을 가지고 있으며, 각 요소별 평가 결과로부터 부여된 5개의 기호들을 조합하여 사면의 종합적인 상태를 나타낸다. SCS는 사면의 상태, 특성, 공학적 안정성, 피해도 등을 종합적으로 평가하므로 사면의 유지관리에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
사면붕괴에 따른 재해에 효과적으로 대응하기 위해서는 사면의 상태, 특성, 안정성과 사면붕괴시의 피해도에 대한 분석이 필요하다. 이 연구에서는 사면 관리에 필요한 다양한 항목을 포함하고 있는 사면기호시스템(Slope Code System, SCS)을 제안하고 있다. SCS는 사면의 상태, 지질특성, 공학적 안정성, 피해도 등을 평가하여 사면의 특성을 구체적으로 표현할 수 있으며, 평가방법도 비교적 쉽게 할 수 있다. SCS는 5가지의 평가 요소로 구성되어 있는데, '요소-1'은 사면의 구성물질을 나타내며, '요소-2'는 사면의 지질학적 특성을 성인에 따른 암종(rock type)과 지질구조로 나타낸다. '요소-3'은 사면의 공학적 안정성 평가하며, '요소-4'는 보호 보강 상태를 나타낸다. 마지막으로 '요소-5'는 사면붕괴 시 발생될 수 있는 피해의 정도를 나타낸다. SCS의 5가지 평가 요소들은 각각 평가 결과를 나타내는 고유한 분류 기호들을 가지고 있으며, 각 요소별 평가 결과로부터 부여된 5개의 기호들을 조합하여 사면의 종합적인 상태를 나타낸다. SCS는 사면의 상태, 특성, 공학적 안정성, 피해도 등을 종합적으로 평가하므로 사면의 유지관리에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
The condition, characteristics, and stability of slopes, as well as the consequences of slope failure, need to be understood for the proper stabilization of slopes and preclusion of potential disasters arising from slope failure. Here, a slope code system (SCS) that succinctly and accurately reflect...
The condition, characteristics, and stability of slopes, as well as the consequences of slope failure, need to be understood for the proper stabilization of slopes and preclusion of potential disasters arising from slope failure. Here, a slope code system (SCS) that succinctly and accurately reflects the various conditions of a slope is proposed. The SCS represents the condition, characteristics, and geotechnical stability of slopes, as well as the consequences of slope failure, and the method is quickly and easily applied to a given slope. The SCS comprises five elements: 1) the slope material; 2) the genetic origin (rock type) and geological structure of the slope; 3) the geotechnical stability of the slope; 4) the probability of failure and remedial works made upon the slope; and 5) the consequences of failure. A letter code is selected from each element, and the result of the evaluation and classification of the slope is given as a five-letter code. Because the condition, characteristics, and geotechnical stability of a slope, as well as the consequences of slope failure, are provided by the SCS, this system will provide an effective mechanism for the maintenance and management of slopes, and will also allow more informed decision-making for determining which slopes should be prioritized for remedial measures.
The condition, characteristics, and stability of slopes, as well as the consequences of slope failure, need to be understood for the proper stabilization of slopes and preclusion of potential disasters arising from slope failure. Here, a slope code system (SCS) that succinctly and accurately reflects the various conditions of a slope is proposed. The SCS represents the condition, characteristics, and geotechnical stability of slopes, as well as the consequences of slope failure, and the method is quickly and easily applied to a given slope. The SCS comprises five elements: 1) the slope material; 2) the genetic origin (rock type) and geological structure of the slope; 3) the geotechnical stability of the slope; 4) the probability of failure and remedial works made upon the slope; and 5) the consequences of failure. A letter code is selected from each element, and the result of the evaluation and classification of the slope is given as a five-letter code. Because the condition, characteristics, and geotechnical stability of a slope, as well as the consequences of slope failure, are provided by the SCS, this system will provide an effective mechanism for the maintenance and management of slopes, and will also allow more informed decision-making for determining which slopes should be prioritized for remedial measures.
