본 논문에서는 경험에 따라 비합리적으로 설계되고 있는 낙석방지망의 합리적인 설계를 위한 기초자료를 획득하기 위해 표준 단면을 결정하고 비탈면의 경사, 높이, 낙석의 무게, 이격거리 등의 매개변수가 도약높이나 운동에너지, 통과속도 등 낙석의 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 낙석의 무게는 400, 700, 1,000 kg으로 변화하고 20 m 높이를 기준으로 낙석방호시설이 낙석의 거동에 영향을 미칠 수 있는 1:0.5($63^{\circ}$), 1:0.7($55^{\circ}$)의 경사에 대해 수행하였으며, 낙석의 낙하높이를 3, 15, 20 m를 변경시켜가면서 해석을 실시하여 사면 하부에 발생하는 최대운동에너지의 변화를 분석 평가하였다. 해석결과, 낙석방지망의 설계 시 현행과 같이 일률적인 적용에서 벗어나 사면의 경사와 예상되는 낙석의 규모나 무게, 법면의 상황 및 낙석의 모양, 낙석 운동형태 등 다양한 조건을 고려한 설계가 필요할 것으로 판단된다.
본 논문에서는 경험에 따라 비합리적으로 설계되고 있는 낙석방지망의 합리적인 설계를 위한 기초자료를 획득하기 위해 표준 단면을 결정하고 비탈면의 경사, 높이, 낙석의 무게, 이격거리 등의 매개변수가 도약높이나 운동에너지, 통과속도 등 낙석의 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 낙석의 무게는 400, 700, 1,000 kg으로 변화하고 20 m 높이를 기준으로 낙석방호시설이 낙석의 거동에 영향을 미칠 수 있는 1:0.5($63^{\circ}$), 1:0.7($55^{\circ}$)의 경사에 대해 수행하였으며, 낙석의 낙하높이를 3, 15, 20 m를 변경시켜가면서 해석을 실시하여 사면 하부에 발생하는 최대운동에너지의 변화를 분석 평가하였다. 해석결과, 낙석방지망의 설계 시 현행과 같이 일률적인 적용에서 벗어나 사면의 경사와 예상되는 낙석의 규모나 무게, 법면의 상황 및 낙석의 모양, 낙석 운동형태 등 다양한 조건을 고려한 설계가 필요할 것으로 판단된다.
In order to obtain basic data for reasonable design of rockfall prevention net unreasonably being designed according to experiences, this paper determined a standard cross section and analyzed the effects of parameters such as inclination and height of slope faces, rockfall weight, separation distan...
In order to obtain basic data for reasonable design of rockfall prevention net unreasonably being designed according to experiences, this paper determined a standard cross section and analyzed the effects of parameters such as inclination and height of slope faces, rockfall weight, separation distance on rockfall behaviors such as bounce height, kinetic energy and passage rate. The weight of rockfall changed from 400 kg to 700 kg and then to 1,000 kg. With the height of 20 m as the standard, the test was conducted with the inclination at $63^{\circ}$ and $55^{\circ}$ which may affect rockfall behaviors. Analysis was made while changing the fall height of rockfall from 3 m to 15 m and then to 20 m, thereby analyzing and evaluating changes in maximal kinetic energy occurring in the base of slope. According to the analysis result, in designing a rockfall prevention wire net, a design considering various conditions including inclination of the slope, expected size or weight of rockfall, situation of the slope and the shape of rockfall, and rockfall trace is judged necessary beyond the current uniform application.
