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[국내논문] 모형시험과 유한요소해석에서 비탈면 강우의 침투량 비교
Comparison of Infiltration Rate of Slope in Model Test and Finite Element Analysis 원문보기

LHI journal of land, housing, and urban affairs, v.9 no.2, 2018년, pp.51 - 57  

유용재 (한국지질자원연구원) ,  김재홍 (동신대학교)

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The causes of landslides are dependant on rainfall events and the soil characteristics of a slope. For the conventional slope stability, the slope stability analysis has been carried out assuming the saturated soil theory. But, in order to clearly explain a proper soil slope condition by rainfall, t...

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문제 정의

  • 비탈면 붕괴는 강우로 인한 포화깊이가 만들어지면서 얕은 파괴로 발생한다고 많은 연구자들의 논문들이 발표되고 있다. 본 연구에서는 불포화 지반을 대상으로 유한요소해석으로 침투해석을 실시하고 강우강도와 강우사상을 변화시키면서 수행한 선행 연구자들의 실내시험과 수치해석의 오류를 확인하고자 같은 조건에서 비교 검증하고자 한다. 국내에 주를 이루는 비탈면 지반은 편마암풍화토(gneiss weathered soil)와 화강암풍화토(granite weathered soil)로 분포하고 있기 때문에 대표적인 2가지 지반을 대상으로 실내모형 시험을 수행하고 불포화 침투해석을 실시하여 비교분석하였다.
  • 국내에 주를 이루는 비탈면 지반은 편마암풍화토(gneiss weathered soil)와 화강암풍화토(granite weathered soil)로 분포하고 있기 때문에 대표적인 2가지 지반을 대상으로 실내모형 시험을 수행하고 불포화 침투해석을 실시하여 비교분석하였다. 그에 따른 붕괴가 발생하는 차이점과 그 이유를 파악하고자 한다. 현장에서 발생하는 비탈면 붕괴를 모형시험에서 그 이유를 찾아보려고 하지만 실내시험의 한계를 수치해석을 통하여 원인을 찾아내고, 편마암과 화강암계의 풍화토 차이점을 밝히고자 한다(Kim et al.
  • 그에 따른 붕괴가 발생하는 차이점과 그 이유를 파악하고자 한다. 현장에서 발생하는 비탈면 붕괴를 모형시험에서 그 이유를 찾아보려고 하지만 실내시험의 한계를 수치해석을 통하여 원인을 찾아내고, 편마암과 화강암계의 풍화토 차이점을 밝히고자 한다(Kim et al., 2004)
  • , 2010; Lu, 2006;Nuth and Laloui, 2007). 따라서 실내모형시험에서 적용한 강우강도 200mm/hr가 모두 침투되어 지반 내에 체적함수비가측정이 되었는지 확인하고자 수치해석과 실내모형시험의 지반 내 체적함수비를 비교해 보았다(Ng and Pang, 2000).
  • 같은 비탈면 파괴에 대해서 실내모형시험에서 적용한 강우강도가 실제 침투로 적용되는 강우량을 확인하기 위해서 편마암풍화토를 대상으로 비교분석을 하였다. 편마암풍화토는 화강암풍화토보다 세립토가 많이 함유하고 있기 때문에 비탈면 표층에서 침투하는 속도가 느렸으며, 시간이 경과함에 따라 침식으로 인한 사면 파괴 역시 비교적 많은 시간이 필요함을 확인하였다.
  • 본 연구에서는 강우시 화강암 및 편마암 풍화토에서의 산사태 발생 특성을 분석하기 위하여 수치해석을 실시하였으며, 기존 수행된 모형실험결과와 비교 분석을 실시하였다. 모형실험 및 수치해석결과에서 강우가 진행됨에 따라 포화대와 불포화대의 경계가 발생하였으며, 포화된 부분에서 얕은 비탈면 파괴 또는 붕괴가 가속화되는 것으로 나타났다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국내에 산사태가 발생한 면적은 1980년대와 2000년대를 비교한 결과 어떠하였는가? 해마다 6월과 8월 사이의 장마철 시기에 얕은 사면의 파괴와 토석류 붕괴가 집중적으로 발생하여 수많은 인명과 재산상 손실을 초래하고 있다. 1980년대 보다 2002년~2011년까지 연평균 산사태 발생 면적은 779ha로 89년 발생면적인 231ha보다 3.4배 증가하였다(한국지질자원연구원, 2016).
산사태 위험성 분석은 어떻게 정의되는가? 이처럼 빈번하게 유발되는 산사태를 발생 이전에 정확히 예측할 수 있다면 경제적·사회적 손실을 줄여 나가는데 크게 도움이 될 것이다. 산사태 위험성 분석은 산사태를 유발시키는 성향으로 정의되어 대상 지역을 확률적으로 표현하기도 하며, 산사태 취약성 지도를 제작하는 방법으로 크게 정성적 해석 기법과 정량적 해석 기법으로 구분하여 분석하기도 한다(Petley, 2004). 산사태 원인을 파악하기 위해서 다양한 방법을 통해 산사태 취약성을 분석하고 그의 타당성을 검증하는 많은 연구가 이루지고 있다(MLTMA, 2011).
산사태 취약성 지도를 제작하는 방법은 어떻게 구분되어 분석되는가? 이처럼 빈번하게 유발되는 산사태를 발생 이전에 정확히 예측할 수 있다면 경제적·사회적 손실을 줄여 나가는데 크게 도움이 될 것이다. 산사태 위험성 분석은 산사태를 유발시키는 성향으로 정의되어 대상 지역을 확률적으로 표현하기도 하며, 산사태 취약성 지도를 제작하는 방법으로 크게 정성적 해석 기법과 정량적 해석 기법으로 구분하여 분석하기도 한다(Petley, 2004). 산사태 원인을 파악하기 위해서 다양한 방법을 통해 산사태 취약성을 분석하고 그의 타당성을 검증하는 많은 연구가 이루지고 있다(MLTMA, 2011).
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참고문헌 (13)

