[논문]지중 변위와 체적 함수비 계측을 통한 사면 거동 분석

김용성; 김만일; 타망 비벡; 김기환

doi:10.14481/jkges.2018.19.9.29

지중 변위와 체적 함수비 계측을 통한 사면 거동 분석
Slope Behavior Analysis Using the Measurement of Underground Displacement and Volumetric Water Content 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.19 no.9, 2018년, pp.29 - 36

김용성 (Department of Regional Infrastructure Engineering, Kangwon National University) , 김만일 (Forest Engineering Research Institute, National Forestry Cooperative Federation) , 타망 비벡 (Department of Regional Infrastructure Engineering, Kangwon National University) , 김기환 (Department of Regional Infrastructure Engineering, Kangwon National University)

초록
AI-Helper

국내 외에서는 사면붕괴를 사전에 예방할 수 있는 모니터링 및 자동계측기에 관한 다수의 연구가 수행되어져 오고 있으나, 이러한 연구들은 다소 복잡한 구조로 이루어져 있고, 계측시스템의 대부분은 사면표층에 설치되어 있으며, 사면파괴 전 붕괴징후를 사전에 감지하고 경보를 울려주는 계측시스템에 관한 연구는 미진한 실정이다. 본 연구에서는 강우 조건에서의 사면 붕괴 메카니즘을 파악하기 위하여 사면 붕괴 실험을 수행하고 지중 변위와 체적 함수비 계측을 통해 사면 모델의 붕괴 초기에 발생되는 함수비와 변위 거동 특성을 분석하였다. 본 연구를 통해 고찰된 내용은 지방자치단체에서 집중호우로 인해 급경사지 붕괴위험지역 등 사면붕괴나 산사태가 예측될 때 사전에 주민을 대피시키는 사면붕괴 예 경보시스템 구축 시 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Several studies have been conducted on monitoring system and automatic measuring instruments to prevent slope failure in advance in Korea and overseas. However, these studies have quite complex structure. Since most of the measurement systems are installed on the slope surface, the researches are carried on the measurement system that detects sign of slope collapse in advance and alerts are still unsatisfactory. In this study, slope collapse experiments were carried out to understand the slope failure mechanism according to rainfall conditions. The water content and displacement behavior at the early stage of the slope failure were analyzed through the measurement of the ground displacement and water content. The results of this study can be used by local government as a basic data for the design of slope failure alarm system to evacuate residents in case of slope failure or landslide due to heavy rainfall.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 사면 붕괴 메카니즘을 파악하기 위하여 사면 붕괴 실험을 수행하고 지중 변위와 체적 함수비 계측을 통해 사면 모델의 붕괴 초기에 발생되는 함수비와 변위 거동 특성을 분석하고 사면 붕괴 예측 기법에 대해 고찰하였다.
본 연구에서는 사면선단부로부터 단계적으로 굴착하여 모형사면의 붕괴거동을 관찰하였다. 굴착작업은 백호를 이용하여 절토면이 수직이 되도록 Fig.
본 연구에서는 전조 단계에서 변위가 관찰되어 일정 패턴을 보이다가 가속 구간에 접어들면 일정한 기울기 상태의 변위 증가 패턴 양상을 보일 때 붕괴 상태로 진행하고 있음을 알려주는 방식을 적용하여 사면 경보 체계에 필요한 예측식을 제안하고자 하였다.
본 연구에서는 지중변위 및 체적함수비 센서를 제작하고 사면 붕괴 실험을 통해 획득한 지반 변형 계측 자료를 분석하여 계측기의 적정 설치 위치를 검토하고 지중변위 및 체적함수비를 이용한 사면붕괴예측 기법을 고찰하였으며. 본 연구로부터 얻은 결론은 다음과 같다.

