얕은 토층의 무한사면 파괴가 예상되는 지역에서 안전율 계산에 영향을 주는 지역적 특징인 뿌리점착력을 고려하지 않은 무한사면 안전율은 뿌리점착력을 적용한 무한사면 안전율 보다 낮은 수치로 해석되는 경향이 있다. 따라서 합리적인 무한사면의 안전율을 계산하기 위하여 지역적 특징을 반영한 안전율 해석이 필요하다. 본 연구에서는 수목의 뿌리와 수관밀도가 무한사면의 안전율에 미치는 영향을 분석하기 위하여 기존 무한사면 안정해석 방법에 수관밀도를 고려한 뿌리 점착력 이론을 적용하여 안전율의 변화를 비교 분석하였다. 해석결과 뿌리점착력의 효과로 인하여 안전율이 증가하지만, 사면의 경사에 따라서 안전율의 증가량이 다른 것으로 분석 되었으며, 뿌리점착력의 보강 효과는 완만한 경사의 사면일수록 커지는 것으로 나타났다.
얕은 토층의 무한사면 파괴가 예상되는 지역에서 안전율 계산에 영향을 주는 지역적 특징인 뿌리점착력을 고려하지 않은 무한사면 안전율은 뿌리점착력을 적용한 무한사면 안전율 보다 낮은 수치로 해석되는 경향이 있다. 따라서 합리적인 무한사면의 안전율을 계산하기 위하여 지역적 특징을 반영한 안전율 해석이 필요하다. 본 연구에서는 수목의 뿌리와 수관밀도가 무한사면의 안전율에 미치는 영향을 분석하기 위하여 기존 무한사면 안정해석 방법에 수관밀도를 고려한 뿌리 점착력 이론을 적용하여 안전율의 변화를 비교 분석하였다. 해석결과 뿌리점착력의 효과로 인하여 안전율이 증가하지만, 사면의 경사에 따라서 안전율의 증가량이 다른 것으로 분석 되었으며, 뿌리점착력의 보강 효과는 완만한 경사의 사면일수록 커지는 것으로 나타났다.
The safety factor of an infinite slope tends to be analyzed as lower when the effects of root cohesion are not considered into the equation. Thus, it is essential to consider regional characteristics such as root cohesion and crown density in order to obtain a reasonable safety factor value. In this...
The safety factor of an infinite slope tends to be analyzed as lower when the effects of root cohesion are not considered into the equation. Thus, it is essential to consider regional characteristics such as root cohesion and crown density in order to obtain a reasonable safety factor value. In this study, The safety factor of the landslide model, both before and after considering crown density and root cohesion, was calculated and a comparative analysis was carried out. The safety factor is increased by the effect of roots cohesion of the analysis results, the amount of increase in safety factor along the inclination of the slope angle has been analyzed with various things, the effect of reinforcing the roots cohesion, slope of the lower angle it was found that the higher the safety factor increase.
The safety factor of an infinite slope tends to be analyzed as lower when the effects of root cohesion are not considered into the equation. Thus, it is essential to consider regional characteristics such as root cohesion and crown density in order to obtain a reasonable safety factor value. In this study, The safety factor of the landslide model, both before and after considering crown density and root cohesion, was calculated and a comparative analysis was carried out. The safety factor is increased by the effect of roots cohesion of the analysis results, the amount of increase in safety factor along the inclination of the slope angle has been analyzed with various things, the effect of reinforcing the roots cohesion, slope of the lower angle it was found that the higher the safety factor increase.
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문제 정의
본 연구는 수관밀도를 고려한 수목의 뿌리점착력이 무한 사면의 안전율에 미치는 영향에 대해 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
강우강도는 부산 APEC 기후센터(APCC)자료를 참고하였으며 연구대상지역과 가장 인접한 기상청(대전)자료를 활용하여 확률강우량(강우강도)를 산정하고 면적환산계수를 적용하여 세종시 괴화산의 위치에 맞는 확률강우량(강우강도) 값을 산정하였다. 강우시나리오 모델은 huff 4분위 모델을 적용하였으며, 재현기간 100년 빈도에, 지속시간 24시간 강우시나리오 모델을 해석에 적용하였다.
본 연구대상 지역의 토질 특성을 적용하기 위하여 GIS를 이용한 기초 지형 분석(표고 및 경사도) 결과를 이용하여, 경사가 급한 10개소 지점에 대한 현장시료 채취 및 토질시험을 수행하였으며 토질시험결과는 Table 1과 같다.
