지진이 발생할 경우 산사태로 인한 피해는 지진으로 인한 전체 피해 중 상당 부분을 차지하고 있으며, 지진시 산사태는 인명 및 구조물에 직접적인 피해를 유발할 뿐만 아니라, 도로, 산업 기간망 등의 기능을 상실하게 하여 사회 시스템을 마비시킨다. 따라서, 지진에 대한 사면의 재해 위험을 평가하여 대비책을 수립하는 것은 매우 중요한 일이며, 이를 위해서는 국내 여건에 알맞은 재해위험 평가 방법을 정립하는 것이 무엇보다도 중요하다고 할 수 있다. 하지만, 현재 국내에서 진행하고 있는 사면의 재해위험 평가는 많은 지반 정보를 추정하거나 가정하여 사용하고 있어 불확실성을 내포하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 GIS 기법을 이용하여 등가정적안전율 및 변위에 대한 지진시 산사태 위험도 작성시 결과에 가장 큰 영향을 주는 포화도와 점착력 등 지반 정보의 변화에 따라 산사태 위험도에 미치는 영향을 검토하였다. 본 연구에 따르면, 포화도가 증가하고 점착력이 감소할수록 등가정적안전율 및 변위에 관한 위험지역이 증가하는 것을 확인하였으며, 정확한 산사태 위험도 작성을 위해서는 연구대상지역 전체를 대표할 수 있는 정확한 지반 조사 자료의 확보가 선행적으로 수행되어져야 될 것으로 판단된다.
지진이 발생할 경우 산사태로 인한 피해는 지진으로 인한 전체 피해 중 상당 부분을 차지하고 있으며, 지진시 산사태는 인명 및 구조물에 직접적인 피해를 유발할 뿐만 아니라, 도로, 산업 기간망 등의 기능을 상실하게 하여 사회 시스템을 마비시킨다. 따라서, 지진에 대한 사면의 재해 위험을 평가하여 대비책을 수립하는 것은 매우 중요한 일이며, 이를 위해서는 국내 여건에 알맞은 재해위험 평가 방법을 정립하는 것이 무엇보다도 중요하다고 할 수 있다. 하지만, 현재 국내에서 진행하고 있는 사면의 재해위험 평가는 많은 지반 정보를 추정하거나 가정하여 사용하고 있어 불확실성을 내포하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 GIS 기법을 이용하여 등가정적안전율 및 변위에 대한 지진시 산사태 위험도 작성시 결과에 가장 큰 영향을 주는 포화도와 점착력 등 지반 정보의 변화에 따라 산사태 위험도에 미치는 영향을 검토하였다. 본 연구에 따르면, 포화도가 증가하고 점착력이 감소할수록 등가정적안전율 및 변위에 관한 위험지역이 증가하는 것을 확인하였으며, 정확한 산사태 위험도 작성을 위해서는 연구대상지역 전체를 대표할 수 있는 정확한 지반 조사 자료의 확보가 선행적으로 수행되어져야 될 것으로 판단된다.
Damage of landslide due to earthquake covers a considerable part of total damage due to earthquake. Landslide due to earthquake affects direct damage of human lives and structures, and social system can be paralyzed by losing functions of roads, basic industries, and so on. Therefore, systematic and...
Damage of landslide due to earthquake covers a considerable part of total damage due to earthquake. Landslide due to earthquake affects direct damage of human lives and structures, and social system can be paralyzed by losing functions of roads, basic industries, and so on. Therefore, systematic and specialized research examining the factors affecting the slope stability by earthquakes should be needed. However, method of evaluation of slope stability problems due to earthquake contains somewhat uncertainty since many soil properties are predicted or assumed. In this study, influences of change of soil properties such as degree of saturation and cohesion value are analyzed in factor of safety and displacement using seismic landslide hazard maps based on GIS. As the degree of saturation increases or cohesion decreases, it is found that seismic landslide hazard area marked with factors of safety or displacements tends to increase. Therefore, to draw more exact landslide hazard map during earthquake, it is necessary to obtain accurate soil property information preferentially from site investigation data in the field.
Damage of landslide due to earthquake covers a considerable part of total damage due to earthquake. Landslide due to earthquake affects direct damage of human lives and structures, and social system can be paralyzed by losing functions of roads, basic industries, and so on. Therefore, systematic and specialized research examining the factors affecting the slope stability by earthquakes should be needed. However, method of evaluation of slope stability problems due to earthquake contains somewhat uncertainty since many soil properties are predicted or assumed. In this study, influences of change of soil properties such as degree of saturation and cohesion value are analyzed in factor of safety and displacement using seismic landslide hazard maps based on GIS. As the degree of saturation increases or cohesion decreases, it is found that seismic landslide hazard area marked with factors of safety or displacements tends to increase. Therefore, to draw more exact landslide hazard map during earthquake, it is necessary to obtain accurate soil property information preferentially from site investigation data in the field.
