[논문]포항지역 땅밀림지의 지반조사를 통한 땅밀림 특성 분석

이문세; 박재현; 박윤성

doi:10.14578/jkfs.2019.108.2.233

포항지역 땅밀림지의 지반조사를 통한 땅밀림 특성 분석
Analysis of Characteristics using Geotechnical Investigation on the Slow-moving Landslides in the Pohang-si Area 원문보기

한국산림과학회지 = Journal of korean society of forest science, v.108 no.2, 2019년, pp.233 - 240

이문세 (산립조합중앙회 산림공학연구소) , 박재현 (경남과학기술대학교 산림자원학과) , 박윤성 (산립조합중앙회 산림공학연구소)

초록
AI-Helper

이 연구는 포항시 세 개 땅밀림지를 대상으로 지반조사를 통하여 땅밀림지의 지하 특성과 지하수와의 관계를 분석함으로써 땅밀림 발생 방지를 위한 기초자료를 제공하기 위하여 실시하였다. 경상북도 포항지역에서 발생된 땅밀림지 세개 지역에서 지표조사, 전기비저항탐사, 굴절법 탄성파탐사, 시추공 내 영상촬영 및 시추조사를 실시하였다. 불연속면의 주 방향은 세 지역 모두 사면방향과 동일하게 나타나 땅밀림이나 붕괴 등이 발생하였을 경우 쉽게 사면방향으로 무너질 소지가 큰 것으로 분석되었다. 세 지역 모두 파쇄대는 지하수가 분포하는 지역에 포함되었으며, 인장균열 방향으로 지하수 흐름이 진행되는 것으로 분석되었다. 인장균열 평균 각도와 지하수 흐름방향의 평균 각도 간의 관계를 T-test 검정한 결과 1% 수준에서 유의한 결과(p=0.8019)를 나타내었다. 이와 같은 결과로 판단할 때 땅밀림 발생 시 지하수의 위치 및 흐름 등을 모니터링 함으로써 추후 땅밀림의 진행 상황을 예측할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The aim of this study was to provide basic data that could identify and help prevent a slow-moving landslide using an analysis of the relationship between below-ground characteristics and water from three slow-moving landslide areas in Pohang, Gyeongsangbuk-do, South Korea. Surface surveys, resistivity, seismic exploration, well logging, and boring surveys were conducted in the three areas. The main direction of discontinuous surface was matched with the slope direction of the three landslides. The results indicatedthat slow-moving landslides might occur in the direction of the slope. Underground water was distributed within the crush zones within the three landslide areas and flowed along the tensile cracks. There was a significant difference (p<0.01) between the mean angle of the tensile cracks and that of the underground waterflow (p=0.8019). These results indicated that the progress of a slow-moving landslide can be forecast by monitoring the location and flow of underground water within a known slow-moving landslide area.

주제어

표/그림 (6)

그림 Figure 1. Location map of each study site.
그림 Figure 2. Boring point map of the study area.
그림 Figure 3. Joint distribution by depth.
그림 Figure 4. Joint aperture distribution by depth.
그림 Figure 5. The slow-moving landslides area, the third dimention and groundwater direction map (Blue line is groundwater flow direction, red line is crack direction).
표 Table 1. T-test of mean of angle direction of crack and mean of angle direction of groundwater flow.

AI 본문요약
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문제 정의

굴절법 탄성파탐사는 지진파(P파)를 이용하여 매질의 탄성특성에 의해 전파되는 탄성파 중 지표 바로 아래를 통해 도달한 직접파와 지하 매질 내 경계면으로부터 굴절되어 지표에 도달한 굴절파를 기록하고, 가장 먼저 도달하는 초동(firsr arrival)을 발췌(picking)한 후 이를 해석함으로써 지층의 심도 및 지하의 속도구조를 규명하는 탐사법으로 발파 및 해머 등의 여러 가지 수단을 사용하여 인공적으로 지진파를 발생시켜 지층 경계면에서 굴절되거나 반사되는 탄성파를 기록하고, 이를 분석함으로써 지하에 대한 정보를 획득하는 방법이다. 굴절법 탄성파 탐사는 시추조사, 전기비저항탐사와 병행하여 토층 및 기반암의 깊이 및 땅밀림 산사태가 발생된 구간의 지질이상대(파쇄대, 단층대)를 파악하기 위하여 실시하였다.
, 2006; Associated Ministries of South Korean Government, 2013). 따라서 이 연구는 포항시 세 개 땅밀림지를 대상으로 지반조사를 통하여 땅밀림지의 지하 특성과 지하수와의 관계를 분석함으로써 땅밀림 발생 방지를 위한 기초자료를 제공하기 위하여 실시하였다.
이 연구는 포항시 세 개 땅밀림지를 대상으로 지반조사를 통해 땅밀림지의 지하 특성과 지하수와의 관계를 분석하여 땅밀림 발생 방지를 위한 기초자료를 제공할 목적으로 실시하였다. 경상북도 포항지역에서 발생된 땅밀림지 세 개 지역에서 지표조사, 전기비저항탐사, 굴절법 탄성파탐사, 시추공 내 영상촬영 및 시추조사를 실시한 결과는 다음과 같다.
지하 매질의 전기비저항 값은 지하수 존재 및 그 함량과 밀접한 관계를 가지고 있어 단층 및 파쇄대의 탐지, 연약구간 파악 등에 매우 효과적으로 사용되고 있다. 전기비저항 탐사를 통하여 직접적인 지하 상태를유추하기는 어렵지만 전기비저항의 상대적인 차이로부터 지하구조를 파악할 수 있으며, 본 연구에서는 파쇄대 및 단층대, 지하수의 유동 특성을 파악하기 위하여 수행하였다.

