비탈면의 안정성은 강우지속시간, 확률강우강도, 지반의 불포화특성, 지반강도 등에 의해 영향을 받는다. 최근 비탈면안정성 해석은 지반의 침투특성을 고려한 불포화해석을 수행하고 있으며, 불포화 토사비탈면에 대한 연구는 시간변화에 따라 지반의 변형과 응력분포해석을 고려할 수 있도록 하는 방향으로 진행되고 있다. 그러나 이와는 별개로 불포화사면의 침투특성은 강우강도나 지속시간 뿐만 아니라 비탈면의 지형여건과 녹화상태에 따라서도 침투정도가 다르지만, 이에 대한 영향은 고려하지 않고 있다. 본 연구에서는 비탈면경사 및 표면상태에 따른 침투를 고려하기 위하여 토양의 수리특성을 고려한 모형을 사용하고, 토사비탈면에 대한 불포화해석을 수행하여 비탈면 경사에 따른 영향을 파악하였다. 연구결과 비탈면 안정해석시 동일한 강우조건 하에서도 비탈면경사에 따른 침투율이 고려되어야 할 필요성을 제시하였다.
비탈면의 안정성은 강우지속시간, 확률강우강도, 지반의 불포화특성, 지반강도 등에 의해 영향을 받는다. 최근 비탈면안정성 해석은 지반의 침투특성을 고려한 불포화해석을 수행하고 있으며, 불포화 토사비탈면에 대한 연구는 시간변화에 따라 지반의 변형과 응력분포해석을 고려할 수 있도록 하는 방향으로 진행되고 있다. 그러나 이와는 별개로 불포화사면의 침투특성은 강우강도나 지속시간 뿐만 아니라 비탈면의 지형여건과 녹화상태에 따라서도 침투정도가 다르지만, 이에 대한 영향은 고려하지 않고 있다. 본 연구에서는 비탈면경사 및 표면상태에 따른 침투를 고려하기 위하여 토양의 수리특성을 고려한 모형을 사용하고, 토사비탈면에 대한 불포화해석을 수행하여 비탈면 경사에 따른 영향을 파악하였다. 연구결과 비탈면 안정해석시 동일한 강우조건 하에서도 비탈면경사에 따른 침투율이 고려되어야 할 필요성을 제시하였다.
Slope stability is affected by duration of precipitation, probable rainfall intensity, unsaturated soil property, and soil strength. The recent analyses of slope stability tend to include unsaturated analysis based on infiltration properties of soil, while researches of unsaturated soil slope tend t...
Slope stability is affected by duration of precipitation, probable rainfall intensity, unsaturated soil property, and soil strength. The recent analyses of slope stability tend to include unsaturated analysis based on infiltration properties of soil, while researches of unsaturated soil slope tend to include the analysis of deformation and stress distribution of soil over time. However, infiltration property of unsaturated soil slope depends not only on intensity or duration of precipitation, but also on relief and surface condition, which is not considered in status quo. This research uses hydrologic model parameters of soil in order to consider effects of inclination on filtration, and carries out analysis of unsaturated soil slope to confirm the effects according to slope inclination and surface condition. In conclusion, using slope stability analysis, the need to consider infiltration rate according to inclination and surface condition was confirmed even under the same precipitation conditions.
Slope stability is affected by duration of precipitation, probable rainfall intensity, unsaturated soil property, and soil strength. The recent analyses of slope stability tend to include unsaturated analysis based on infiltration properties of soil, while researches of unsaturated soil slope tend to include the analysis of deformation and stress distribution of soil over time. However, infiltration property of unsaturated soil slope depends not only on intensity or duration of precipitation, but also on relief and surface condition, which is not considered in status quo. This research uses hydrologic model parameters of soil in order to consider effects of inclination on filtration, and carries out analysis of unsaturated soil slope to confirm the effects according to slope inclination and surface condition. In conclusion, using slope stability analysis, the need to consider infiltration rate according to inclination and surface condition was confirmed even under the same precipitation conditions.
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문제 정의
사면의 안정성은 강우조건에 따라 크게 영향을 받으며, 지반내부로의 강우침투는 사면의 다양한 조건에 따라 달라지게 된다. 본 연구에서는 사면경사 및 지표면 보호공이 사면안정성에 미치는 영향을 비교하고, 이러한 인자의 고려 필요성을 연구하였으며 그 결과는 다음과 같다.