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문제 정의
그러나, 현재 수행되고 있는 지진시 산사태 위험도 작성은 많은 지반정보를 시추공 자료를 통하여 추정하거나 가정을 통하여 수행하고 있어 어느 정도 불확실성을 내포하고 있다. 따라서본 연구에서는 현재 지진시 산사태 위험도 작성 시 가정이나 추정을 통하여 활용하는 지반정보, 특히 사면안정해석에서 가장 큰 영향 인자인 포화도 및 점착력을 변화시키면서 동적안전율 및 동적변위에 대한 GIS 기반 지진시 산사태 위험도를 작성하였 으며, 이를 통하여 포화도 및 점착력의 변화가 지진시 산사태 위험도에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다.
본 연구에서는 포화도 및 점착력 변화에 따른 등가정적안전율 및 사면변위에 대한 지진시 산사태 위험도를 작성하기 위하여 ESRI사에서 개발한 ArcGIS 10.2 프로그램을 사용하여 Fig. 1과 같은 과정에 따라 지진시 산사태 위험도를 작성하였다(Lee et al., 2014).
본 연구에서는 포화도와 점착력 등 지반정수가 GIS 기반의 지진시 산사태 위험도에 어떠한 영향을 미치는지 분석하기 위하여 서울의 한 지역을 대상지역으로 선정하여 국내 1등급 붕괴방지 수준의 지진 발생 시 산사태 위험도를 작성하였다. 또한, 본연구에서는 좀 더 정확한 지진시 산사태 위험도를 작성하기 위하여 기존 내진설계지침에서 도출된 증폭계수를 활용하지 않고 사면의 기하학적 증폭특성을 고려한 증폭계수를 적용하였다.
가설 설정
점착력에 따른 산사태 위험도의 영향을 분석하기 위하여 포화도는 100%로 가정하였으며, 점착력을 제외한 모든 지반정보는 동일하다는 가정아래 사면의 점착력을 0 kPa, 10 kPa, 20 kPa, 30 kPa로 변화시켜 해석 대상 부지의 동적안전율을 구하였다. Fig.
지하수위에 따른 사면의 동적 안정성을 평가하기 위해 토층의 점착력은 Dunham(1954) 공식을 이용하여 10 kPa로 추정하였으며, 포화도를 제외한 다른 지반 자료는 모두 동일하다는 가정아래 사면의 포화도를 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0으로 변화시켜 해석 대상 부지의 동적안전율을 구하였다. Fig.
제안 방법
(1) and (2)를 통해 사면변위 및 동적안전율을 도출하였다. 동적안전율의 위험 등급을 분류하기 위하여 현재 지진시 사면안정해석에 있어 내진설계에 적용하는 국내 기준안 전율인 1.1을 사용하였으며, 최대지반가속도의 경우 현재 국내 내진설계기준에 의한 서울지역의 1등급 붕괴방지 수준인 기반암최대가속도 0.154 g를 사용하였다(MLTMA, 2011). 또한, 사면 변위에 대한 산사태 위험도의 경우 현행내진설계기준을 이용하여 지진시 사면 변위를 구할 경우에는 Newmark 경험식이 최대발생 가속도와 항복가속도의 차이를 두 번 적분하는 개념이므로 기존설계기준인 지표면 최대수평가속도에 50%의 값을 적용하지 않는 것이 합리적인 것으로 판단된다.
본 연구에서는 포화도와 점착력 등 지반정수가 GIS 기반의 지진시 산사태 위험도에 어떠한 영향을 미치는지 분석하기 위하여 서울의 한 지역을 대상지역으로 선정하여 국내 1등급 붕괴방지 수준의 지진 발생 시 산사태 위험도를 작성하였다. 또한, 본연구에서는 좀 더 정확한 지진시 산사태 위험도를 작성하기 위하여 기존 내진설계지침에서 도출된 증폭계수를 활용하지 않고 사면의 기하학적 증폭특성을 고려한 증폭계수를 적용하였다.
2는 서울과 경기의 125개 시추공에서 조사된 경사도와 토층두께를 통하여 얻어진 상관관계를 나타 내고 있다. 이와 같은 추정을 통하여 사면의 정적안전율 및 유사정적 방법에 의한 등가정적안전율(이하 동적안전율)을 계산한다. 지진시 산사태 사면변위를 구하기 위해서 필요한 임계가속도와 동적안전율 계산에 필요한 지진계수는 사면안정해석을 통해 사면의 정적안전율이 1.
점착력 따른 사면의 지진시 산사태 변위를 평가하기 위해 동적 안정성 평가와 마찬가지로 지반의 점착력을 0 kPa, 10 kPa, 20 kPa, 30 kPa로 변화시켜 해석 대상 부지의 사면변위를 Fig. 10과 같이 구하였으며, 포화도에 따른 해석결과와 마찬가지로 미국 지질조사국(USGS)의 사면변위 위험도 분류 기준에 따라 위험도를 작성하였다. Fig.