제안 방법

땅밀림지의 지반조사를 통한 지질, 지형적 특성 및 지하수 상태를 파악하기 위하여 경상북도 포항지역에서 발생된 땅밀림지 세 개소(① 포항시 북구 용흥동 산 123-4, ② 포항시 북구 양덕동 산96-1, ③ 포항시 남구 동해면 석리 산77)에 대하여 지표조사, 전기비저항탐사, 굴절법 탄성파탐사, 시추공 내 영상촬영 및 시추조사를 실시하였다(Figure 1). 이들 지역에서는 선행연구(Park, 2016; National Institute of Forest Science, 2017)와 같이 단차 및 인장균열 등이 나타났으며, 이를 GPS로 측량하여 도면으로 작성하였다
또한 조사지 규모(땅밀림지 길이 × 폭 × 붕괴깊이), 인장균열지의 위치 등에 대하여 GPS 측량을 실시하였다.
시추공에서 채취된 시료를 이용하여 토질 및 암반 특성을 파악하여 물리탐사 및 지표지질조사 자료와 비교·분석하여 땅밀림 현황을 파악할 수 있도록 하였다.
시추조사를 위해 사용된 장비는 일반적인 회전수세식(Rotary Wash Type) 유압형 시추기를 이용하여 NX (76 mm)규격으로 굴진하였으며, 토사와 풍화암 구간에 표준관입시험을 병행하였다. 시추공에서 채취된 시료를 이용하여 토질 및 암반 특성을 파악하여 물리탐사 및 지표지질조사 자료와 비교·분석하여 땅밀림 현황을 파악할 수 있도록 하였다.
이 연구를 위해 2017년 3월부터 2019년 1월까지 지표 및 현장 조사를 실시하고 지반조사를 통해 지질을 파악하였다. 또한 조사지 규모(땅밀림지 길이 × 폭 × 붕괴깊이), 인장균열지의 위치 등에 대하여 GPS 측량을 실시하였다.
인장균열과 지하수 유동 방향과의 관계를 파악하기 위해 전기비저항 탐사로 얻은 3차원으로 분석한 지하수 흐름 방향과 지표에 드러난 땅밀림으로 인해 발생된 인장균열의 방향을 분석하였다(Figure 5). ①지역은 인장균열이 N35ﾟE-N90ﾟE 방향으로 진행되고 있는데, 지하수 흐름 방향은 N10ﾟE-N95ﾟS 등 인장균열이 발생되는 진행방향으로 지하수가 유동하는 것을 파악할 수 있었다.
지층 및 구성암석, 타 지층 및 관입암의 유무, 암석의 풍화정도, 지질구조(단층 및 습곡의 유무), 땅밀림에 영향하는 절리방향, 절리간격, 절리 틈새, 절리 충진물질, 절리 수 등을 추가로 조사하였다. 지반침하 및 땅밀림의 지형적 특성 및 발생징후를 파악하기 위하여 지형도(1 : 25,000, 1 : 50,000)를 바탕으로 땅밀림이 잘 발생하는 특징 및 미세지형을 분석하였다(Varnes, 1978; Jau et al., 2000). 땅밀림으로 발생한 인장균열의 진행 방향과 시추조사한 지하수 유동방향과의 관계를 T검정하였다.
지표지질조사를 통하여 땅밀림지의 모암, 방위, 형태, 산지경사 등 입지특성을 조사하였다. 지층 및 구성암석, 타 지층 및 관입암의 유무, 암석의 풍화정도, 지질구조(단층 및 습곡의 유무), 땅밀림에 영향하는 절리방향, 절리간격, 절리 틈새, 절리 충진물질, 절리 수 등을 추가로 조사하였다. 지반침하 및 땅밀림의 지형적 특성 및 발생징후를 파악하기 위하여 지형도(1 : 25,000, 1 : 50,000)를 바탕으로 땅밀림이 잘 발생하는 특징 및 미세지형을 분석하였다(Varnes, 1978; Jau et al.
또한 조사지 규모(땅밀림지 길이 × 폭 × 붕괴깊이), 인장균열지의 위치 등에 대하여 GPS 측량을 실시하였다. 지표지질조사를 통하여 땅밀림지의 모암, 방위, 형태, 산지경사 등 입지특성을 조사하였다. 지층 및 구성암석, 타 지층 및 관입암의 유무, 암석의 풍화정도, 지질구조(단층 및 습곡의 유무), 땅밀림에 영향하는 절리방향, 절리간격, 절리 틈새, 절리 충진물질, 절리 수 등을 추가로 조사하였다.

