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문제 정의
- 본 연구지역의 이미 대규모의 붕괴가 발생한 지역으로 붕괴토사와 붕괴암반 때문에 정밀한 지표지질 조사가 어렵다. 따라서 22개의 시추 조사, 8개의 공내영상 촬영, 현장 탄성파 탐사 등을 실시하여 가능한 정밀한 결과를 얻고자 하였다..
- 본 연구는 기존에 여러번의 안전성 검토를 거쳤으나 지난 여름 태풍 Rusa 발생시 집중호우에 의하여 대규모 사면붕괴가 발생한 불국사 화강암이 기존의 백악기의 주산안산암류의 함각력질안산암을 관입한 경계지역에 대하여 상세한 지질조사와 현장, 실내시험 등을 통하여 관입에 의하여 심한 교란이 발생한 지역에서의 사면 안정성 방법을 검토하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- 풍화토의 강도 정수는 토질전단시험을 통하여 얻어진 값을 현장 응력 수준에 맞추어 조정하여 사용하였으며 GSI와 RMR방법을 사용하여 구한 암반의 C, 。값과 절리면 전단 시험값을 사용하여 본사면의 안전율 계산 및 설계에 사용하였다.
- 기존에는 절취사면에 인접하여서 15개의 시추조사를 수행하려고 하였으나 사전에 추측한 것보다도 지반의 상태가 취약하고 교란이 심하여 정확한 지 층 구성을 파악하기 어려웠다. 따라서 7개의 시추공을 지반이 복잡하고 지층 구조를 파악하기 용이한 지역에 추가로 수행하였다. 또한 기존에 작성된 본 연구지역의 안정성 보고서들은 연암 2m까지만 시추를 실시하고 암석의 강도만에 의하여 암반을 구분하였기 때문에 연암, 경암 하부에 발생하는 풍화암층을 확인하지 못했고 공학적으로 풍화암반의 거동을 하는지층에 대하여 연암반으로 구분하는 오류를 범하였다.
- 시추 조사는 일종의 점조사이기 때문에 본 연구지역과 같이 지반이 복잡한 형태를 보이는 지역에서는 정확한 지층 구조를 파악하기 어렵다. 따라서 전체에 대한 평가가 가능하도록 시추 위치를 기준으로 하여 6개의 측선, 총 1, 980m를 설정하여 현장 탄성파 탐사를 수행하였다. 조사 결과 우측부에 비하여 좌측부의 지반이 풍화심도가 깊고 훨신 복잡한 형태를 나타내는 것으로 판단되었으며, 시추 조사 결과와 함께 지반 구성도를 작성하는데 참고자료로 사용하였다.
- 붕괴의 형태는 점토가 충진된 단층파쇄 면을 따라 경암층 상부까지 발생한 평면 파괴와 원형 파괴로 예상되나 단순 원형 파괴의 경우 파괴면이 풍화토'■연암까지 지나가기 때문에 점토가 충진된 단층 파쇄면의 영향이 적다. 따라서 점토가 충진된 단층 파쇄면을 따라 발생하는 평면 파괴의 경우와 경암층 상부를 따라서 파괴가 발생하는 비원호파괴의 경우에 대해서역 해석을 실시하였다. 붕괴의 원인을 연암과 경암 경계부의 점토가 충진된 단층 파쇄면으로 설정하였기 때문에 풍화토, 풍화암, 연암, 경암의 물성치 및 강도정수는 실험과 조사를 통하여 도출해 낸 값을 사용하였고 점토가 충진된 단층 파쇄면의 강도 정수를 평면 파괴와 점토가 충진된 단층 파쇄대를 따라 발생하는 비원호 파괴에 대한 역해석을 실시하였다.