사면의 표면처리에 따른 영향은 표면이 녹화되었을 경우와, Shotcrete와 같이 지표면으로의 침투를 허용하지 않는 경우에 대하여 안정성을 비교검토 하였다. 표면이 녹화된 경우는 녹화에 사용된 초본류의 종류에 따른 침투율 결과를 활용하여 사면안정해석에 적용하고자 하였으며, 본 연구에서는 초본류 종류 중 페레니얼라이그라스의 침투율을 고려하여 비교하고자 하였다. 시험결과에 의하면, 페레니얼라이그라스의 침투율은 녹화공법이 적용되지 않은 나지상태의 침투율 대비 1.
가설 설정
사면안정성 검토는 사면의 경사에 따라 지표면이 녹화되어 있는 경우와 Shotcrete가 표면 처리 되어있는 경우로 구분하여 수행하였다. Shotcrete는 강우침투가 발생하지 않으므로 절취면 상부로의 유입만을 고려하고 Shotcrete가 시공된 표면의 침투는 고려하지 않았으며, 녹화가 된 것으로 가정한 경우는 페레니얼라이그라스의 나지대비 침투율(140%)을 기준으로 산정하여 적용하였다. 각 사면경사 및 표면상태별로 적용된 강우강도는 Table 5와 같다.
본 논문에서는 강우재현기간 및 강우지속시간별 확률강우강도를 가정하여 적용하였으며 서울지역 강우재현기간 50년 빈도, 강우지속시간 48시간 조건을 가정하여 해석에 이용하였다(Table 4). 표준사면의 높이는 5.
불포화토의 투수계수와 체적함수량은 Fredlund & Xing의 식을 이용하였으며, 각각 a=43.539, n=0.754, m=1.426, 투수계수는 k=5 × 10-6cm/sec를 가정하여 적용하였다(Fredlund et al., 1994).
지반조건에 따른 강우침투특성을 분석하기 위하여 투수계수 1 × 10-5cm/sec의 조건에 대하여 해석을 수행하였으며 기타 지반조건은 사면의 높이는 5m이며, 지반의 조건은 단위중량(γt = 18kN/m3), 내부마찰각(Φ = 30°), 점착력(c = 10kPa), 함수비(w = 25%)로 가정하여 해석을 실시하였다.
본 논문에서는 강우재현기간 및 강우지속시간별 확률강우강도를 가정하여 적용하였으며 서울지역 강우재현기간 50년 빈도, 강우지속시간 48시간 조건을 가정하여 해석에 이용하였다(Table 4). 표준사면의 높이는 5.0m 토사사면으로 가정하고, 사면의 경사는 1:1.0, 1:1.2, 1:1.5, 1:2.0으로 가정하였다.
제안 방법
(1) 사면의 경사와 표면보호공의 상태에 따른 사면안전율 변화를 계산하기 위하여 높이 5m의 표준 토사사면을 가정하고, 서울지역 50년 빈도의 강우강도를 고려하여 안정성 검토를 수행하였다. 토사사면의 경사는 각각 1:1.
보정계수는 경사별 경사각을 이용하여 산정하였으며, 최종 보정되는 침투량은 다음의 식 (1)과 같다. 모형별 침투량 산정을 토대로 경사에 따른 침투량 보정계수를 사용하였다.
사면경사에 따른 침투율을 고려하여 재현기간 및 강우지속시간별 확률강우강도를 토대로 각 사면의 표면에 적용하여 해석을 실시하였다. 해석은 사면의 경사에 따라, 사면의 경사에 의한 침투율의 변화를 고려하지 않는 경우는 강우 침투율을 100%로 하여 적용시키고, 사면 경사에 따른 침투율의 변화를 고려하는 경우는 각 사면경사별로 침투율을 산정하여 해석한 후 결과를 비교하였다.
사면안정성 검토는 사면의 경사에 따라 지표면이 녹화되어 있는 경우와 Shotcrete가 표면 처리 되어있는 경우로 구분하여 수행하였다. Shotcrete는 강우침투가 발생하지 않으므로 절취면 상부로의 유입만을 고려하고 Shotcrete가 시공된 표면의 침투는 고려하지 않았으며, 녹화가 된 것으로 가정한 경우는 페레니얼라이그라스의 나지대비 침투율(140%)을 기준으로 산정하여 적용하였다.
