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다양한 조건을 고려한 사면안전율에 관한 해석적 연구
An Analytical Study on the Slope Safety Factor Considering Various Conditions 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.35 no.5, 2019년, pp.31 - 41  

박춘식 (창원대학교 공과대학 토목환경화공융합공학부) ,  안상진 (명성종합건설)

초록
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본 연구는 다양한 조건에 대한 사면 안정성 검토에 따른 안전율 변화 결과를 활용하여 초기 설계단계에서부터 참고하여 효율적인 설계가 될 수 있는 안전율을 제시하였으며, 사면안전율에 영향을 주는 인자들에 대한 영향성을 검토하였다. 우선 사면 높이 및 사면 기울기에 따라 최소 허용안전율 1.20을 만족하는 지반 전단강도를 제시하였다. 사면높이가 5.0m씩 증가함에 따라 안전율은 0.04씩 감소하는 것으로 나타났고, 사면높이에 따른 안전율은 사면높이 10.0m에 비해 높이가 높아질수록 약 20%, 30%, 40%씩 일정하게 감소하는 경향을 나타내었다. 사면 기울기가 약 0.3씩 완만해질수록 안전율은 0.4 정도씩 증가하는 것으로 나타났고, 사면기울기 증가에 대한 안전율 증가비는 기울기가 완만해질수록 약 10%, 20%, 30% 증가하는 것으로 나타났다. 점착력이 10.0kPa씩 증가할수록 안전율은 약 40%씩 증가하는 것으로 나타났고, 내부마찰각$5^{\circ}$씩 증가할수록 약 8%씩 증가하는 것으로 나타났다. 또한 사면 높이, 사면 기울기, 전단강도에 따른 안전율 변화비는 각 영향인자에 따라 $Fs=3.86H^{-0.59}$, Fs = 0.43 s, Fs = 0.04 c, $Fs=0.02{\phi}$ 의 증가비 관계를 나타내었다. 강우침투 시는 지표면 포화 시의 안전율보다 약 18% 정도 크게 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper demonstrates safety factor for effective planning at initial stage by utilizing results on changes of safety factor according to various conditions of slop and examines impacts of factors that affect slope safety factors as well. Firstly, it describes shear strength which satisfies minimu...

주제어

표/그림 (24)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 실무에서 활용할 수 있도록 다양한 사면조건에 따라 안전율을 산정하여 각 조건에 적절하고 합리적으로 적용할 수 있는 개략적인 사면 안전율 기준을 제시하고, 사면높이, 사면기울기, 전단강도의 영향인자들과 사면안정해석 방법들에 따른 사면의 안전율 변화특성을 알아보고자 하였다.
  • kr)의 자료를 활용하여 창원지역의 확률강우강도를 적용하였다. 본 연구는 국지성 호우와 같이 극한조건에 대한 연구라기보다는 일반적인 사면 해석연구를 바탕으로 그 경향성을 연구하는데 목적이 있기에, 일반적인 강우강도를 적용하였고, 확률강우강도 중 72시간 지속시간의 100년 빈도의 강우강도를 적용하여 침투해석에 따른 지하수위 상승을 고려하였다
  • 본 연구는 다양한 조건에 대한 사면 안정성 검토에 따른 안전율 변화 결과를 활용하여 초기 설계단계에서부터 참고하여 효율적인 설계가 될 수 있도록 할 수 있는 안전율을 제시하고자 하였으며, 사면안전율에 영향을 주는 인자들에 대한 영향성을 검토하고자 하였다. 본 연구에서 수행한 결과를 요약하면 다음과 같다.