- 본 연구에서는 사면붕괴에 대한 안정성을 분석하기 위하여 현장지표지질조사, 시추조사를 실시하였으나, 대규모 관입에 의하여 지반이 매우 교란되었기 때문에 명확한 지층구성을 쉽게 파악할 수 없었다. 따라서 정확한 지층구성의 파악을 위하여 시추심도를 경암 하부까지 실시하고 시추공내 영상촬영, 현장 탄성파 탐사, 실내시험 등을 추가로 실시하였고, 기존의 붕괴가 발생한 파괴 면에 대한 역해석과 각종 조사 결과를 이용하여 사면 안정성에 대한 분석을 실시하였다.
- 본 지역은 이미 대규모의 사면 붕괴가 발생한 지역이므로 역해석을 통하여 절취사면 붕괴를 발생시킨 불연속면(점토가 충진된 단층 파쇄면)의 강도 정수를 산출하였다. 붕괴의 형태는 점토가 충진된 단층파쇄 면을 따라 경암층 상부까지 발생한 평면 파괴와 원형 파괴로 예상되나 단순 원형 파괴의 경우 파괴면이 풍화토'■연암까지 지나가기 때문에 점토가 충진된 단층 파쇄면의 영향이 적다.
- 따라서 점토가 충진된 단층 파쇄면을 따라 발생하는 평면 파괴의 경우와 경암층 상부를 따라서 파괴가 발생하는 비원호파괴의 경우에 대해서역 해석을 실시하였다. 붕괴의 원인을 연암과 경암 경계부의 점토가 충진된 단층 파쇄면으로 설정하였기 때문에 풍화토, 풍화암, 연암, 경암의 물성치 및 강도정수는 실험과 조사를 통하여 도출해 낸 값을 사용하였고 점토가 충진된 단층 파쇄면의 강도 정수를 평면 파괴와 점토가 충진된 단층 파쇄대를 따라 발생하는 비원호 파괴에 대한 역해석을 실시하였다. 붕괴의 원인을 연암과 경암 경계부의 점토가 충진된 단층파쇄면으로 설정하였기 때문에 풍화토, 풍화암, 연암, 경암의 물성치 및 강도 정수는 실험과 조사를 통하여 도출해 낸 값을 사용하였고 점토가 충진된 단층파쇄면의 강도 정수를 평면파괴와 점토가 충진된 단층파쇄대를 따라 발생하는 비원호파괴에 대한 역해석을 통하여 얻고자 하였다.
- 붕괴의 원인을 연암과 경암 경계부의 점토가 충진된 단층 파쇄면으로 설정하였기 때문에 풍화토, 풍화암, 연암, 경암의 물성치 및 강도정수는 실험과 조사를 통하여 도출해 낸 값을 사용하였고 점토가 충진된 단층 파쇄면의 강도 정수를 평면 파괴와 점토가 충진된 단층 파쇄대를 따라 발생하는 비원호 파괴에 대한 역해석을 실시하였다. 붕괴의 원인을 연암과 경암 경계부의 점토가 충진된 단층파쇄면으로 설정하였기 때문에 풍화토, 풍화암, 연암, 경암의 물성치 및 강도 정수는 실험과 조사를 통하여 도출해 낸 값을 사용하였고 점토가 충진된 단층파쇄면의 강도 정수를 평면파괴와 점토가 충진된 단층파쇄대를 따라 발생하는 비원호파괴에 대한 역해석을 통하여 얻고자 하였다. 해석 단면은 실제 파괴가 발생한 것으로 판단되는 방향으로 선정하였으며 단면의 형상은 다음 그림 5와 같다.
- 상기와 같은 다양한 현장조사 및 시험과 실내시험을 통하여 지층구성을 파악하고 지반의 물성치를 선정하고 파괴 가능면을 선정하였다. 이러한 결과를 이용하여 아직 붕괴가 발생하지 않았지만, 안정하지 않은 것으로 판단되는 붕괴 사면 좌측부의 안정서에 대한 해석을 위한 SLOPE/W를 이용하여 비원호 파괴에 대한 가능성을 검토하였다.