데이터처리

, 2000). 땅밀림으로 발생한 인장균열의 진행 방향과 시추조사한 지하수 유동방향과의 관계를 T검정하였다.

성능/효과

1. 시추공 내 영상촬영 결과, 불연속면의 주방향은 세지역 모두 사면방향과 동일하게 나타나서 땅밀림이나 붕괴 등이 발생하였을 경우 쉽게 사면방향으로 붕괴될 소지가 큰 것으로 분석되었다.
2. 세 지역 모두 땅밀림이 발생된 상류에 凹형 지형의변곡점과 인장균열 하단부에서 지하수가 유출되고있는 것으로 확인되었으며, 땅밀림에 영향하는 지하수의 유입이 용이한 지형으로 분석되었다.
3. 세 지역 모두 파쇄대는 지하수가 분포하는 지역에 포함되었으며, 지하수 흐름 방향으로 인장균열이 진행되는 것으로 분석되었다.
이와 같이 포항지역 세 개 땅밀림지에서 폭넓게 분포하는 사면의 저비저항이상대 구간은 실트질 점토로 구성된 매우 연약한 토층에 의한 것으로 판단된다. 3차원 모델링을 실시한 결과, 저비저항이 상대는 기반암 하부로까지 연장성을 나타내었으며, 연약한 토층과 지하수의 영향으로 표층유실 및 사면붕괴가진행 중인 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 Van Asch et al.
4. 인장균열 평균 각도와 지하수 흐름방향의 평균 각도간의 관계를 T-test 검정한 결과 1% 수준에서 유의한 결과를 나타내었다. 이와 같은 결과로 판단할 때 땅밀림 발생 시 지하수의 위치 및 흐름 등을 모니터링 함으로써 추후 땅밀림의 진행 상황을 예측할 수 있을 것으로 사료된다.
인장균열과 지하수 유동 방향과의 관계를 파악하기 위해 전기비저항 탐사로 얻은 3차원으로 분석한 지하수 흐름 방향과 지표에 드러난 땅밀림으로 인해 발생된 인장균열의 방향을 분석하였다(Figure 5). ①지역은 인장균열이 N35ﾟE-N90ﾟE 방향으로 진행되고 있는데, 지하수 흐름 방향은 N10ﾟE-N95ﾟS 등 인장균열이 발생되는 진행방향으로 지하수가 유동하는 것을 파악할 수 있었다. ②지역에서도 인장균열의 방향은 두 개의 인장균열이 N10ﾟ E-N35ﾟE로 진행되는데, 지하수 흐름 방향은 이들 인장균열의 중심부인 N10ﾟE-N32ﾟE로 흘러 지하수가 중심으로 집중해서 유동하면서 양쪽으로 인장균열이 발생한 것으로 사료된다.
주 구성암석은 ①지역이 연녹색, 연회색, 황백색 이암 및 실트스톤이었으며, ②지역은 담갈색 셰일 및 이암, 역암이 혼재하였다. ③지역은 데사이트질 용결 유리질 응회암 및 현무암질 안산암이 분포하는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 National Institute of Forest Science(2017)의 보고에서 우리나라에서 발생한 땅밀림은 연일층군, 경상누층군에서 많이 발생하고 있고, 이러한 지층은 대부분 경상도 일대에서 많이 발생한다는 결과와 같다.
③지역에서는 인장균열과 지하수 흐름 방향은 N90ﾟE로 동일한 방향으로 이동하는 것으로 나타났다. 따라서 인장균열 평균 각도와 지하수 흐름 방향의 평균 각도 간의 관계를 T-test 검정한 결과(Table 1) 1% 수준에서 유의한 결과를 나타내었다(p=0.8019). 이와 같은결과로 판단할 때, 땅밀림 지역에서 지하수의 흐름 방향을 따라 인장균열이 발생하는 것은 선행연구결과들(Matsukura et al.
0 m에 분포하여 이 지역에 저비저항이상대가 사면을 따라서 폭 넓게 분포하고 있는 것으로 나타났다. 또한 지형구배와 유사하게 사면 상부에서 하부로 지하수가 유동하는 수리구배를 나타내는 것으로 분석되었다. ③지역은 지하수위는 지하 10.
