[논문]경상남도에서 발생한 암반사면의 파괴유형 연구

박춘식; 하정철

doi:10.7474/tus.2018.28.6.569

경상남도에서 발생한 암반사면의 파괴유형 연구
Investigations on the Failure Modes of Rock Slopes in Gyeongsangnam-do 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.28 no.6, 2018년, pp.569 - 583

초록
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본 연구는 경상남도 일대의 도로 및 산업단지 시공과정에 발생된 암반사면에 대하여 현장조사 및 기존 조사자료 등을 토대로 붕괴를 일으키는 여러 가지 요인들을 분석하여 붕괴 특성을 파악하고자 하였다. 직접 조사한 사면가운데 붕괴가 발생한 사면의 경우 붕괴특성을 분석하여 붕괴사면 자료의 계속적인 수집 및 데이터베이스 구축과 관리 및 분석을 통해 붕괴사면 예측 및 예방에 활용할 수 있을 것이다. 절토사면의 붕괴특성에 사용된 평가항목은 여러 가지 요인들 중에 기존에 사면 안정성 평가에 많이 사용된 평가항목을 비교하여 중복되는 요소들 중에 객관적인 평가항목으로 볼 수 있는 항목을 선택하여 사용하였다. 암반사면의 파괴유형은 기반암의 암종에 따라 평면파괴, 쐐기파괴, 원호파괴, 전도파괴 등의 양상이 다르게 발생하므로 사면의 안정성을 검토할 경우 반드시 지표지질 조사를 실시하여 기반암의 암종을 분석한 후 그에 따른 사면의 안정성 해석을 수행하여야 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to identify the collapse characteristics by analyzing various factors causing collapse based on field survey and existing data on rock slopes occurring in the construction of roads and industrial complexes in Gyeongsangnam - do area. In the case of the slope where the slope has been directly surveyed, the analysis of the collapse characteristics can be used for the prediction and prevention of slope failure through the continuous collection of the slope data, database construction, management and analysis. The evaluation items used in the collapse characteristics of slope were selected among the items that can be regarded as objective evaluation items among the overlapping factors by comparing the evaluation items frequently used for the evaluation of the existing slope stability among various factors. The type of destruction of the rock slope depends on the type of carcass of the bedrock, such as planar fracture, wedge fracture, onho fracture, and conduction fracture, which are different from each other. And the slope stability analysis should be performed accordingly.

주제어

표/그림 (22)

그림 Fig. 1. How to review by region
표 Table 1. Slope survey data by region of Gyoungsangnam-do
그림 Fig. 2. Frequency of occurrence by type of destruction type according to rock type
표 Table 2. Analysis of destruction type according to rock type
표 Table 3. Analysis of destruction type according to degree of weathering
표 Table 4. Analysis of destruction type with existence of faults
표 Table 5. Analysis of the type of destruction by presence or absence of packing
$Table 6. Analysis of fracture type according to degree of crack$ 표 Table 6. Analysis of fracture type according to degree of crack
표 Table 7. Analysis of the type of failure according to slope height
그림 Fig. 3. Definition of discontinuity direction
그림 Fig. 4. Directional analysis of whole slope
그림 Fig. 5. Directional analysis of igneous rock slope
그림 Fig. 6. Directional analysis of sedimentary rock slope
그림 Fig. 7. Directional analysis of metamorphic rock slope
그림 Fig. 8. Directional analysis of joint plane
그림 Fig. 9. Directional Analysis of Joint Surface of Iwasin Rock Slope
그림 Fig. 10. Directional Analysis of Joint Surface of Sedimentary Rock Slope
그림 Fig. 11. Directional Analysis of Joint Surface of Metamorphic Rock Slope
그림 Fig. 12. Analysis of angles between slopes and joint faces (Strike)
그림 Fig. 13. An analysis of the angle between slopes and joint faces of bedrock (Strike)
그림 Fig. 14. Analysis of angles between slopes and joint faces (Dip)
그림 Fig. 15. An analysis of the angle between slopes and joint faces of bedrock (Dip)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 경상남도 일원에 발생된 암반사면에 대하여 사면의 방향, 경사 그리고 주절리면의 방향과 경사, 사면 높이, 암종, 풍화정도, 균열 상태, 단층 유무, 충전물의 유무 등의 현장조사 결과를 데이터베이스화 하여 각 요소가 사면의 파괴유형에 미치는 영향등을 분석하였으며, 이를 통하여 비슷한 유형의 사면을 조성할 때 조사자료를 활용하여 발생할 수 있는 사면의 재해에 대처하여 보다 정확하고 경제적인 설계에 활용하고자 하는데 그 목적이 있다.
본 연구에서는 사면의 높이에 따른 파괴빈도와 파괴양상을 분석하였다. 사면의 높이에 따라 파괴빈도와 파괴유형을 분석함으로써 사면의 안정해석 시 예비조사의 자료로 활용할 수 있도록 하였으며 그 결과는 다음 Table 7과 같다.

