[논문]붕괴사면에서 역해석기법에 의한 활동면의 전단강도 추정

유병옥

붕괴사면에서 역해석기법에 의한 활동면의 전단강도 추정
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유병옥 (한국도로공사 도로연구소)

절토사면의 붕괴원인은 토질 및 지질조건, 지형, 강우, 지하수 및 지표수, 사면형상, 굴착 및 발파와 같은 인위적인 조건, 사면보호공 등과 같이 다양한 영향이 있을 수 있으나 가장 많은 영향을 주는 원인으로 토질 및 지질적인 조건이라고 할 수 있다. 본 논문은 이러한 지질조건에서 붕괴가 발생될 경우의 활동면에 대한 전단강도 추정하는 방법에 있어 역해석법에 의한 활동면의 전단강도 추정을 연구하였다 연구결과 붕괴된 사면에서 화성암은 마찰각 20$^{\circ}$~30$^{\circ}$, 점착력 0~2t/$m^2$의 범위를 가지며 퇴적암에서는 마찰각 $10^{\circ}$~17$^{\circ}$, 점착력 0~2.5t/$m^2$의 범위, 변성암에서는 마찰각 $10^{\circ}$~40$^{\circ}$, 점착력 0~4.0t/$m^2$의 범위가 우세한 것으로 나타났다. 그리고 지질구별 구분에 의하면, 절리에 의해 붕괴가 발생된 경우에는 마찰각 30$^{\circ}$~40$^{\circ}$, 점착력 0~3.5t/$m^2$, 엽리면은 마찰각 30$^{\circ}$~35$^{\circ}$, 점착력 0.5~3.0t/$m^2$, 단층면은 마찰각 11$^{\circ}$~38$^{\circ}$, 점착력 0~3.0t/$m^2$, 층리면은 마찰각 $10^{\circ}$~17$^{\circ}$, 점착력 0~2.5t/$m^2$ 정도의 범위를 갖는 것으로 나타났다.

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문제 정의

특히, 절토사면에서의 사면안정해석을 위한 전단강도추정방법은 일반적으로 실내외 시험자료의 활용, 기존문헌참조, 역해석에 의한 방법 등 여러 가지 방법들에 의해 접근하고 있으나 암석별, 지질특성을 고려한 방법 등에 대한 연구는 미비한 실정이다. 그러므로 본 논문은 기존 절토사면에서 붕괴가 발생된 활동면에서 전단강도를 역해석법에 의해 암석 종류, 지질구조에 따라 마찰각 및 점착력을 추정하는 방법을 연구하고자 한다.
본 논문에서는 붕괴가 발생된 사면에 대해 현장에서 Tilt Test나 Profile Gauge로 활동면의 거칠기를 측정하여 활동면의 마찰각을 고려하고 점착력의 추정은 위의 역해석에 의해 추정하고자 한다. 화성암은 그림 13에서 보는 바와 같이 마찰각이 20°~30° 및 점착력이 0~2四2 정도의 범위를 갖는다.
여기에서는 고속도로에서의 사면붕괴유형을 분석한 결과에 의해 붕괴를 발생시킬 수 있는 주요 원인에 대해 언급하고자 한다.

제안 방법

절토사면의 붕괴형태를 암종별로 나누어 각각 낙석, 유실, 세굴에 의한 붕괴형태와 원호파괴, 평면파괴, 쐐기파괴 및 전도파괴로 구분한 결과는 표 2와 같이 조사되었다(그림 9).