지진시 산사태 위험도 작성에 있어 수치지도상에서 연구대상 지역의 전 영역에 대한 경사각은 도출할 수 있으나, 토층두께 자료에 대한 획득이 불가능하기 때문에, 본 연구에서는 Fig. 2의 서울과 경기지역의 경사도와 토층두께의 상관관계를 통하여 연구대상지역의 토층두께를 예측하였으며 이는 Fig. 6과 같다.
지하수위에 따른 사면의 지진시 산사태 변위를 평가하기 위해 동적 안정성 평가와 마찬가지로 지반의 포화도를 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0으로 변화시켜 해석 대상 부지의 사면변위를 Fig. 8과 같이 구하였으며, 미국 지질조사국(USGS)의 사면변위 위험도분류 기준에 따라 Low (<10 mm), Moderate (10-50 mm), High (50-150 mm), Very High (>150 mm)의 4단계로 나누어 위험도를 작성하였다(Jibson and Michael, 2009).
대상 데이터
4와 같은 서울의 한 지역을 대상으로 하였다. 또한, 본 연구에서는 지진시 산사태 위험도 작성시, 사면높이 자료가 충분한 정밀도를 갖고 있는 국토지리정보원의 1:5000 수치지도 중 연구대상지역에 대한 9개 도엽을 활용하였다. Fig.
지진시 산사태 위험도를 작성하기 위하여 본 연구에서는 Fig.4와 같은 서울의 한 지역을 대상으로 하였다. 또한, 본 연구에서는 지진시 산사태 위험도 작성시, 사면높이 자료가 충분한 정밀도를 갖고 있는 국토지리정보원의 1:5000 수치지도 중 연구대상지역에 대한 9개 도엽을 활용하였다.
이론/모형
사면의 재해위험평가를 위해 사용되는 방법으로는 사면의 동적안전율을 이용하는 방법과 사면의 변위를 예측하는 방법 등 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 동적안전율 산정을 위해 유사정적해석을 수행하였고, 사면변위 예측을 위해서는 Newmark(1965)의 강성블록해석(sliding block analysis)을 적용하였다.
성능/효과
Fig. 7에 나타난 바와 같이 지반의 포화도가 증가함에 따라 전체적으로 동적안전율이 감소함을 알 수 있으며, 집중 강우를 가정한 포화도가 100%일 경우 동적안전율이 1.1이하인 지역이약 48%에 이르는 것으로 나타났으며, 포화도 수준이 25%에서 100%로 4배 증가함에 따라 안전율이 1.1이하인 불안전한 지역이 148배 증가하였다. 그러나 완전건조시(포화도=0)에서는 동적안 전율 1.
Fig. 9에 나타난 바와 같이 지반의 점착력이 증가함에 따라 전체적으로 동적안전율이 1.1이하인 지역이 감소함을 알 수 있으며, 점착력이 0 kPa일 경우 동적안전율이 1.1이하인 지역이 약포화도가 100% 이상일 경우 동적안전율이 1.1이하인 지역이 약 77%에 이르는 것으로 나타났으며, 점착력이 20 kP에서 0kPa로 감소함에 따라 동적안전율이 1.1이하인 불안전한 지역이 15배 증가하는 것을 확인할 수 있다. 그러나 점착력이 30 kPa이상시 동적안전율이 1.
5%로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 지진과 동시에 집중 강우가 내릴 경우에는 전지역의 약 20% 이상이 피해를 입을 수 있는 것으로 나타났다.
154 g를 사용하였다(MLTMA, 2011). 또한, 사면 변위에 대한 산사태 위험도의 경우 현행내진설계기준을 이용하여 지진시 사면 변위를 구할 경우에는 Newmark 경험식이 최대발생 가속도와 항복가속도의 차이를 두 번 적분하는 개념이므로 기존설계기준인 지표면 최대수평가속도에 50%의 값을 적용하지 않는 것이 합리적인 것으로 판단된다. 또한, 동적안전율의 경우에도 최대발생가속도를 깊이에 따라 해석으로부터 구한 증폭계수인 Table 1을 적용하여 구하였으므로 최대수평가속도의 50%의 값을 적용하지 않았다(Lee et al.
5%로 증가하였다. 또한, 점착력 값이 30 kPa에서 0 kPa로 감소할수록 동적안전율이 1.1이하인 위험지역의 분포율은 전체지역의 0%에서 77%로 증가하였으며, 사면변위가 150 mm를 초과하는 위험지역의 분포율은 전체 지역의 0%에서 7%로 증가하였다. 특히, 점착력에 따른 위험도 분석 시 집중 강우 시로 가정하여 포화도를 100%로 적용하였기 때문에 매우 보수적인 결과를 나타냈을 것이라고 판단된다.