  1. 김재홍, 김유성 (2011), 부분포화토의 침투와 흙의 거동에 따른 유효응력 계수 분석, 한국지반공학회 논문집, 제27권, 12호, pp. 117-126. 

  2. 한국지질자원연구원 (2016), 실시간 모니터링 기반의 산사태 신속탐지기술 개발, 미래창조과학부, p.217 

  3. Fredlund, D. G. and Xing, A. (1994), "Equations for the soilwater characteristic curve", Canadian geotechnical Journal, Vol.31, No.3, pp.512-532. 

  4. GeoStudio Ver 8.0 (2012), Seepage modelling with SEEP/W, Calgary, Canada. 

  5. Kim, J. (2002), "Stability analysis on unsaturated weathered infinite slopes based on rainfall-induced wetting", Dept. of Civil Engineering, Master Thesis, Yonsei University. 

  6. Kim, J., Jeong, S., Park, S., and Sharma, J. (2004), "Influence of rainfall-induced wetting on the stability of slopes in weathered soils" Engineering Geology pp. 251-262. 

  7. Lu, N., Godt, J.W., and Wu, D.T. (2010), "A closed-form equation for effective stress in unsaturated soil," Water Resources Research, Vol. 46: W05515. 

  8. Lu, N. and Likos, W. (2006), "Suction stress characteristic curve for unsaturated soil," Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 132, No. 2, pp. 131-142. 

  9. Ministry of Land, Transportation and Maritime Affairs (2011), Construction of slope design criteria, guideline, pp.119-133. (in Korean) 

  10. Ng, C.W.W. and Pang, Y.W. (2000), "Influence of stress state on soil-water characteristics and slope stability," Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 126, No. 2, pp. 157-166. 

  11. Nuth, M. and Laloui, L. (2007), "Effective stress concept in unsaturated soils: Clarification and validation of a unified framework," International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol. 32, pp. 771-801. 

  12. Petley, D. N. (2004), The evolution of slope failures: mechanisms of rupture propagation, Natural Hazards and Earth System Sciences, Vol. 4, 147-152. 

  13. van Genuchten, M. (1980), "Closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils," Soil Science Society of America Journal, Vol. 44, No. 5, pp. 35-53. 

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