가설 설정

∙경사조건 1 : 활동면의 경사는 사면의 경사보다 완만하여 활동면이 사면에 노출되어 있어야 한다.
∙경사조건 2 : 활동면의 경사는 그 면의 물성인 마찰각􀀀보다 커야 한다.

제안 방법

이용희(2004) 등은 “로지스틱 회귀분석을 통한 암반사면의 안정성 평가법 제안”에서 지리정보시스템을 이용한 데이터베이스를 구축하였고 조사된 여러 가지 붕괴요인들에 대하여 붕괴된 사면과 안정한 사면에서의 차이점에 대한 비교와 이상치의 분석을 실시하였다. 그리고 붕괴된 사면과 안정한 사면에 대하여 로지스틱 회귀분석을 이용하여 암반사면 안정성 평가법을 제안하였고 재분석한 결과를 역거리 가중치법과 정규 크리깅의 공간정보 모델링 기법을 통해 암반사면 위험도(Rock Slope Hazard Map)를 작성하였다. 그리고 안정성 평가 항목으로는 암종, 사면경사 및 방향, 절리경사 및 방향, 절리면과 사면의 방향차이, 사면높이, 풍화도, 파쇄정도, 단층 및 충전물 유무, 사면상부경사 등을 선정하여 안정성을 평가하였다.
그리고 붕괴된 사면과 안정한 사면에 대하여 로지스틱 회귀분석을 이용하여 암반사면 안정성 평가법을 제안하였고 재분석한 결과를 역거리 가중치법과 정규 크리깅의 공간정보 모델링 기법을 통해 암반사면 위험도(Rock Slope Hazard Map)를 작성하였다. 그리고 안정성 평가 항목으로는 암종, 사면경사 및 방향, 절리경사 및 방향, 절리면과 사면의 방향차이, 사면높이, 풍화도, 파쇄정도, 단층 및 충전물 유무, 사면상부경사 등을 선정하여 안정성을 평가하였다.
이경철(2014) 등은 “급경사지 방재 및 관리를 위한 급경사지 정보 통합관리 시스템 개발”에서 매년 수행된 기 붕괴 사면의 현황조사 자료를 바탕으로 각 현장조사항목에 대한 가ㆍ감 및 가중치를 수정보완하면서 제안하고 있으며, 사면을 토사사면과 암/혼합사면으로 구분하여 각 사면에 대하여 항목과 항목 점수를 달리하여 위험도 점수를 산정한 뒤 우선순위를 결정하고 있다. 그리고 안정성 평가항목으로는 사면높이, 사면경사, 지하수, 계곡부 유무, 상부 자연사면경사, 붕괴이력을 절리 외 불연속면, 토질, RMR(Rock Mass Rating)등을 통합관리 할 것을 제안하였다.
0)을 이용하여 분석하였으며 복합적인 방향성에서 빈도수가 높은 주방향성을 고려하여 분석하였으며 파괴 이외의 인자에 대해서는 고려하지 않았다. 다양한 암반사면의 파괴형태를 단순화하기 위하여 신속하게 파괴의 유형 및 파괴각을 분석할 수 있는 평사투영 해석을 사용하여 경남 일원의 기 파괴된 사면의 데이터를 역해석하여 사면경사, 사면방향, 절리경사, 절리 방향, 사면 높이, 암종, 붕괴유형, 풍화도, 균열상태, 지하수 상태 등을 정리하였다.
본 연구에서 암종에 따른 파괴유형 분석을 실시하였다. 크게 성인에 따라 암종은 일반적으로 넓게 분류하는 화성 기원인 마그마작용에 의해 형성된 화성암(화산암 포함), 퇴적 작용에 의해 형성된 퇴적암, 화성암이나 퇴적암이 접촉 변성되어 형성된 변성암으로만 분류하였으며 그 결과는 다음 Table 2와 같으며 암종에 따른 파괴유형별 발생 빈도는 Fig.
본 연구에서는 Table 1과 같이 경남 일원의 기 파괴된 사면에 대하여 데이터를 취합하여 평사투영해석을 실시하였다. 캐나다 Rocscience사의 DIPS(Ver 5.
3% 정도로 원호파괴가 발생하는 것으로 확인되었다. 원호파괴의 원인을 분석하기 위하여 풍화전도에 따른 파괴유형 분석을 실시하였으며 본 연구에서 붕괴된 사면의 경우 보통 풍화(MW), 많이 풍화(HW), 완전 풍화(CW)정도로 나타나며 그 결과는 다음 Table 3과 같다.
암반 사면의 경우 절리나 균열이 우세하게 발달하고 있으나 지구조 운동에 의해 단층을 포함하고 있는 경우도 많이 관찰된다. 이러한 단층들이 사면의 파괴형태에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위하여 단층의 존재 유무에 따른 사면의 파괴형태 분석을 실시 하였으며 그 결과는 다음 Table 4와 같다.
주향 조건은 사면의 주향과 주절리면의 주향이 이루는 각으로 분석하였으며 주향을 나타내는 방법으로는 DIP/DIP direction으로 환산하여 표기하였으며 그 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 Table 1과 같이 경남 일원의 기 파괴된 사면에 대하여 데이터를 취합하여 평사투영해석을 실시하였다. 캐나다 Rocscience사의 DIPS(Ver 5.0)을 이용하여 분석하였으며 복합적인 방향성에서 빈도수가 높은 주방향성을 고려하여 분석하였으며 파괴 이외의 인자에 대해서는 고려하지 않았다. 다양한 암반사면의 파괴형태를 단순화하기 위하여 신속하게 파괴의 유형 및 파괴각을 분석할 수 있는 평사투영 해석을 사용하여 경남 일원의 기 파괴된 사면의 데이터를 역해석하여 사면경사, 사면방향, 절리경사, 절리 방향, 사면 높이, 암종, 붕괴유형, 풍화도, 균열상태, 지하수 상태 등을 정리하였다.