2(c)와 같이 분포하고 있으며, 괴화산 일대의 대표수종 2종에 대한 수관밀도는 전체적으로 0∼70%의 범위로 분포하고 있는 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 수관밀도를 10%, 30%, 50%, 70%의 대표영역으로 나누어 적용하였으며 Fig. 3은 괴화산 일대에서 조사된 대표 수관밀도를 나타낸 그림이다.
연구대상지역을 정밀하게 분석하기 위하여 5×5셀로 나누어 총 54,971개의 Point에서 안전율을 해석했으며, 뿌리점착력의 효과를 분석하기 위하여 같은 위치에서 같은 수의 Point 로 해석을 수행하였다.
현재까지 인장 강도 등 비교적 측정이 용이한 역학적 변수를 이용하여 뿌리 보강 효과를 간접적으로 추정하는 연구가 국내·외에서 많이 진행되어 왔으며 본 연구에서는 사면 안전율의 계산을 좀 더 지역특성에 맞게 계산하기 위하여 연구대상 지역의 수관밀도를 고려한 뿌리 점착력을 계산하여 안전율 산정에 적용하였으며, 사면 안전율의 변화를 분석했다.
대상 데이터
본 연구는 세종특별자치시 반곡동 괴화산 일대를 대상으로 한다. 이 지역의 연평균 기온은 약 13.
연구대상지역의 대표 수종은 잣나무와 일본잎갈나무이다(Korea Forest Service, 2016). 뿌리의 공간분포를 고려한 Kim et al(2011)의 연구에 따르면 일본잎갈나무의 뿌리 점착력은 1.
이론/모형
강우강도는 부산 APEC 기후센터(APCC)자료를 참고하였으며 연구대상지역과 가장 인접한 기상청(대전)자료를 활용하여 확률강우량(강우강도)를 산정하고 면적환산계수를 적용하여 세종시 괴화산의 위치에 맞는 확률강우량(강우강도) 값을 산정하였다. 강우시나리오 모델은 huff 4분위 모델을 적용하였으며, 재현기간 100년 빈도에, 지속시간 24시간 강우시나리오 모델을 해석에 적용하였다.
03kPa로 분석되었다. 본 연구에서는 연구대상지역의 수목종류를 반영하기 위하여 Kim et al(2011)의 연구를 통해 분석된 뿌리 점착력 값에 Wu et al(1979)에 의해 제안된 식의 상수 1.2를 Lee et al(1991)등이 제안한 상수 0.6을 연구대상지역에서 조사된 수관밀도 고려하여 아래와 같은 식 (4)와 같이 뿌리 점착력 계산에 적용하였다. Table 2는 식 (4)를 적용하여 계산된 뿌리점착력 값이다.
사면안정성 분석을 위해 Iverson(2000)에 의해 제시된 방법을 사용하여 미국지질연구소(USGS)에서 개발된 TRIGRS(A Fortran Program for Rainfall Infiltration and Grid-Based Regional Slope-Stability Analysis)을 사용하였다.
, 2010). 이에 따라 뿌리의 공학적 특성을 측정이 용이한 역학변수를 이용하여 뿌리보강 효과를 간접적으로 추정하는 연구가 활발히 진행되어 왔으며, 본 연구에서는 가장 많이 알려진 Wu(1976)의 이론을 사용하였다. Wu(1976)의 뿌리보강 이론은 수목의 뿌리가 토양의 전단면에 대하여 수직으로 위치하는 것으로 가정하여 뿌리보강 효과를 추정하며, 지반이 외부의 힘에 의해 전단파괴 될 때, 지층 내부에 존재하는 뿌리에 의해 발생하는 인장력으로 인해 점착력이 증가되는 것으로 나타냈다.
성능/효과
(1) 본 연구지역의 안전율 분석결과 뿌리점착력을 적용하지 않은 안전율은 안전율 2이상이 45.4%, 안전율 1이상 2미만은 52.2%, 안전율 1미만은 2.4%로 나타났다. 반면 수관밀도를 고려하여 뿌리점착력을 적용한 안전율은 안전율 2이상이 47.
(2) 연구대상지역의 안전율 증가량의 분포를 분석결과, 뿌리점착력 적용시 경사가 낮을수록(본 연구지역에서는 0° ∼17°의 완만한 사면경사를 이루고 있는 지역) 안전율의 증가량은 상대적으로 크게 산정되는 결과를 보인다.
(3) 위험지역 여섯 곳을 선정하여 분석한 결과 뿌리점착력 적용시 여섯 곳 모두 안전율이 증가하는 것으로 분석되었으나, 같은 비율로 증가하지는 않는 것으로 나타났다. 이는 기존 해석되는 방법에 위치별 특징인 수관밀도와 뿌리점착력을 고려한 영향 때문인 것으로 판단되며 본 위험지역 여섯 곳의 뿌리점착력의 영향은 평균적으로 1.