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문제 정의
이 연구에서는 사면의 상태를 종합적으로 파악하면서도 쉽게 평가할 수 있는 개선된 사면평가체계를 제안하고자 하였다. 이를 위해 사면의 특성을 사면의 구성 물질, 지질학적 특성, 공학적인 특성, 보호·보강상태, 피해도 등 5가지 특성 요소로 구분하고, 각 요소마다의 평가 기준을 정립하였으며, 평가 결과를 평가 요소별 기호(Code)의 조합으로 표현하는 사면기호시스템(Slope Code System, SCS)를 제안하였다.
이 연구에서는 이러한 문제를 해결하고자 사면의 특성을 Fig. 1과 같이 사면의 구성물질, 지질특성, 공학적 안정성, 보호·보강상태, 피해도 등 5가지 요소로 나누어 각 요소별로 평가하고자 하였다.
가설 설정
사면-1에서 관찰된 쐐기파괴 위험 암반구간을 바탕으로 추정된 최대 붕괴규모는 약 900 m3 정도이며, 붕괴 발생시 접근성은 ‘보통’으로 연락성은 ‘쉬움’으로 가정하였다.
사면-2에서 추정된 최대 붕괴규모는 약 200 m3 정도이며, 붕괴발생시 접근성은 ‘보통’으로 연락성은 ‘쉬움’ 으로 가정하였다.
75이다. 이때, 최대 붕괴높이는 14 m, 붕괴물질의 체적은 200 m3로 가정되었다. 최종적으로 계산된 사면2의 피해도는 약 0.
75이다. 이때, 최대 붕괴높이는 30 m, 붕괴물질의 체적은 900 m3로 가정되었다. 최종적으로 식 (6)으로 부터 계산된 사면-1의 피해도는 약 0.
016이다. 이때, 평균 차량 길이는 5 m, 평균 주행속도는 60 km/h로 가정하였고 일일 평균 차량통행량(NV)는 국토교통부의 교통량정보제공시스템(www.road.re.kr)에서 2013년 통계자료를 조회 하여 4558대로 적용하였다. 붕괴물질이 도로에 침범할 확률(P(TL))을 분석하기 위해 필요한 붕괴물질의 최대 이동거리는 약 6.
제안 방법
도랑의 효능은 붕괴 물질의 이동을 제어할 수 있는 능력에 따라 ‘충분(efficient)’, ‘보통(medium)’, ‘불충분(inefficient)’, ‘없음 (none)’으로 구분하고 완전히 붕괴물질을 제어할 수 있는 충분한 능력이 있을 경우 0부터 전혀 제어할 수 없는 경우인 1까지 점수를 배점하였다(Table 9).
이처럼 사면을 구성하고 있는 암석의 종류와 지질학적 구조는 사면의 안정성에 영향을 미치는 중요한 요소이지만, 이들이 사면의 안정성에 영향을 미치는 정도를 정량적으로 파악하기는 매우 어렵다. 따라서 이 연구에서는 암종과 지질학적 구조를 점수나 등급으로 평가하는 대신 기호를 사용하여 암종과 지질학적 구조의 상태를 표현하는 방법을 선택하였다. 암종은 성인에 따라서 화성암, 퇴적암, 변성암과 여러 암종이 혼재하는 경우를 추가하여 4가지로 구분하였고, 이에 따른 고유기호를 Table 2와 같이 부여하였다.
토사사면의 최종 평가점수의 범위는 0부터 100점까지이고 암반사면의 평가에 사용된 SMR 점수의 범위도 기본적으로는 0부터 100점까지로 설정되어 있어 두 평가법의 평가점수의 범위는 같다. 따라서 이 연구에서는 토사사면과 암반사면의 평가점수에 따른 사면의 안정성 등급을 Table 7과 같이 갖은 기준에 따라 5단계로 분류하고 A부터 E까지 기호를 할당하였다.
또한 접근시간이 30분 이상이고 우회도로가 없어 사면 붕괴 시 통행이 불편하거나, 접근시간이 60분 이상일 경우에는 ‘어려움(difficult)’으로 구분하였다(Table 9).