이론/모형

Hoek and Bray(1981)의 4가지 조건 중 첫 번째 주향 조건에 대해 분석해보았다. 일반적으로 주향과 경사방향은 서로 직각이므로 암괴가 미끄러지는 활동면의 주향이 사면의 주향과 비슷하여야 평면파괴가 잘 발생한다고 알려져 있으며 활동면의 주향과 사면의 주향이 이루는 각이 적을수록 평면파괴가 발생할 수 있는 조건이 상향된다.
본 연구에서는 방향성을 표시하기 위해 평사투영법을 사용하였는데 평사투영법에는 등면적 투영(Schmidt Net)과 등각 투영 방법(Wulff Net)이 있는데 공각적인 분포의 정확성을 기하기 위해 등면적 투영과 하반구 투영(Lower Reference Hemisphere)을 사용하였다.

성능/효과

1) 암종에 따른 파괴유형을 보면 화성암이나 퇴적암의 경우 절리면의 경사와 층리면의 주향 경사에 의해 파괴유형이 우세한 평면 파괴 및 쐐기 파괴가 우세하게 발생하였고, 변성암의 경우 원호파괴의 발생빈도가 높게 나타났다. 이는 암종의 생성원인에 의한 것으로 화성암과 퇴적암은 형성시 일정한 주향과 경사를 가지지만 변성암의 경우 화학적 또는 기계적인 변질에 의해 주향 및 경사가 뒤틀리게 되므로 나타나는 현상으로 분석된다.
2) 전도파괴의 경우 풍화정도가 완전 풍화에서 보통 풍화로 풍화정도가 줄어들수록 발생빈도가 높아지는 것으로 보아 풍화도와는 무관한 것으로 분석되었으며, 주절리면의 주향과 경사각에 의존하여 파괴가 발생되는 것으로 판단되었다.
4) 완전 풍화된 변성암으로 충전물, 지하수, 단층을 포함하고 있는 암반 사면의 경우 대부분 원호파괴의 형태로 파괴되었으며 이는 고온 고압에 의해 암반 입자들이 재배열하거나 변질되면서 암반의 뚜렷한 방향성을 나타내지 못한 암석의 생성요인에 의해 발생된 것으로 판단되었다.
40°가 넘는 각에서 평면 파괴가 발생한 지역은 암괴의 모양, 거칠기 등 여러 가지 요인에 의하여 발생하였으나 대체적으로 0~40° 이내의 각에서 평면파괴가 발생하는 것으로 분석되었다.
40°가 넘는 각에서 평면파괴가 발생한 지역은 암괴의 모양, 거칠기 등 여러 가지 요인에 의하여 발생하였으나 대체적으로0~40°이내의 각에서 평면 파괴가 발생하는 것으로 나타났다.
5) 사면의 높이에 따른 파괴유형 및 파괴빈도에 대해서 분석한 결과 20~30 m 높이의 사면에서 파괴빈도가 가장 높았으며 높이에 따른 파괴유형은 특징적으로 구분되지 않았다.
7) 사면경사와 주절리면의 경사가 이루는 각에 대하여 분석한 결과 화성암의 경우 주로 0~20°내외의 각에서 평면파괴가 주로발생하며, 퇴적암은 10~30° 변성암은 0~30°의 각에서 평면파괴가 주로 발생한 것으로 분석되었다.
Fig. 12과 Fig. 13와 같이 사면의 방향과 주절리면의 방향이 이루는 각을 암종별로 분석해 보면 화성암의 경우 0~30º 변성암의경우 11~20º 퇴적암의 경우 0~20º일 때 평면파괴가 주로 발생하는 것으로 분석되었다.