(a) Dangerous areas)인 SF<1구간에 서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 1.4%∼6.2%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 3.4% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(a) Dangerous areas)인 SF<1구간에서 뿌리 점착력으로 인한 안전율은 1.7%∼8.1%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 4.4% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(a) Dangerous areas)인 SF＜1구간에서 뿌리 점착력으로 인한 안전율은 1.5%∼8.1%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 5.3% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(a) Dangerous areas)인 SF＜1구간에서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 0.7%∼3.6%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 1.9% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(a) Dangerous areas)인 SF＜1구간에서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 0.9%∼8.4%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 5.4% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(a) Dangerous areas)인 SF＜1구간에서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 3.0%∼5.9%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 4.2% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(b) Risk management areas)인 1≤ SF＜2 구간에서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 0.4%∼5.2% 증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 3.2% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(b) Risk management areas)인 1≤SF ＜2 구간에서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 2.4%∼10.7% 증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 5.2% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(b) Risk management areas)인 1≤SF<2 구간에서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 1.0%∼12.3%증가 하는 경향을 보이고 있으며 평균 3.1% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(b) Risk management areas)인 1≤SF＜2 구간에 서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 0.9%∼13.8%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 5.6% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(b) Risk management areas)인 1≤SF＜2 구간에서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 0.6% ∼10.3%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 4.5% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(b) Risk management areas)인 1≤SF＜2 구간에서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 1.3%∼ 12.8%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 3.5% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(c) Safe areas)인 2≤SF 구간 에서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 2.8%∼30.1%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 15.0% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(c) Safe areas)인 2≤SF 구간에서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 0.0%∼ 10.8%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 5.6% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다
(c) Safe areas)인 2≤SF 구간에서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 0.0%∼26.9%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 4.0% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(c) Safe areas)인 2≤SF 구간에서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 0.0%∼38.7%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 8.9% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(c) Safe areas)인 2≤SF 구간에서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 0.0%∼5.6%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 3.4% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(c) Safe areas)인 2≤SF 구간에서 뿌리점착력으로 인한 안전율은 2.4%∼46.5%증가하는 경향을 보이고 있으며 평균 15.1% 증가율을 보이는 것으로 분석됐다.
(c)와 같이 분포하고 있으며, 괴화산 일대의 대표수종 2종에 대한 수관밀도는 전체적으로 0∼70%의 범위로 분포하고 있는 것으로 조사되었다.
따라서 자연사면에서는 흙의 전단파괴시 뿌리의 인장응력은 전체 인장강도의 40∼50%정도인 0.6으로 적용할 것을 제안하였다.
또한 안전지역(Safe areas)인 2≤ SF 구간에서 평균 증가량은 3.4%∼15.1%로 분석됐다.
4%로 나타났다. 반면 수관밀도를 고려하여 뿌리점착력을 적용한 안전율은 안전율 2이상이 47.0%, 안전율 1이상 2미만의 안전율은 51.3%, 안전율 1미만의 안전율은 1.7%로 분포되어 있는 것으로 나타났다.
1%로 분석됐다. 본 연구결과 안전율의 증가량은 위치별로 다른 것으로 분석되었는데 이는 기존 해석되는 방법에 위치별 지역 특징인 수관밀도와 뿌리점착력을 고려한 해석 때문인 것으로 판단된다. 하지만 전체적인 해석결과를 분석해보면 상대적으로 경사가 완만한 지역일수록 뿌리점착력에 의한 안전율의 증가효과가 큰 경향을 보이는 것으로 나타났다.
뿌리점착력을 적용한 안전율을 분석한 결과 안전율 2이상이 47.0%, 1이상 2미만의 안전율이 51.3%, 1미만의 안전율이 1.7%로 분포되어 있는 것으로 나타났다.
뿌리점착력의 적용 유무에 따른 전체적인 안전율 분포를 보면 괴화산 일대 대부분이 안전율 1이상(뿌리점착력 미적용시 97.6%, 뿌리점착력 적용시 98.3%)으로 나타나지만 일부는 안전율 1미만(뿌리점착력 미적용시 2.4%, 뿌리점착력 적용시 1.7%)인 곳이 존재하는 것으로 분석되었으며, 앞선 표고 경사해석 결과와 유사한 결과를 얻을 수 있었다.