In order to obtain basic data for reasonable design of rockfall prevention net unreasonably being designed according to experiences, this paper determined a standard cross section and analyzed the effects of parameters such as inclination and height of slope faces, rockfall weight, separation distance on rockfall behaviors such as bounce height, kinetic energy and passage rate. The weight of rockfall changed from 400 kg to 700 kg and then to 1,000 kg. With the height of 20 m as the standard, the test was conducted with the inclination at $63^{\circ}$ and $55^{\circ}$ which may affect rockfall behaviors. Analysis was made while changing the fall height of rockfall from 3 m to 15 m and then to 20 m, thereby analyzing and evaluating changes in maximal kinetic energy occurring in the base of slope. According to the analysis result, in designing a rockfall prevention wire net, a design considering various conditions including inclination of the slope, expected size or weight of rockfall, situation of the slope and the shape of rockfall, and rockfall trace is judged necessary beyond the current uniform application.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 낙석방지망의 효율적인 적용을 위하여 낙석중량, 비탈면경사, 이격거리와 낙하예상위치를 변경시켜가면서 낙석 시뮬레이션을 실시하였으며, 비탈면 하부에 발생하는 최대운동에너지의 변화를 분석하여 현행 낙석방지망의 설계기준을 평가하고 다양한 매개변수가 미치는 영향에 대한 적정성을 평가하였다.
본 연구에서는 낙석방지망의 설치위치 변화에 따른 낙석 방호시설의 안정성을 평가하기 위하여 낙석시뮬레이션을 실시하였으며, 해석조건은 Table 3과 같다. Table 3에 나타낸 바와 같이 낙석의 무게는 국내 도로 현장의 다양한 낙석 무게를 고려하기 위해 400, 700, 1,000 kg으로 변화하고 비탈면의 높이를 일반적으로 낙석방호시설이 포함될 수 있는 20 m 높이를 기준으로 낙석방호시설이 낙석의 거동에 영향을 미칠 수 있는 1:0.
본 연구에서는 낙석방지망의 설치위치 변화에 따른 낙석 방호시설의 안정성을 평가하기 위하여 낙석의 발생위치를 현행 시공위치인 사면하부 기준 3 m로부터 일반적인 연암의 시공 높이인 20 m와 1소단 상부사면에서의 낙하를 모사한 30 m까지 다양하게 변화시키면서 이격거리, 비탈면경사, 낙석중량에 따라 발생되는 낙석에너지의 변화를 고찰하였다.
제안 방법
Table 3에 나타낸 바와 같이 낙석의 무게는 국내 도로 현장의 다양한 낙석 무게를 고려하기 위해 400, 700, 1,000 kg으로 변화하고 비탈면의 높이를 일반적으로 낙석방호시설이 포함될 수 있는 20 m 높이를 기준으로 낙석방호시설이 낙석의 거동에 영향을 미칠 수 있는 1:0.5(63°), 1:0.7(55°)의 경사에 대해 수행하였으며, 소단부는 3 m로 설정하고 낙석의 낙하높이를 3, 15, 20 m를 변경시켜가면서 낙석시뮬레이션을 실시하여 사면 하부에 발생하는 최대운동에너지의 변화를 분석･평가하였다.
7(55°)의 경사에 대해 수행하였으며, 소단부는 3 m로 설정하고 낙석의 낙하높이를 3, 15, 20 m를 변경시켜가면서 낙석시뮬레이션을 실시하여 사면 하부에 발생하는 최대운동에너지의 변화를 분석･평가하였다. 또한 낙석 방호시설인 낙석방지울타리의 높이는 2.5 m로 설정하였으며 사면의 선단과 울타리의 이격거리는 0.5, 1.0, 1.5로 변화하여 평가하였다.
본 검토에서는 Rocfall 프로그램을 이용하여 낙석중량, 비탈면경사, 이격거리와 낙하예상위치를 변경시켜가면서 낙석시뮬레이션을 실시하여 비탈면 하부에 발생하는 최대 운동에너지의 변화를 분석하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
이론/모형
본 연구에서 낙석시뮬레이션은 Canada Rocscience사의 Rocfall v.3.01을 이용하였다. 본 프로그램은 절개면의 형상과 절개면 구성물질에 대한 물성, 이동할 암석의 물성 그리고 이동암석의 최초위치에 관한 입력이 가능하며, 입력 데이터를 다양하게 변화시킬 수 있고 결과의 처리가 용이한 장점이 있으며 초기낙석 운동형태의 지정이 가능하다.