Fig. 9∼11과 같이 암종별 방향성을 분석한 결과, 화성암의 경우 주로 주절리면이 10~20º 40~50º 방향이 우세하고 310~330º방향도 발달하고 있는 것으로 측정되었다.
Table 2에서와 같이 화성암의 붕괴 사면은 76개소, 퇴적암의 붕괴 사면은 44개소, 변성암의 붕괴사면은 60개소이며 이들 각 암종에 대하여 파괴유형을 분석한 결과 화성암에서는 평면파괴(42%)와 쐐기파괴(29%)가 주로 발생하며, 전도파괴(17%)와 원호파괴(12%)도 발생하는 것으로 분석되었다.
퇴적암의 경우 구재의 방향이 특징적으로 나타나고 있는데 이는 경상분지 퇴적암의 특징을 잘 나타낸 것으로 주절리면이 20~30º방향이 우세하고 310~320º방향도 발달하고 있는 것으로 측정되었다. 그리고 변성암의경우 특징적인 방향성을 나타내지 않고 여러 방향에서 평면파괴를 일으키는 것으로 측정되었다.
변성암의 경우 원호파괴가 우세하게 나타나는데 이는 변성암이 고압과 고온에 의해 완전 풍화(CW)된 양상을 보이므로 원호파괴의 양상이 우세하게 나타나는 것으로 분석되었다. 그리고 전도 파괴의 경우 암석의 풍화정도와 상관없이 절리면의 경사와 방향에 의존하여 주로 붕괴가 발생하는 것으로 분석되었다.
단층이 있을 경우 사면의 붕괴가 더 잘 일어나며 평면 파괴와 쐐기파괴의 경우 단층의 존재 유무와 상관없이 비슷하게 나타나나 전도파괴의 경우 단층면이 없을 경우 더 잘 발생하는 것으로 분석되었다. 이는 전도 파괴의 경우 절리면의 방향과 경사각에 의존하여 사면의 파괴가 발생되는 것으로 분석되며 원호파괴의 경우 단층면이 있을 경우 잘 일어나는 것으로 관찰되었다.
암반 내에 충전물들을 포함하고 있는 경우가 포함하지 않는 경우보다 아주 우세하게 나타나며 평면파괴, 쐐기파괴, 원호파괴의 경우 충전물들을 포함하고 있는 사면에서 우세하게 나타나며 전도 파괴의 경우 충전물을 포함하는 경우와 포함하지 않는 경우가 비슷한 수치로분석되었다.
암종에 따른 파괴유형을 분석하면, 퇴적암에서는 평면파괴(23%), 쐐기파괴(36%),원호파괴(23%)가 비슷한 수치로 발생하며 전도파괴(18%)가 가장 적게 발생하는 것으로 확인되었다. 변성암에서는 원호파괴(38%)가 가장 우세하게 나타나며 평면파괴(23%), 쐐기파괴(27%)로 비슷한 수치로 발생하고 있으며 전도파괴(12%)로 가장 적게 발생하고 있다.
일반적으로 암반사면의 경우 원호파괴가 잘 발생하지 않는다고 알려져 있으나 본 연구에서는 23.3% 정도로 원호파괴가 발생하는 것으로 확인되었다. 원호파괴의 원인을 분석하기 위하여 풍화전도에 따른 파괴유형 분석을 실시하였으며 본 연구에서 붕괴된 사면의 경우 보통 풍화(MW), 많이 풍화(HW), 완전 풍화(CW)정도로 나타나며 그 결과는 다음 Table 3과 같다.