수관밀도를 고려한 뿌리점착력을 적용한 절대적인 안전율의 증가량은 안전율이 2이상인 지역(본 연구지역에서는 0°∼ 17°의 사면경사를 이루고 있는 지역)에서는 크게 증가하는 것으로 분석되었지만 평균적인 안전율의 증가량은 안전율이 1미만인 지역(본 연구지역에서는 33.3°∼49.6°의 사면경사를 이루고 있는 지역)에서 크게 증가하는 것으로 분석된다.
안전율 1미만인 지점의 90%는 0%∼7%의 안전율 증가를 보이고 있으며, 50%에 해당하는 평균 증가량은 4%로 분석됐다.
5(b)는 뿌리점착력으로 인한 안전율의 변화량을 경사별로 정리한 그래프이다. 연구대상지역에 뿌리점착력을 적용하여 안전율을 경사별로 분석한 결과 전체적으로 안전율이 증가하는 경향이 나타났다. 하지만 경사가 완만한 곳일수록 뿌리점착력으로 인한 안전율의 증가량이 큰 것으로 분석되며, 위험 지역(1<SF) 구간에서는 0.
연구대상지역에 뿌리점착력을 적용하지 않은 안전율을 분석해보면 안전율 2이상이 45.4%, 1이상 2미만의 안전율이 52.2%, 1미만의 안전율이 2.4%로 나타났다.
연구대상지역의 해석결과 뿌리점착력을 적용하지 않은 곳과 적용한 곳 모두 안전율이 1≤SF＜2의 범위에 밀집되어 있으며, SF<1의 범위에 속하는 위치는 2.4%내에 존재하는 것으로 나타났다.
전체적으로 뿌리점착력 적용시 안전율이 증가하는 것으로 분석됐다. 위험지역(Dangerous areas)인 SF＜1구간에서 평균 안전율의 증가량은 1.
하지만 경사가 완만한 곳일수록 뿌리점착력으로 인한 안전율의 증가량이 큰 것으로 분석되며, 위험 지역(1<SF) 구간에서는 0.05%∼11.1%의 증가를, 위험관리 지역(1≤SF<2)에서는 0%∼19.2%증가를, 안전 지역(2≤SF)에서는 0%∼72.9%의 증가를 보였다.
본 연구결과 안전율의 증가량은 위치별로 다른 것으로 분석되었는데 이는 기존 해석되는 방법에 위치별 지역 특징인 수관밀도와 뿌리점착력을 고려한 해석 때문인 것으로 판단된다. 하지만 전체적인 해석결과를 분석해보면 상대적으로 경사가 완만한 지역일수록 뿌리점착력에 의한 안전율의 증가효과가 큰 경향을 보이는 것으로 나타났다.
후속연구
(4) 추후 사면안전율에 영향을 주는 다양한 요소를 고려하여 연구한다면 지역 특성을 고려한 합리적인 사면안전율을 계산할 수 있을 것으로 판단된다.
사면안정에 영향을 주는 다양한 요소를 고려하여 연구한다면 보다 합리적인 안전율을 계산할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
뿌리 보강효과를 정량적으로 평가하기가 어려운 이유는?
뿌리 보강효과를 정량적으로 평가하기는 현실적으로 쉬운 일이 아니다. 그 이유는 같은 수종임에도 불구하고 기후, 토양 등의 환경에 따라 그 분포가 달라지고, 공학적 물성치가 다르기 때문이다(Pollen & Simon, 2005; Schwarz et al., 2010).
어떤 지역에서 수목의 뿌리가 사면안정에 큰 영향을 끼치는가?
우리나라와 같이 산지의 토심이 얕고, 강우로 인한 산사태가 주로 표층에서 발생하는 지역(Ma & Jeong., 2007; Park et al.
뿌리에 의한 사면보강 효과가 식생의 종류에 따라 다른 이유는?
기존 연구에 의하면 뿌리에 의한 사면보강 효과는 식생의 종류에 따라 다른 것으로 알려져 있으며, 이는 종에 따라 뿌 리의 공간적 분포와 뿌리가 가지고 있는 고유의 저항력의 다르기 때문인 것으로 알려져 있다(Cha & Ji, 2003). 현재까지 인장 강도 등 비교적 측정이 용이한 역학적 변수를 이용하여 뿌리 보강 효과를 간접적으로 추정하는 연구가 국내·외에서 많이 진행되어 왔으며 본 연구에서는 사면 안전율의 계산을 좀 더 지역특성에 맞게 계산하기 위하여 연구대상 지역의 수관밀도를 고려한 뿌리 점착력을 계산하여 안전율 산정에 적용하였으며, 사면 안전율의 변화를 분석했다.
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