사면의 표면처리에 따른 영향은 표면이 녹화되었을 경우와, Shotcrete와 같이 지표면으로의 침투를 허용하지 않는 경우에 대하여 안정성을 비교검토 하였다. 표면이 녹화된 경우는 녹화에 사용된 초본류의 종류에 따른 침투율 결과를 활용하여 사면안정해석에 적용하고자 하였으며, 본 연구에서는 초본류 종류 중 페레니얼라이그라스의 침투율을 고려하여 비교하고자 하였다.
표면이 녹화된 경우는 녹화에 사용된 초본류의 종류에 따른 침투율 결과를 활용하여 사면안정해석에 적용하고자 하였으며, 본 연구에서는 초본류 종류 중 페레니얼라이그라스의 침투율을 고려하여 비교하고자 하였다. 시험결과에 의하면, 페레니얼라이그라스의 침투율은 녹화공법이 적용되지 않은 나지상태의 침투율 대비 1.4배를 적용하였으며, Shotcrete의 경우는 침투가 허용되지 않으므로 표면 침투를 고려하지 않고 해석하였다(Lee et al., 2011).
앞에서 검토한 바와 같이 사면의 경사에 따른 침투율과 사면의 표면상태에 따른 침투율을 모두 고려하여 가정사면의 안정성을 비교하였다(Table 8 참조). 또한 Fig.
(1) 사면의 경사와 표면보호공의 상태에 따른 사면안전율 변화를 계산하기 위하여 높이 5m의 표준 토사사면을 가정하고, 서울지역 50년 빈도의 강우강도를 고려하여 안정성 검토를 수행하였다. 토사사면의 경사는 각각 1:1.0(V:H), 1:1.2, 1:1.5, 1:2.0의 경우를 가정하고 강우침투에 따른 침투해석 후 사면안정성을 분석하여 비교하였다.
사면경사에 따른 침투율을 고려하여 재현기간 및 강우지속시간별 확률강우강도를 토대로 각 사면의 표면에 적용하여 해석을 실시하였다. 해석은 사면의 경사에 따라, 사면의 경사에 의한 침투율의 변화를 고려하지 않는 경우는 강우 침투율을 100%로 하여 적용시키고, 사면 경사에 따른 침투율의 변화를 고려하는 경우는 각 사면경사별로 침투율을 산정하여 해석한 후 결과를 비교하였다. 사면의 경사만을 고려할 경우, 경사면에서의 강우침투율은 경사에 따라 강우량의 70% 정도(1:1.
성능/효과
(2) 사면에서 강우침투는 사면경사에 따라 영향을 받게 되며, 경사에 따른 강우침투율 보정계수를 적용하여 사면안정성을 분석한 결과, 사면의 경사를 고려하지 않고 강우를 100% 침투시키는 경우에 비하여 약 2%～6%정도의 안전율이 감소하는 것으로 계산되어 사면안정 해석시 사면경사에 따른 강우침투율을 고려할 필요가 있는 것으로 판단된다.
(3) 사면 표면이 녹화되었을 경우는 식생에 의해 지반침투율이 증가하게 되며, 표면이 Shotcrete 등과 같이 침투가 불가능한 공법으로 시공되었을 경우에는 실제적으로 경사면에서의 침투가 발생하지 않게 고려하였으며, 지표면이 녹화되어 침투율이 증가하게 된 경우와 표면상태를 고려하지 않고 강우침투가 100% 발생하는 경우의 사면 안전율을 비교한 결과 4%～6% 정도 감소하는 것으로 나타났다. 또한 Shotcrete 등으로 인해 침투가 발생하지 않는 조건에서는 약 27～33%의 안전율이 증가하는 것으로 예상되기 때문에, 사면표면상태의 고려가 필요한 것으로 판단된다.
(4) 사면경사에 따른 강우침투율의 감소와 녹화에 따른 강우침투율의 증가를 모두 고려하여 녹화된 경사면에서 침투율을 산정하고, 사면안정해석을 수행한 결과, 사면경사에 따라 각각의 안전율 차이가 달라지게 되나 최대 약 4% 정도의 안전율 감소가 있는 것으로 해석되었다. 이러한 안전율 변화는 사면의 안정대책수립에 큰 영향을 미치는 정도이므로 강우침투를 고려한 사면안정해석시 경사와 지표면 상태에 따른 강우침투율을 반영할 필요가 있는 것으로 판단된다.
또한 Shotcrete가 시공되었을 경우는 사면의 강우침투를 허용하지 않으므로 사면 배면에서의 침투만을 고려하여 안정성을 검토한 결과 Shotcrete의 영향을 고려하지 않았을 때에 비하여 약 28～33% 정도 안전율이 증가하는 것으로 나타나, 매우 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다.