성능/효과
(1) 낙석의 무게가 400 kg 이하인 경우 낙석 운동에너지는 낙석방지망을 포설하지 않은 경우에도 운동에너지의 기준값인 50 kJ을 거의 만족시키며, 이러한 경향은 사면경사에 관계없이 유사하게 나타나므로 낙석의 위험성은 경사보다는 운동형태의 영향을 받을 것으로 예상된다.
(2) 낙석 무게가 700 kg인 경우 9 m(1:0.5)～11.5 m(1:0.7) 이하의 낙하높이에서 낙석 운동에너지의 기준값인 50 kJ을 만족하는 것으로 나타났으며, 낙석 무게가 1,000 kg인 경우 7 m(1:0.5)～8 m(1:0.7) 이하의 낙하높이에서 낙석 운동에너지의 기준값인 50 kJ을 만족하는 것으로 분석되었다.
(3) 낙석의 무게가 700 kg 이하인 경우 10 m 높이까지는 낙석방지망을 설치하지 않아도 되는 것으로 검토되었다. 따라서 낙석방지망의 설계 시 현행과 같이 일률적인 적용에서 벗어나 사면의 경사와 예상되는 낙석의 규모나무게, 법면의 상황 및 낙석의 모양, 낙석 운동형태 등 다양한 조건을 고려한 설계가 필요할 것으로 판단된다.
1소단 하부사면에 낙석방지망이 설치되지 않는 상황을 고려하여 분석한 결과 낙석무게가 1,000 kg인 경우 120 kJ 이상의 운동에너지를 나타내어 낙석으로부터 안정성을 확보할 수 없는 것으로 나타났다.
1소단 하부사면에 낙석방지망이 설치되지 않는 상황을 고려하여 분석한 결과 낙석중량이 400 kg 이하로 예상되는 경우에는 하부의 낙석방지책 등 방호시설이 50 kJ 이하의 운동에너지를 받으므로 낙석으로부터 안정성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
1소단 하부사면에 낙석방지망이 설치되지 않는 상황을 고려하여 분석한 결과 낙석중량이 700 kg에서는 80 kJ 이상의 운동에너지를 나타내어 낙석으로부터 안정성을 확보할 수 없는 것으로 나타났다. 단, 20 m 이상에서 낙석에너지가 감소하는 현상은 사면 내 3 m 소단의 영향인 것으로 판단된다.
11은 낙석중량이 1,000 kg인 경우 이격거리별 낙하높이에 따른 낙석에너지의 변화를 나타낸 것이다. 낙석의 발생위치에 따른 최대운동에너지의 변화를 분석한 결과, 1,000 kg의 낙석인 경우 1:0.5사면에서는 약 7 m의 낙하위치에서 기준값을 상회하는 것으로 나타났으며, 1:0.7사면은 약 8 m 근처에서 최대운동에너지가 50 kJ을 초과하는 것으로 나타났다. 1소단 하부사면
8은 낙석중량이 700 kg인 경우 이격거리별 낙하높이에 따른 낙석에너지의 변화를 나타낸 것이다. 낙석의 발생위치에 따른 최대운동에너지의 변화를 분석한 결과, 700 kg의 낙석인 경우 1:0.5사면에서는 약 9 m의 낙하위치에서 기준값을 상회하는 것으로 나타났으며, 1:0.7사면은 약 11.5 m 근처에서 최대운동에너지가 50 kJ을 초과하는 것으로 나타났다.
5는 낙석중량이 400 kg인 경우 이격거리별 낙하높이에 따른 낙석에너지의 변화를 나타낸 것이다. 낙석의 발생위치에 따른 최대운동에너지의 변화를 분석한 결과, 국내 현장의 평균 낙석중량인 400 kg의 경우 1:0.5사면에서는 약 19 m의 낙하위치에서 기준값을 상회하는 것으로 나타났으며, 1:0.7사면은 약 28 m 근처에서 최대운동에너지가 50 kJ을 초과하는 것으로 나타났다.