붕괴물질이 피해요소에 도달될 확률(P(TL))은 붕괴물질의 이동거리(travel distance of slope failure)와 붕괴물질의 이동을 저지시키는 도랑(ditch)의 효과를 함께 고려하였다. 붕괴물질의 이동거리는 Heim (1932)이 제안한 식 (4)와 Straub (1997)의 연구에 따른 식 (5)을 활용하여 구할 수 있다.
따라서 이 연구에서는 암종과 지질학적 구조를 점수나 등급으로 평가하는 대신 기호를 사용하여 암종과 지질학적 구조의 상태를 표현하는 방법을 선택하였다. 암종은 성인에 따라서 화성암, 퇴적암, 변성암과 여러 암종이 혼재하는 경우를 추가하여 4가지로 구분하였고, 이에 따른 고유기호를 Table 2와 같이 부여하였다. 지질학적 구조의 경우 KISTEC (2013)의 연구결과를 바탕으로 단층, 습곡, 암맥, 절리, 엽리, 층리, 유색광물, 연약암으로 구분하며, 지질학적 구조가 나타나지 않는 경우와 여러 가지 지질구조가 혼재하는 경우를 추가하여 10가지로 구분하였고, 이에 따른 고유번호를 Table 2와 같이 부여하였다.
사면을 안전하게 관리하고 사면재해에 효과적으로 대응 하기 위해서는 사면의 공학적 안정성, 지질특성, 붕괴에 의해 유발될 수 있는 피해특성 등과 같이 다양한 정보가 필요하다. 이러한 필요성을 충족시키고자 이 연구에서는 기존에 제안되었던 사면 평가법들보다 더 많은 평가요소들을 갖고 있고 사면의 상태를 구체적으로 표현할 수 있는 사면기호시스템(SCS)을 제안하였다.
이를 위해 사면의 특성을 사면의 구성 물질, 지질학적 특성, 공학적인 특성, 보호·보강상태, 피해도 등 5가지 특성 요소로 구분하고, 각 요소마다의 평가 기준을 정립하였으며, 평가 결과를 평가 요소별 기호(Code)의 조합으로 표현하는 사면기호시스템(Slope Code System, SCS)를 제안하였다.
암종은 성인에 따라서 화성암, 퇴적암, 변성암과 여러 암종이 혼재하는 경우를 추가하여 4가지로 구분하였고, 이에 따른 고유기호를 Table 2와 같이 부여하였다. 지질학적 구조의 경우 KISTEC (2013)의 연구결과를 바탕으로 단층, 습곡, 암맥, 절리, 엽리, 층리, 유색광물, 연약암으로 구분하며, 지질학적 구조가 나타나지 않는 경우와 여러 가지 지질구조가 혼재하는 경우를 추가하여 10가지로 구분하였고, 이에 따른 고유번호를 Table 2와 같이 부여하였다. 최종적으로 지질학적 특성을 나타내는 요소 2는 암종에 해당하는 기호에 지질학적 구조에 해당하는 번호를 아래첨자 형태로 결합하여 나타내며, Table 2의 예로 나타낸 ‘I3’은 암맥이 분포하는 화강암으로 구성된 사면을 표시한 것이다.
피해발생 확률은 사면붕괴 시 시간과 공간적으로 차량이나 주거시설 등과 같은 피해요소들이 피해에 노출될 확률(P(ST))과 붕괴물질의 피해요소까지 도달할 확률 (P(TL))을 함께 고려하였다. 먼저 피해요소가 피해에 노출될 확률의 경우에는 Fell et al.
Figure 2는 이 연구에서 적용된 피해도 분석 계통도로서 사면붕괴에 따른 피해도를 피해 규모 (scale of damage)와 피해 발생 확률(probability of damage)로부터 결정되도록 설정하였다. 피해의 규모에는 붕괴규모(scale of failure, S(SF))와 간접손실(indirect loss, S(IL))을 고려하였고 피해 발생 확률은 차량이나 시설물 등과 같은 피해요소가 시공간적으로 피해에 노출될 확률(temporal spatial probability of the element at risk, P(ST))과 붕괴물질이 피해요소까지 도달할 확률 (probabilty of landslide reaching the element at risk, P(TL))을 고려하였다.