가설 설정

  • 0으로 변화시켰다. 또한 소단은 높이 5.0m 마다 1.0m로 가정하였다. 지하수위는 지표면이 포화된 우기 시 상태와 지표 하 5.
  •  또한 사면은 단일 토층에 대한 검토로 가정하였다. 이는 다양한 토층이 있으면 사면 파괴형상과 안전율에 대한 명확한 기준을 제시할 수 없기 때문에 본 연구에서는 토층을 단일한 층으로 가정하여 해석을 수행하였다.
  • 0kPa로 증가하는 것으로 가정하였고, 내부마찰각은 20°, 25°, 30°로 변화시켰다. 이러한 지층은 일반 토사층, 풍화토층, 풍화암 층에 해당되는 지층을 가정하여 모델링하였다. 토층의 전단강도는 Jung(2015)에 의해 수행된 연구에서 제시된 문헌을 참고하여 결정하였다.
  • 점착력 10.0kPa 이하의 값은 차이가 작아 안전율 변화가 비교적 적을 것으로 판단하였고, 내부마찰각 30.0° 이상은 내부마찰각의 전단강도 지배효과가 크게 나타날 것으로 판단하였기 때문에 그 범위를 30.0° 이하로 가정하였다.
  • 한계평형해석에 적용된 토층의 전단강도는 실제 흙의 전단강도를 반영하기 위하여 단위중량은 18.0kN/m3, 점착력은 10.0∼40.0kPa 범위에서 10.0kPa로 증가하는 것으로 가정하였고, 내부마찰각은 20°, 25°, 30°로 변화시켰다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
사면안전율에 영향을 주는 인자의 영향성 검토 결과는? 20을 만족하는 지반 전단강도를 제시하였다. 사면높이가 5.0m씩 증가함에 따라 안전율은 0.04씩 감소하는 것으로 나타났고, 사면높이에 따른 안전율은 사면높이 10.0m에 비해 높이가 높아질수록 약 20%, 30%, 40%씩 일정하게 감소하는 경향을 나타내었다. 사면 기울기가 약 0.3씩 완만해질수록 안전율은 0.4 정도씩 증가하는 것으로 나타났고, 사면기울기 증가에 대한 안전율 증가비는 기울기가 완만해질수록 약 10%, 20%, 30% 증가하는 것으로 나타났다. 점착력이 10.0kPa씩 증가할수록 안전율은 약 40%씩 증가하는 것으로 나타났고, 내부마찰각은 $5^{\circ}$씩 증가할수록 약 8%씩 증가하는 것으로 나타났다. 또한 사면 높이, 사면 기울기, 전단강도에 따른 안전율 변화비는 각 영향인자에 따라 $Fs=3.86H^{-0.59}$, Fs = 0.43 s, Fs = 0.04 c, $Fs=0.02{\phi}$ 의 증가비 관계를 나타내었다. 강우침투 시는 지표면 포화 시의 안전율보다 약 18% 정도 크게 나타났다.
사면의 붕괴의 원인은? 단기간에 발생하는 집중호우는 지반의 포화능력 이상으로 지하수위를 형성하여 지반의 전단강도 저하를 유발하여 사면의 직접적인 붕괴원인으로 작용한다. 이 이외에도 사면의 붕괴는 인위적인 절토, 침식 등에 따른 기하학적 변화, 외적 하중증가 등 그 붕괴 원인이 다양하지만, 사면붕괴는 지하수위 상승에 따른 간극수압 증가에 의해서 가장 많이 발생하고 있다. 지하수위 상승에 따른 지반의 전단강도 감소에 의한 사면붕괴는 대규모로 발생하게 되며 그 피해가 특히 심각하다.
한계평형해석법이란? 본 연구는 사면안정 해석방법 중 일반적으로 사용되는 한계평형해석법을 이용하였다. 한계평형해석법은 활동면을 따라 파괴가 일어나려고 할 때 파괴체에 작용하는 힘들의 평형을 해석하는 것으로 활동면을 가정한 후 활동력과 저항력을 검토하여 저항력과 활동면의 비를 안전율로 정의함으로써 안정해석을 수행하는 방법이다. 한계평형이론의 특징은 각 방법에 있어 안전율의 정의가 동일하고, 파괴 활동면 상의 모든 점에서는 안전율은 동일하다.
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참고문헌 (23)

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