성능/효과

1) 절토사면의 붕괴원인은 토질 및 지질조건, 지형, 강우, 지하수 및 지표수, 사면형상, 굴착 및 발파와 같은 인위적인 조건, 사면보호공 등과 같이 다양한 영향이 있을 수 있으나 가장 많은 영향을 주는 조건으로 토질 및 지질적인 조건이라고 할 수 있다.
2) 암종별 붕괴유형에 따른 붕괴빈도 분석은 평면파괴는 전체의 약 43.4%에 이르러 가장 많은 붕괴 형태로 나타났고 쐐기파괴는 17.1%가 발생했으며 전도파괴는 가장 적은 2.3%를 차지하였다. 원호파괴는 풍화가 발달한 부분에서 대부분 발생한 것으로 전체의 6.
4) 지질구별 구분에 의하면, 절리에 의해 붕괴가 발생된 경우에는 마찰각 30°~40°, 점착력 0~ 3.5t/m2, 엽리면은 마찰각 30°~35°, 점착력 0.5~SB/mt 단층면은 마찰각 11°~38°, 점착력 0~ 3.0t/m2, 층리면은 마찰각 10°~17°, 점착력 0~2.5功* 정도의 범위를 갖는 것으로 나타났다.
본 논문에서 암종별 붕괴유형에 따른 붕괴빈도 분석은 붕괴형태를 조사한 총 620개 절토사면을 대상으로 하였으며, 전체 사면 중 평면파괴는 262개소에서 조사되어 전체의 약 43.4%에 이르러 가장 많은 붕괴 형태로 나타났다. 또한 쐐기파괴는 17.
붕괴된 토층구간에서의 토질조건을 살펴보면, 사질토로 이루어진 사면이 가장 높은 붕괴 빈도를 보였다. 토사붕괴는 흔히 기반암상에 놓여있는 붕적토와 풍화토 등에서 발생되는데 일반적으로 흙의 강도, 투수성에서 상이한 면이 형성되어 있는 경우에 일어난다고 생각된다.
사면붕괴 발생률 중, 약 90% 이상이 강우와 수반되어 발생되며 특히, 태풍, 기타 집중호우에 의한 것이 많지만 붕괴발생시의 강우량 자료가 많지 않아 49개의 강수량 자료가 있는 사면에 대해 넓은 범위의 구분으로 연속강우량을 조사해 보면, 표 1 및 그림 7과 같이 50mm 이하에서 50~ 100mm까지가 가장 많고 100 - 200mm 사이의 강우량에서 전반적으로 고른 분포를 보이나 붕괴발생 일자로 장마철 및 봄철에 상당수의 붕괴가 발생하는 것으로 나타났다. 그리고 연속강우는 24시간 이내에서 붕괴가 발생되는 예가 많았다.
3%를 차지하였다. 원호파괴는 풍화가 발달한 부분에서 대부분 발생한 것으로 전체의 6.9%로 조사되었으며, 암괴의 탈락으로 인한 낙석이나, 세굴에 의한 유실 혹은 상부 토사부분에서의 유실에 의한 붕괴형태는 전체의 약 19.4%가 발생한 것으로 조사되었다.
이를 암종별로 구분하여 분석하면, 화성암으로 이루어진 사면은 비교적 안정된 사면이 많아 붕괴 빈도가 퇴적암이나 변성암에 비하여 적었으며 붕괴형태는 비교적 다양한 붕괴형태로 나타나나, 평면파괴와 낙석 또는 유실에 의한 파괴가 전체의 약 68%를 차지하여 화성암에서의 주된 붕괴요인으로 파악된다.
종합적으로 언급하면, 퇴적암에서는 지질구조선에 의한 붕괴와 풍화로 인한 붕괴를 대별할 수 있다. 평면파괴유형이 가장 많은 빈도를 보이고 셰일이 풍화로 의해 암편화의 낙석, 차별적인 푱화로'인한 낙석, 세굴문제, 풍화에 표면부에서의 원형파괴 양상이 우세한 것으로 나타났다.
퇴적암으로 이루어진 사면의 붕괴유형은 쐐기파괴나 전도파괴 및 원형파괴 형태에 비하여 평면파괴 형태의 붕괴유형이 월등히 많은 것으로 조사되었으며, 낙석이나 유실에 의한 붕괴 형태를 제외하면, 퇴적암에서의 전체 붕괴의 약 63%를 차지하여 평면파괴 형태의 붕괴가 퇴적암에서의 주된 붕괴유형임을 알 수 있었다.
것으로 나타났으며, 지질구조별로 분류할 경우에 전체 붕괴의 약 60%에 해당된다. 특히 풍화발달에 의한 암질불량이 전체 붕괴의 약 39%를 차지하여 사면의 주된 붕괴요인중의 하나로 나타났다.
있다. 평면파괴유형이 가장 많은 빈도를 보이고 셰일이 풍화로 의해 암편화의 낙석, 차별적인 푱화로'인한 낙석, 세굴문제, 풍화에 표면부에서의 원형파괴 양상이 우세한 것으로 나타났다.

후속연구

그러므로 객관적으로 빗물이 집수되는 구역을 알아 볼 수 있는 방법을 개발할 필요가 있을 것이다.

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