본 연구에서 작성한 산사태 위험도에 따르면 포화도 값이 50%에서 100%로 증가할수록 동적안전율이 1.1이하인 위험지역은 3.6배 증가하였으며, 사면변위가 150 mm를 초과하는 위험지역의 분포율는 전체지역의 0%에서 2.5%로 증가하였다. 또한, 점착력 값이 30 kPa에서 0 kPa로 감소할수록 동적안전율이 1.
2% 정도로 미미한 것으로 나타났다. 포화도가 100%일 경우 사면변위가 10 mm 이상 나타나는 지역이 전체지역의 약 18%로 나타났으며, 사면변위가 150 mm를 초과하는 위험지역의 분포 또한 전체지역 대비 2.5%로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 지진과 동시에 집중 강우가 내릴 경우에는 전지역의 약 20% 이상이 피해를 입을 수 있는 것으로 나타났다.
후속연구
1 이하인 지역은 전 지역에 걸쳐 나타나지않은 것을 확인할 수 있다. 그러나, 점착력이 0 kPa와 10 kPa의경우 연구대상지역의 포화도 등 지반물성치를 매우 보수적으로 가정하였기 때문에, 실제 현상과는 달리 보수적인 결과를 보여주었으며, 이에 따른 보강대책이 필요하지는 않을 것으로 판단된다.
특히, 점착력에 따른 위험도 분석 시 집중 강우 시로 가정하여 포화도를 100%로 적용하였기 때문에 매우 보수적인 결과를 나타냈을 것이라고 판단된다. 따라서, 합리적인 지진시 산사태 위험도 작성을 위해서는 광범위한 산지에 대한 보다 정확한 지반조사자료 및 지반물성의 확보가 우선적으로 선행되어야 될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지진시 산사태가 일어나면 어떤 일이 발생하는가?
지진이 발생할 경우 산사태로 인한 피해는 지진으로 인한 전체 피해 중 상당 부분을 차지하고 있으며, 지진시 산사태는 인명 및 구조물에 직접적인 피해를 유발할 뿐만 아니라, 도로, 산업 기간망 등의 기능을 상실하게 하여 사회 시스템을 마비시킨다. 따라서, 지진에 대한 사면의 재해 위험을 평가하여 대비책을 수립하는 것은 매우 중요한 일이며, 이를 위해서는 국내 여건에 알맞은 재해위험 평가 방법을 정립하는 것이 무엇보다도 중요하다고 할 수 있다.
본 논문에서 수행한, 지반정수가 GIS 기반의 지진시 산사태 위험도에 어떠한 영향을 미치는지 분석한 결과는 어떠한가?
본 연구에서 작성한 산사태 위험도에 따르면 포화도 값이 50%에서 100%로 증가할수록 동적안전율이 1.1이하인 위험지역은 3.6배 증가하였으며, 사면변위가 150 mm를 초과하는 위험지 역의 분포율는 전체지역의 0%에서 2.5%로 증가하였다. 또한, 점착력 값이 30 kPa에서 0 kPa로 감소할수록 동적안전율이 1.1이하인 위험지역의 분포율은 전체지역의 0%에서 77%로 증가하였으며, 사면변위가 150 mm를 초과하는 위험지역의 분포율은 전체 지역의 0%에서 7%로 증가하였다. 특히, 점착력에 따른 위험도 분석 시 집중 강우 시로 가정하여 포화도를 100%로 적용하였기 때문에 매우 보수적인 결과를 나타냈을 것이라고 판단된다. 따라서, 합리적인 지진시 산사태 위험도 작성을 위해서는 광범위한 산지에 대한 보다 정확한 지반조사자료 및 지반물성의 확보가 우선적으로 선행되어야 될 것으로 판단된다.
일본에서 가장 최근에 출판된 지침서에서 지진과 관련된 내용을 어떻게 기술하는가?
, 2014). 일본의 지진지반공학 기술위원회의 경우 지진의 영향 범위와 지진으로 인한 지반 구조물의 피해를 예측하기 위한 지침서 및 방법론에 대한 연구를 수행 중에 있으며, 일본에서 가장 최근에 출판된 지침서의 경우 지진에 의해 발생되는 지반 거동, 사면의 불안정성 및 지반 내 액상화 현상에 대하여 자세하게 기술하고 있다. 각각의 현상에 대하여 지진에 의한 영향범위는 정확도에 따라 세 가지 등급으로 표기되어 있으며, 높은 등급으로 갈수록 지진 위험도 작성에서 요구되어지는 자료가 증가하게 되며 축척 또한 작아지게 되어 좀 더 정확하게 지진에 의한 위험도 평가를 가능하게 해준다.
참고문헌 (12)
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