해석결과 사면의 경사가 급해질수록 지반으로의 침투율이 감소하게 되므로 사면의 경사를 고려하지 않고 강우량의 100%를 침투시켰을 경우와의 안전율 변화가 크게 나타났다. 본 가정단면에서의 안전율 변화는 1:1.0(V:H) 경사의 경우 약 6.6% 정도 차이가 발생하였으며, 1:2.0 경사의 경우는 약 2.1% 정도의 안전율 변화가 있는 것으로 계산되었다. 안전율 변화정도는 지반의 특성이나 강우특성 등에 따라 달라질 수 있을 것이나 이러한 정도의 차이는 사면의 안정성 검토시 고려해야 할 필요성이 있다고 판단된다.
지표면의 녹화는 녹화되지 않은 상태에 비하여 강우의 침투율을 높이므로 사면의 전체 안정성을 저하시키게 된다. 사면에 식생되는 초종의 종류에 따라 침투율이 다르게 될 것이지만, 녹화되지 않은 상태의 침투율의 140%를 적용하여 사면안정해석을 수행한 결과 표면처리를 하지 않은 상태에 비하여 약 4%～6% 정도의 안전율 감소가 발생하는 것으로 나타났다. 녹화되지 않은 지반 대비 140%의 침투율은 일반적으로 절취사면의 녹화상태를 고려하여 시험한 결과는 아니므로 적용성의 한계는 있을 수 있으나, 사면 표면처리 상태에 따라 사면의 안전율이 달라질 수 있으므로 이러한 영향을 고려할 필요가 있을 것이다
지표면의 경사가 급해질수록 강우의 침투율이 감소하고, 사면이 녹화되어 있을 경우는 강우의 침투율이 증가하게 된다. 이러한 영향을 모두 고려하여 해석을 수행한 결과 사면의 경사 및 녹화상태를 고려하지 않고 해석을 수행한 경우와 비교하여 최대 약 4% 정도의 안전율 감소가 있는 것으로 나타났다. 이러한 영향은 사면안정성 해석시 사면의 안정성을 과대평가하게 될 수도 있을 것으로 판단된다.
해석결과 사면의 경사가 급해질수록 지반으로의 침투율이 감소하게 되므로 사면의 경사를 고려하지 않고 강우량의 100%를 침투시켰을 경우와의 안전율 변화가 크게 나타났다. 본 가정단면에서의 안전율 변화는 1:1.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
얕은 사면 파괴의 특징은 무엇인가?
최근 발생하는 얕은 사면 파괴는 우기에 집중적으로 발생하는 경향이 있으며, 주로 토사 비탈면에 발생한다. 사면에서의 강우침투는 경사와 토양의 성질에 따라 침투량, 유출량, 지하수위 등의 영향을 주며, 이에 따라 사면의 얕은 파괴는 지표로부터 침투하는 강우에 의한 포화 깊이 증가에 의해 발생하게 된다.
비탈면의 안정성은 무엇에 영향을 받는가?
비탈면의 안정성은 강우지속시간, 확률강우강도, 지반의 불포화특성, 지반강도 등에 의해 영향을 받는다. 최근 비탈면안정성 해석은 지반의 침투특성을 고려한 불포화해석을 수행하고 있으며, 불포화 토사비탈면에 대한 연구는 시간변화에 따라 지반의 변형과 응력분포해석을 고려할 수 있도록 하는 방향으로 진행되고 있다.
사면에서의 강우침투는 시간이 경과함에 따라 어떤 문제를 야기할 수 있는가?
사면에서의 강우침투는 경사와 토양의 성질에 따라 침투량, 유출량, 지하수위 등의 영향을 주며, 이에 따라 사면의 얕은 파괴는 지표로부터 침투하는 강우에 의한 포화 깊이 증가에 의해 발생하게 된다. 나아가 시간이 경과에 따라 자연 피복이 이루어지지 않는 산사태지의 경우, 사면 층이 붕괴 당시 뿐 만 아니라 그 이후에 발생하는 강우에 의해서도 다량의 토사를 지속적으로 유출시킴으로써 하류지역에 피해를 야기하는 잠재적인 요인이 될 수 있다. 또한 현재 사면안정해석시 강우강도를 반영하여 해석을 하는데, 강우강도만을 사면에 적용하여 지하수위 변동을 예측하는 것은 다소 무리가 따르는 것으로 판단된다.
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