01을 이용하였다. 본 프로그램은 절개면의 형상과 절개면 구성물질에 대한 물성, 이동할 암석의 물성 그리고 이동암석의 최초위치에 관한 입력이 가능하며, 입력 데이터를 다양하게 변화시킬 수 있고 결과의 처리가 용이한 장점이 있으며 초기낙석 운동형태의 지정이 가능하다. 또한 이동지점마다 생성된 운동에너지와 속도, 바운드 높이를 측정할 수 있어 통계적인 분석이 가능하다.
14에 나타내었다. 분석결과 비탈면 경사가 1:0.5인 경우 낙석중량 1,000 kg에서 낙석에너지 기준값에 해당하는 낙하높이는 6.8 m 정도로 나타났다. 비탈면 경사가 1:0.
후속연구
(4) 결론적으로 현재 낙석방지시설 설치의 기준과 같이 낙석방지망의 하단과 낙석방지 울타리의 높이가 같아야 한다는 일률적인 규정의 적용은 합리적이지 못한 것으로 판단되므로 병용 설치 시 낙석의 튀는 높이, 절개면 경사, 절개면 풍화도, 비탈면 연장 등에 따라 현장설계자의 합리적인 판단이 이루어져야 할 것이다.
(3) 낙석의 무게가 700 kg 이하인 경우 10 m 높이까지는 낙석방지망을 설치하지 않아도 되는 것으로 검토되었다. 따라서 낙석방지망의 설계 시 현행과 같이 일률적인 적용에서 벗어나 사면의 경사와 예상되는 낙석의 규모나무게, 법면의 상황 및 낙석의 모양, 낙석 운동형태 등 다양한 조건을 고려한 설계가 필요할 것으로 판단된다.
그러나 설계기준 정립을 위해서는 여러 고건을 고려한 추가 검토가 필요할 것으로 판단된다. 또한 낙석방지망의 설계 시 현행과 같이 일률적인 적용에서 벗어나 사면의 경사와 예상되는 낙석의 규모나 무게, 법면의 상황 및 낙석의 모양, 낙석 운동형태 등 다양한 조건을 고려한 설계가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
낙석이란?
낙석이란 사면 기울기가 수직이거나 거의 수직에 가까워서 사면을 이루고 있던 암석이나 암괴가 크기나 규모에 상관없이 움직여 사면 아래로 이동하는 현상으로 암반 내 불연속면의 이완현상에 의해 암편이 모암에서 분리되어 낙하하며 규모면에서 Rochet(1987)이 제시한 ‘single block falls(10-2～102 m3 )’로 암편을 셀 수 있을 정도의 소량을 의미하고 Evans & Hungr(1993)이 발표한 ‘fragmental rock falls’로 낙하 블록간의 상호작용을 고려하지 않는 것으로 한정하고 있다(Kim et al., 2007).
낙석방지시설 관련 지침의 문제점은?
현재 낙석방지시설 관련 지침으로는 국토해양부 건설공사 비탈면 설계기준(국토해양부, 2009a)이나 도로공사 표준 시방서편에 간략히 기술되어 있고 낙석방지 울타리와 낙석방지망의 병행 시공 시 적용 규정이 일률적으로 ‘망의 하단은 반드시 방지울타리 높이와 동일해야한다’로 규정되어 있는 형편이다. 그러나 대부분의 연구가 일방적으로 낙석이 비탈면의 정점이나 소단부에서 낙하함을 전제로 수행되고 있어 시공 시 낙석방지망과 병행 설치되는 특성을 간과하고 있는 상황이다.
낙석방지 시설은 무엇이 시공되고 있는가?
최근 비탈면 보강, 보호공법은 경제성, 시공성을 고려하여 최적의 공법을 적용하기 위해 많은 노력을 기울이고 있는 실정이며, 그중 낙석방지 시설은 낙석방지 울타리, 낙석 방지 옹벽, 낙석방지망 등이 시공되고 있다. 비탈면의 낙석을 방지하기 위한 시설인 낙석방지 울타리는 도로 비탈면의 보호공법 중 하나로 흡수가능 에너지를 계산하여 설치하도록 규정하고 있으며(국토해양부, 2009b), 낙석방지망은 별도의 해석절차 없이 울타리의 상부지점을 기준점으로 설치하고 있는 상황이다.
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