대상 데이터
사면은 길이 50 m, 높이 약 14 m 규모이며 약 52°~62° 정도의 경사를 보이는 토사, 암반 혼합사면이다(Fig. 5).
사면은 길이 87 m, 높이 약 30 m 규모이며 평균 약 60° 정도의 경사를 보이는 암반사면이다(Fig. 4).
022이다. 이때, 평균 차량길이는 5 m, 평균 주행속도는 60 km/h로 가정하였고 일일 평균 차량 통행량(NV)는 국토교통부의 교통량정보제공시스템 (www.road.re.kr)에서 2013년 통계자료를 조회하여 6476대로 적용하였다. 붕괴물질이 도로에 침범할 확률(P(TL)) 을 분석하기 위해 필요한 붕괴물질의 최대 이동거리는 약 19 m로 계산되었고 붕괴물질 최대 이동거리와 보호·보강상태를 조합하여 계산된 사면-1의 P(TL) 은 0.
SCS의 실효성을 검토하기 위하여 실제 절토사면을 대상으로 SCS 평가법을 적용하였다. 평가 적용된 사면은 경상남도 울주군에 위치한 사면-1과 강원도 화천군에 위치한 사면-2로서 일반적인 규모의 도로 절토사면이다.
이론/모형
SCS의 실효성을 검토하기 위하여 실제 절토사면을 대상으로 SCS 평가법을 적용하였다. 평가 적용된 사면은 경상남도 울주군에 위치한 사면-1과 강원도 화천군에 위치한 사면-2로서 일반적인 규모의 도로 절토사면이다.
간접손실(S(IL))은 접근성(proximity)과 연락성(connection)을 고려한 Jang et al. (2007)의 간접손실 결정법을 활용하였다. Jang et al.
))을 함께 고려하였다. 먼저 피해요소가 피해에 노출될 확률의 경우에는 Fell et al. (2005)가 제안한 방법을 적용하였다. Fell et al.
요소-3은 사면의 공학적인 안정성을 평가하는 부분으로, 암반사면과 토사사면에 각각 다른 평가법을 사용하였다. 암반사면의 경우에는 사면 평가에 가장 널리 사용되고 있는 SMR을 사용하였다(Romana, 1985). SMR은 식 (1)과 같이 대표적인 암반분류 기법인 RMR에 불연속면과 사면과의 방향성 관계에 대한 조정계수를 빼주고 굴착 방법에 따른 계수를 더하여 점수를 구한다.
토사사면의 평가는 사면의 경사, 토질 조건, 지하수상태 및 식생상태의 4가지 항목으로 평가하도록 하였으며, 평가기준은 한국시설안전공단에서 작성한 ‘안전점검 및 정밀안전진단 세부지침(절토사면)’에서 제시하고 있는 기준에 따라 Table 6과 같이 설정하였다(KISTEC, 2012).
피해규모에서 고려된 사면의 붕괴규모(S(SF))는 Songand Hong (2008)의 사면붕괴규모기준을 활용하였다. Song and Hong (2008)은 기존의 사면활동체적에 따른 기준들(JNR, 1974; Okada et al.
성능/효과
결과적으로 기호 A에 가까울수록 보호·보강 시설이 양호한 상태를 나타내고, 기호 E에 가까울수록 보호·보강 시설이 불량한 상태를 나타낸다.
이 사면기호는 사면-1이 암반사면이고 화성암으로 이루어져 있으며, 단층이 발달되어 있다는 것을 알려준다. 또한 사면의 공학적 안정성과 보수보강상태는 보통정도 수준이며, 사면붕괴 시 예상되는 피해도는 미미하다는 것을 알려 준다.
이 사면기호는 사면-2가 토사와 암반이 혼합된 사면이고 화성암으로 이루어져 있으며, 절리 외에 단층과 같은 지질구조들이 복합적으로 발달되어 있다는 것을 알려준다. 또한 사면의 공학적 안정성과 보수보강상태는 불량한 수준이지만 사면붕괴 시 예상되는 피해도는 미미하다는 것을 알려 준다.