제안 방법

굴착 깊이 및 구간은 실험 Case 별 동일한 조건을 적용하였으며, 굴착에 따른 사면의 거동 계측을 위해 굴착구간별 대기시간을 부여하였다.
본 연구에서는 사면선단부로부터 단계적으로 굴착하여 모형사면의 붕괴거동을 관찰하였다. 굴착작업은 백호를 이용하여 절토면이 수직이 되도록 Fig. 13과 같이 Case 1(2.0m 굴착)과 Case 2(2.5m 굴착)까지의 2단계로 수행하였다. 초기 굴착으로 1.
모든 Case에서 실험 시작과 동시에 인근 주택의 수돗물을 이용하여 살수를 시작하였으며 사면 상부에 물 웅덩이 형태의 저수조(1.5m×2m×1.0m)를 만들어 사면에 물이 자연 침투하도록 하였고 인력으로 0.5m3 /min의 유량을 사면 전체에 실험 종료 시까지 분사하였다.
본 연구에서 사용한 지중변위 센서의 주재료는 외경 10mm, 두께 1mm의 스테인레스 스틸파이프로서 이 파이프의 중앙에 스트레인게이지를 2 액티브 게이지법으로 결선하여 휨 변형에 대한 반응을 출력할 수 있도록 하였다. 파이프 선단에는 체적함수비 계측을 위해 미국 METER(Decagon) 사의 10HS 토양수분 센서를 장착하였다.
본 연구에서는 총 3개의 변형률 센서를 제작하였으며(1.0m, 0.8m, 0.6m), 각 장치의 변위-변형률 응답을 검정하였다. 한 쪽을 고정단으로 하고, 자유단에 하중을 가하여 변위를 측정하는 방식의 캔틸레버보 조건과 같은 검정방법을 사용하였으며, 하중 부여에 의해 발생하는 변형과 응답변형률을 측정하였다.
토사 시료를 성토하여 모형사면을 축조하고 지중 변위 센서와 체적함수비 센서를 매설한 후 절토 굴착하여 사면을 붕괴시키는 실험을 수행하였다. 사면의 굴착 깊이와 간격은 수치시뮬레이션을 통해 검토하였으며, 실대형 현장모형실험에서는 그 결과를 반영하여 실험 방법을 설계하였다.
지중변위 및 체적함수비 센서의 설치위치는 천단부 시점으로부터 30cm 이격된 위치에 설치하였으며, 각 센서 간 수 평간격은 1.5m로 계획하였다(Fig. 2).
토사 시료를 성토하여 모형사면을 축조하고 지중 변위 센서와 체적함수비 센서를 매설한 후 절토 굴착하여 사면을 붕괴시키는 실험을 수행하였다. 사면의 굴착 깊이와 간격은 수치시뮬레이션을 통해 검토하였으며, 실대형 현장모형실험에서는 그 결과를 반영하여 실험 방법을 설계하였다.
6m), 각 장치의 변위-변형률 응답을 검정하였다. 한 쪽을 고정단으로 하고, 자유단에 하중을 가하여 변위를 측정하는 방식의 캔틸레버보 조건과 같은 검정방법을 사용하였으며, 하중 부여에 의해 발생하는 변형과 응답변형률을 측정하였다.
흙 시료에는 불포화 상태를 재현하기 위하여 다짐시험 및 현장밀도시험을 통해 획득한 함수비를 조정하여 사용하였다.

대상 데이터

Fig. 20은 지중변위계로부터 얻은 변위의 크리프적 정상 증가와 가속도적 증가, 급가속도적 증가 단계를 나타낸 것으로 사면 높이 5m의 Case 2에서 발생한 1.0m 표층지반변 형률봉으로부터 획득한 환산전단변형률 데이터를 사용하였다. Fig.
모형사면 축조작업에는 백호를 사용하였고 버켓에 의한 다짐 축조 후 기울기 60°, 천단부 높이 5.0m로 사면을 조성하였다(Fig. 1).

성능/효과

(1) 사면 활동면 상부측에서의 흙의 거동은 활동면과 가까울수록 표층보다 더 먼저 변형이 발생하며 그 값도 더 크므로 사면 계측기를 설치할 경우 예상되는 사면 활동면에 보다 더 가까운 곳에 설치하는 것이 사면 붕괴 전조 현상을 더 빠르고 정확하게 얻을 수 있을 것으로 판 단된다.
(3) 지중변위 센서의 길이가 0.6m일 때보다 0.8m 이상일 때 전조현상 및 가속 구간, 급가속 구간 등의 특징이 뚜렷하게 나타나 지중변위 센서의 적정 길이는 최소 0.8m 이상이 적정한 것으로 판단된다. 사면 활동면 깊이에 따라 그보다 더 크게 제작하여 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
2mm 일 때 급격한 변위 증가 현상을 나타내다가 사면붕괴가 발생하였다. 1.0m 센서와 0.8m 센서의 계측 결과를 살펴보면, 사면붕괴 전조현상으로 볼 수 있는 지반거동이 확연히 나타났다. 1.
본 검정결과에서는 변형률봉의 변위에 따른 응답 변형률이 3개 모두 다소 상이함이 확인되었다. 이러한 현상은 변형률봉의 길이 차이에 따른 변형계수의 상이성 및 주재료가 되는 스테인레스 스틸(STS304)의 불균질성 및 스트레인 게이지 접합오차에 기인한 것으로 판단된다.
체적함수비가 증가할수록 Fig. 16 ∼17에서 볼 수 있듯이 변위 거동이 증가되었으며, 측정 센서의 설치 지점이 물 웅덩이의 중앙부인 0.8m 센서에서 체적함수비 증가가 더 빠르게 진행되었으나 그 값은 다른 두 센서와 큰 차이를 나타내지는 않았다.