0 m구간의 토사층 및 기반암 상부까지 분포하는 것으로 나타났다. 또한 하부 암반의 높은 비저항 분포에 비해 상부암반 및 풍화대는 매우 낮은 비저항 분포를 보이는 것으로 나타났다. 시추공 내 영상 촬영결과, 상부 파쇄대 구간(8.
즉, 강우 시 수분축적이 높은 토양으로 이암지역의 경우 점토질이 많고, 땅밀림에 취약한 토양 구조를 나타내는(Woo, 1992; Choi, 2018) 것으로 판단된다. 암석노출도는 세 지역 모두 5% 이하로 나타났고, ③지역은 너덜이 분포하는 것으로 나타났다. 세지역의 평균경사도는 25.
이와 같은 결과는 National Institute of Forest Science(2017)의 보고에서 우리나라에서 발생한 땅밀림은 연일층군, 경상누층군에서 많이 발생하고 있고, 이러한 지층은 대부분 경상도 일대에서 많이 발생한다는 결과와 같다. 암석의 풍화정도는 이들 세 지역 모두 이암 및 퇴적암으로 풍화가 깊게 나타나고 있는 것으로 나타났다. 이와 같은결과는 National Institute of Forest Science(2017)와 Takaya(2017)가 보고한 것과 같이 퇴적암 지역 및 이암 등 점질토가 많이 함유한 지역에서 땅밀림이 많이 발생한다는 결과와 같았으나, 추후 땅밀림 지역에 대한 암석의 비율, 암질, 암층에 대한 연구와 영향 인자에 대하여 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.
3 m의 두께로 분포하는 것으로 나타났으며, 사면 하단부로 갈수록 얇아지는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 판단할 때, 사면 상부에서 강우시 또는 지진 재발생 시 토층의 하중 등으로 인해 파쇄되어 땅밀림이 재발될 가능성을 보여주는 것으로 사료된다. ②지역은 지층이 표토층-풍화토-연암의 층서로 구성되어 있는 것으로 나타났다.
0 m까지 고결이 덜 된 이암으로 파쇄대 및 토사화 구간이 다수 분포하는 것으로 나타났다. 전기탐사결과, 저비저항이상대(Anomalous Zone)는 약 0.0-10.0 m구간의 토사층 및 기반암 상부까지 분포하는 것으로 나타났다. 또한 하부 암반의 높은 비저항 분포에 비해 상부암반 및 풍화대는 매우 낮은 비저항 분포를 보이는 것으로 나타났다.
시추공 내 영상촬영 결과, 불연속면의 주방향은 방위각으로 ①지역은 20ﾟ-80°이었으며, ②지역은 118ﾟ-232°이었고, ③지역은 40ﾟ-70°로 나타났다. 즉, 불연속면의 주방향은 세 지역 모두 사면방향과 동일하게 나타나 땅밀림이나 붕괴 등이 발생하였을 경우 쉽게 사면방향으로 무너질 소지가 큰 것으로 나타났다. 절리 수는 세 지역 모두 3개 이상으로 나타났고, 절리간격은 ①지역이 조밀(6-20 cm)한 것으로 나타났으며, ②와 ③지역은 모두 매우 조밀한(6 mm 이하) 것으로 나타나 Kim et al.
토심은 세 지역 모두 30 cm 이하이었다. 토성을 분석한 결과, ①지역은 사질식양토(SCL), ②지역은 식토(C), ③지역은 미사질양토(SiCL)로 나타났는데, 점토함량은 ②지역이 52.5%로 가장 높게 나타났다. 표층 토양의 토양수분상태는 세 지역 모두 건조한 상태로 나타났다(Park, 2019).
0 m의 위치에 따라 기복을 나타내었다. 풍화대 및 파쇄대가 발달한 풍화암 구간은산지 정상부에서 지하 25.3 m의 두께로 분포하는 것으로 나타났으며, 사면 하단부로 갈수록 얇아지는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 판단할 때, 사면 상부에서 강우시 또는 지진 재발생 시 토층의 하중 등으로 인해 파쇄되어 땅밀림이 재발될 가능성을 보여주는 것으로 사료된다.