후속연구

절토사면의 붕괴특성을 분석함으로서 비슷한 유형의 사면을 조성할 시 예비단계에서 미리 발생할 수 있는 파괴에 대한 분석 및 대비가 이루어 질 수 있으므로 본 연구 자료를 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	급경사지 방재 및 관리를 위한 급경사지 정보 통합관리 시스템의 안정성 평가항목으로 제안된 것은?	이경철(2014) 등은 “급경사지 방재 및 관리를 위한 급경사지 정보 통합관리 시스템 개발”에서 매년 수행된 기 붕괴 사면의 현황조사 자료를 바탕으로 각 현장조사항목에 대한 가ㆍ감 및 가중치를 수정보완하면서 제안하고 있으며, 사면을 토사사면과 암/혼합사면으로 구분하여 각 사면에 대하여 항목과 항목 점수를 달리하여 위험도 점수를 산정한 뒤 우선순위를 결정하고 있다. 그리고 안정성 평가항목으로는 사면높이, 사면경사, 지하수, 계곡부 유무, 상부 자연사면경사, 붕괴이력을 절리 외 불연속면, 토질, RMR(Rock Mass Rating)등을 통합관리 할 것을 제안하였다.
	절토 사면의 붕괴는 무엇에 의해 발생되는가?	절토 사면의 붕괴는 특정한 인자에 의해 발생되기 보다는 강우, 지질 및 토질, 지형 및 식생 등 다양한 인자의 조합에 의해 발생된다. 이러한 사면의 붕괴가능성을 알아보기 위한 안정성 평가법은 여러 연구자들에 의해 제안되어 왔다.
	기반암의 암종에 따라 나타나는 암반사면의 파괴유형 양상에는 무엇이 있는가?	절토사면의 붕괴특성에 사용된 평가항목은 여러 가지 요인들 중에 기존에 사면 안정성 평가에 많이 사용된 평가항목을 비교하여 중복되는 요소들 중에 객관적인 평가항목으로 볼 수 있는 항목을 선택하여 사용하였다. 암반사면의 파괴유형은 기반암의 암종에 따라 평면파괴, 쐐기파괴, 원호파괴, 전도파괴 등의 양상이 다르게 발생하므로 사면의 안정성을 검토할 경우 반드시 지표지질 조사를 실시하여 기반암의 암종을 분석한 후 그에 따른 사면의 안정성 해석을 수행하여야 한다.

참고문헌 (8)

김승현, 2013, 국내도로 비탈면의 거동특성과 체계적인 유지관리에 관한 연구, 부산대학교 박사 학위논문, 37-91.
유병옥, 1991, 대절토사면의 사면안정성을 고려한 사면절취 구배설정에 관한 연구, 한양대학교 석사학위 논문.
한국시설안전공단, 2006, 건설공사 비탈면 유지관리지침, 56-72.
E. Hoek, J. W. Bray and J. M. Boyd, 1973, The stability of rock slope containing a wedge resting on two intersecting discontinuities, Journal of Engineering Geology, Vol. 6, No. 1, 1-55.

상세보기
Hwang, Y.-C., Lee, H.-S., 2007, Analytical Evaluation on Design Criteria for Cut Slopes, Journal of the Korean Geoenvironmental Society, Vol. 8, No. 3, 51-57.
Lee, K., Jang, Y., Song, J., Kang, I., 2014, Development of Integrated Management System for Steep Slope Prevention and Management, Journal of the Korean Geo-Environmental Society, Vol. 15, No. 9, 77-85.

원문보기 상세보기
Lee, Y.-H., Kim, J.-R., 2004, A Proposal of the Evaluation Method for Rock Slope Stability Using Logistic Regression Analysis, Tunnel & Underground Space, Vol. 14, No. 2, 133-141.
Park, J.-Y., Shin, C.-G., Chang, B.-S., 2010, Analysis for Current Situation of Slope along National Roads in Korea, Journal of the Korean Geoenvironmental Society, Vol. 11, No. 12, 19-25.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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