후속연구

(2) 사면 붕괴되는 과정에서 지반의 변형은 붕괴 전조 구간, 가속 구간, 급가속 구간을 거친 후 붕괴에 이르는 것으로 나타나 전조 구간과 가속구간에 대피할 수 있도록 하는 사면 붕괴 예·경보시스템의 개발이 필요한 것으로 판단된다.
(4) 인공강우 살포 후 사면 내부를 따라 물이 침투하면서 체적함수비가 증가되었으며 이에 수반하여 사면의 변위 거동이 증가되는 것으로 확인되어 체적함수비 센서도 향후 사면 붕괴 예·경보시스템 구축에 주요한 계측기로 활용할 수 있을 것으로 판단된다
모든 센서에서 실험 시작 후 체적함수비가 점차 증가하는 양상을 나타내었는데 이는 인공강우 살포 후 사면 내부를 따라 침투하면서 표층부터 포화가 진행됨에 따른 것이다. 다만 사면에 물의 침투가 원활하지는 않았던 것으로 평가되는데 향후 실험 시에는 포화가 진행될 수 있는 충분한 시간을 확보하는 것이 중요할 것으로 사료된다.
즉 사면 활동면 상부측에서의 흙의 거동은 활동면과 가까울수록 표층보다 더 먼저 변형이 발생하며 그 값도 더 큼을 알 수 있다. 따라서 사면 계측을 위해 계측기를 설치할 경우 예상되는 사면 활동면에 보다 더 가까운 곳에 설치한다면 사면 붕괴 전조 현상을 더 빠르고 정확하게 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
또한 하중부가에 따른 변형률봉 자유단의 변형에 따른 응답변형률이 비교적 명확하게 판별되어, 지반 변형거동의 정성적 파악에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
본 연구를 통해 고찰된 내용은 지방자치단체에서 집중호우로 인해 급경사지 붕괴위험지역 등 사면 붕괴나 산사태가 예측될 때 사전에 주민을 대피시키는데 필요한 사면붕괴 예·경보시스템 구축에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
8m 이상이 적정한 것으로 판단된다. 사면 활동면 깊이에 따라 그보다 더 크게 제작하여 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
향후 토질별로 추가 실험을 진행하고 급경사지 붕괴위험 지역에서의 계측 값을 축적한다면 사면 붕괴 예·경보시스템 구축을 위한 좋은 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	강우가 토층 및 지반의 변형 매개체에 미치는 영향은?	일반적으로 토층 및 지반의 변형 매개체를 대상으로 강우의 침투는 지반 내 간극수압의 상승, 침투수로 인한 지반의 함수량 증가로 흙의 전단강도 저하, 표면 유수 침투로 인한 표층부의 침식 및 파이핑 현상에 의한 국부파괴 등이 발생하여 사면에 분포하는 전반적인 원지반의 평형 상태를 붕괴시키며, 특히 사면파괴에 있어 전단강도 감소 내지 전단응력 증가에 크게 지배받는 것으로 알려져 있다(Abramson et al., 1996).
	우리나라에서 산사태가 많이 발생하는 이유는 무엇인가?	우리나라의 주요 자연재해 발생 요인으로 작용하는 태풍과 호우는 6월에서 9월 사이에 집중적으로 발생하고 있으며, 우리나라는 국토의 2/3 이상이 산악지형으로 이루어져 호우에 의한 유출률이 대단히 크고 이로 인해 산사태가 많이 발생하고 있다.
	붕괴 예측 시스템의 개발의 현황은?	이와 같이, 국내･외에서는 사면붕괴를 사전에 예방할 수 있는 모니터링 및 자동계측기에 관한 다수의 연구가 수행되어져 오고 있으나, 이러한 연구들은 다소 복잡한 구조로 이루어져 있고, 계측시스템의 대부분이 사면표층에 설치되는 구조로서 사면파괴 전 붕괴징후를 사전에 감지하고 경보를 울려주는 선진형 계측시스템에는 다소 미치지 못하고 있는 실정이다.

참고문헌 (9)

Abramson, L., Lee, T., Sharma, S. and Boyce, G. (1996), Slope stability and stabilization methods, John Wiley & Sons, p. 629.
Cho, S. D., Lee, K. W., Yoon, S. H. and Kim, C. S. (2004), Development of automated slope monitoring system for management and failure forecast of load cut slopes, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 24, No. 1C, pp. 1-10 (In Korean).
Crosetto, M., Tscherning, C. C., Crippa, B. and Castillo, M. (2002), Subsidence monitoring using SAR interferometry: reduction of the atmospheric effects using stochastic filtering. Geophysical Research Letters, 29(9).
Kim, M. I. and Makoto, N. (2006), Slope failure predicting method using the monitoring of volumetric water content in soil slope, The Journal of Engineering Geology, Vol. 16, No. 2, pp. 135-143 (In Korean).
Kim, J. S. (2013), A study on the construction of monitoring system based on USN for prediction of landslide collapse, Ph.D Thesis, Kangwon National University, (In Korean).
Shin, J. H. and Song, B. H. (2012), Development of slope monitoring system using VW Piezometer and Inclinometer, Journal of Korean Institute of Information Technology, Vol. 10, No. 3, pp. 37-45 (In Korean).
Tamate, S., Hori, T., Mikuni, C., Itoh, K., Kikkawa, N. and Suemasa, N. (2013), A Large scale model test on detection of potential risk of slope failue by monitoring of shear strain in shallow section, Journal of Japan Society of Civil Engineers, Vol. 29, No. 9, pp. 326-336.
Voight, B. (1988), A method for prediction of volcanic eruption, Nature, 332, 6140, 125-130.

상세보기
Yoo, B. S. (2006), A study of failure ana;lysis methods based on real-time monitoring data for landslide warning system, Ph.D Thesis, Kumoh National Institute of Technology (In Korean).

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증