붕괴물질이 도로에 침범할 확률(P(TL)) 을 분석하기 위해 필요한 붕괴물질의 최대 이동거리는 약 19 m로 계산되었고 붕괴물질 최대 이동거리와 보호·보강상태를 조합하여 계산된 사면-1의 P(TL) 은 0.75이다.
붕괴물질이 도로에 침범할 확률(P(TL))을 분석하기 위해 필요한 붕괴물질의 최대 이동거리는 약 6.8 m로 계산되었고 붕괴물질 최대 이동거리와 보호·보강상태를 조합하여 계산된 사면-2의 P(TL) 은 0.75이다.
3점의 범위를 갖는다. 종합적으로 피해 규모 점수는 붕괴규모와 간접손실 점수를 합하여 계산 되며 피해규모가 전혀 없는 0점부터 최대 피해규모인 1점까지의 범위를 갖는다.
후속연구
SCS는 사면의 공학적인 안정성 점수 도출에 치중되어 있던 기존의 평가법들과 달리 공학적 안정성뿐만 아니라 사면 관리에 유용한 여러 가지 정보를 간략한 기호의 조합으로 종합적으로 표현할 수 있어 사면재해 관리에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 더욱 효율적인 관리를 위해서는 인터페이스를 결합한 체계적이고 향상된 데이터베이스 프로그램을 개발할 필요성이 있으며, 여러 연구자들과 사면관리 실무자들의 의견을 수집하여 평가 결과가 객관적이고 정확할 수 있도록 각 평가요소별 평가기준에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
SCS는 사면의 공학적인 안정성 점수 도출에 치중되어 있던 기존의 평가법들과 달리 공학적 안정성뿐만 아니라 사면 관리에 유용한 여러 가지 정보를 간략한 기호의 조합으로 종합적으로 표현할 수 있어 사면재해 관리에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 더욱 효율적인 관리를 위해서는 인터페이스를 결합한 체계적이고 향상된 데이터베이스 프로그램을 개발할 필요성이 있으며, 여러 연구자들과 사면관리 실무자들의 의견을 수집하여 평가 결과가 객관적이고 정확할 수 있도록 각 평가요소별 평가기준에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
이 연구에서는 SMR과 ‘안전점검 및 정밀안전진단 세부지침(절토사면)’의 평가기준을 적용하여 사면의 공학적 안정성을 평가하도록 제안하고 있으나 기타 다른 안정성 평가법(한계평형해석, 수치해석, 확률해석 등) 등도 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
사면붕괴에 따른 재해에 효과적으로 대응하려면 어떻게 해야 하는가?
사면붕괴에 따른 재해에 효과적으로 대응하기 위해서는 사면의 상태, 특성, 안정성과 사면붕괴시의 피해도에 대한 분석이 필요하다. 이 연구에서는 사면 관리에 필요한 다양한 항목을 포함하고 있는 사면기호시스템(Slope Code System, SCS)을 제안하고 있다.
토사사면이란?
토사사면은 사면의 구성 물질이 대부분 흙으로 이루어진 사면을 지칭하며 분류기호는 ‘S’다. 토사사면의 경우 포화 시와 불포화시의 단위중량의 변화량이 크기 때문에, 강우나 지하수에 의한 영향을 크게 받는 특징을 가진다.
사람들이 일상에서 접하는 사면을 안전하게 관리하는 것은 매우 중요한 과제인 이유는?
사람들이 일상에서 접하는 사면을 안전하게 관리하는 것은 매우 중요한 과제이다. 이는 사면붕괴로 인해 인명과 막대한 재산피해가 발생될 가능성이 크기 때문이다. 사면을 안전하게 관리하고 사면재해에 효과적으로 대응하기 위해서는 사면의 공학적 안정성, 지질특성, 붕괴에 의해 유발될 수 있는 피해특성 등과 같이 다양한 정보가 필요하다.
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