후속연구

(2013)의 연구결과와 같이 땅밀림은 복잡한 토층과 지하수 상호작용이 저비저항이상대에서 나타난다는 결과와 유사하였다. 또한 이들 지역은 상부 기반암 역시 파쇄대의 발달로 연약해져 있는 상태이므로 추후 집중호우에 의한 연약해진 토층의 포화는 사면의 땅밀림으로 확대될 가능성이 높을 것으로 사료된다. 따라서 이러한 지역에 대한 안정성 검토와 복구대책을 사전에 수립하는 것이 필요할 것으로 사료된다.
인장균열 평균 각도와 지하수 흐름방향의 평균 각도간의 관계를 T-test 검정한 결과 1% 수준에서 유의한 결과를 나타내었다. 이와 같은 결과로 판단할 때 땅밀림 발생 시 지하수의 위치 및 흐름 등을 모니터링 함으로써 추후 땅밀림의 진행 상황을 예측할 수 있을 것으로 사료된다.
암석의 풍화정도는 이들 세 지역 모두 이암 및 퇴적암으로 풍화가 깊게 나타나고 있는 것으로 나타났다. 이와 같은결과는 National Institute of Forest Science(2017)와 Takaya(2017)가 보고한 것과 같이 퇴적암 지역 및 이암 등 점질토가 많이 함유한 지역에서 땅밀림이 많이 발생한다는 결과와 같았으나, 추후 땅밀림 지역에 대한 암석의 비율, 암질, 암층에 대한 연구와 영향 인자에 대하여 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.
8019). 이와 같은결과로 판단할 때, 땅밀림 지역에서 지하수의 흐름 방향을 따라 인장균열이 발생하는 것은 선행연구결과들(Matsukura et al., 1983; Anderson and Richards, 1987; Montgomery et al., 1998; Richard, 2000; Alexander et al.,2013)과 같이 지하수의 흐름 방향과 밀접한 관계를 갖는다는 결과로 판단되며, 땅밀림 발생 시 지하수의 위치 및 흐름 등을 지속적으로 모니터링 함으로써 추후 땅밀림의 재발생 등 진행 상황을 예측할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전기비저항탐사는 무엇인가?	전기비저항탐사는 지하에 흘려보낸 직류 또는 저주파교류 전류원에 의해 만들어지는 전위차를 측정함으로써지하의 전기비저항 분포를 결정하고 지하구조를 해석하는 방법이다. 지하 매질의 전기비저항 값은 지하수 존재및 그 함량과 밀접한 관계를 가지고 있어 단층 및 파쇄대의 탐지, 연약구간 파악 등에 매우 효과적으로 사용되고있다.
	인장균열 평균 각도와 지하수 흐름방향의 평균 각도간의 관계를 판단할때 1% 수준에서 유의한 결과가 나타나는데 이는 추후 어떤 예측이 가능한가?	인장균열 평균 각도와 지하수 흐름방향의 평균 각도간의 관계를 T-test 검정한 결과 1% 수준에서 유의한 결과를 나타내었다. 이와 같은 결과로 판단할 때 땅밀림 발생 시 지하수의 위치 및 흐름 등을 모니터링 함으로써 추후 땅밀림의 진행 상황을 예측할 수 있을 것으로 사료된다.
	이러한 땅밀림에 영향하는 자연적 요인들 중에서도 가장 큰 영향은 어떤 현상을 유발하는가?	(2008)은 지형학적으로 오목한 구간에 퇴적물들이 집적되기 쉬우며, 이 지역에 강우 시 지하수 유입이용이하여 땅밀림 등 산사태에 취약하다고 하였다. 이러한땅밀림에 영향하는 자연적 요인들 중에서도 가장 큰 영향은 강우가 토층으로 침투하여 지하수위를 증가시키게 되면 토층 내 간극수압 및 토양의 자중을 증가시킬 뿐만 아니라 토립자들의 유효응력과 전단강도를 감소시켜 사면의붕괴를 유발한다(Lee et al., 1992; Kim et al.

참고문헌 (25)

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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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