- 상기와 같은 다양한 현장조사 및 시험과 실내시험을 통하여 지층구성을 파악하고 지반의 물성치를 선정하고 파괴 가능면을 선정하였다. 이러한 결과를 이용하여 아직 붕괴가 발생하지 않았지만, 안정하지 않은 것으로 판단되는 붕괴 사면 좌측부의 안정서에 대한 해석을 위한 SLOPE/W를 이용하여 비원호 파괴에 대한 가능성을 검토하였다. 그 결과 기준안전율을 만족시키지 못하는 것으로 판단되었으며 특히 우기시에 만수위를 고려하였을 경우에는 붕괴의 가능성이 매우 큰 것으로 판단되어 사면 안정화가 매우 시급한 것으로 판단되었다.
- 자세한 시추공내의 암석상태(풍화, 불연속면)를 파악하기 위하여 8개의 시추공내에 내시경 카메라를 삽입시켜서 영상 촬영하여서 보다 정밀한 조사를 수행하였다. 그 결과 다수의 개구성절리(단층파쇄대로 판단됨)가 다수 발견되었고, 특히 연암과 경암을 구분짓는 경계가 단층 파쇄대인 것으로 판단되었다.
대상 데이터
- 특히 관입암과 기존의 암반 경계부에서는 지반의 교란이 매우 심하기 때문에 풍화가 매우 불규칙하고 지층 구성이 복잡한 경향을 보인다. 본 연구지역은 불국사 화강암이 기존의 백악기의 주산안산 암류의 함각력 질안산암을 관입한 경계지역으로, 지난 여름 태풍 Rusa 발생시 집중호우에 의하여 대규모 사면붕괴가 발생하였다. 기존의 안정성 검토에서 대규모 붕괴를 예상하지 못한 이유는 공학적으로 풍화암반의 거동을 하는지 층에 대하여 암석의 강도에만 의존하여 연암으로 분리하고, 연암 2m까지만 시추를 실시하여 연암, 경암 하부에 나타나는 풍화암층이나 단층 파쇄대 등을 정확하게 파악하지 못하였기 때문으로 판단된다.
- 절취사면에 인접하여서 22개의 시추조사를 수행하였다. 기존에는 절취사면에 인접하여서 15개의 시추조사를 수행하려고 하였으나 사전에 추측한 것보다도 지반의 상태가 취약하고 교란이 심하여 정확한 지 층 구성을 파악하기 어려웠다.
- 따라서 전체에 대한 평가가 가능하도록 시추 위치를 기준으로 하여 6개의 측선, 총 1, 980m를 설정하여 현장 탄성파 탐사를 수행하였다. 조사 결과 우측부에 비하여 좌측부의 지반이 풍화심도가 깊고 훨신 복잡한 형태를 나타내는 것으로 판단되었으며, 시추 조사 결과와 함께 지반 구성도를 작성하는데 참고자료로 사용하였다.
성능/효과
- 3. 상세한 지표지질조사, 현장시험등을 통하여 연암과 경암의 경계부에서 단층파쇄대가 발달하는 것을 확인할 수 있었으며, 충분한 파괴 가능성을 확인하였다. 따라서 본 연구지역과 같이 교란이 심한 지역에서는 비교적 깊은 심도에서도 불리한 불연속면이 발달할 경우 파괴의 가능성이 상존한다는 것을 고려하여야 할 것이다.
- 이러한 결과를 이용하여 아직 붕괴가 발생하지 않았지만, 안정하지 않은 것으로 판단되는 붕괴 사면 좌측부의 안정서에 대한 해석을 위한 SLOPE/W를 이용하여 비원호 파괴에 대한 가능성을 검토하였다. 그 결과 기준안전율을 만족시키지 못하는 것으로 판단되었으며 특히 우기시에 만수위를 고려하였을 경우에는 붕괴의 가능성이 매우 큰 것으로 판단되어 사면 안정화가 매우 시급한 것으로 판단되었다.
- 자세한 시추공내의 암석상태(풍화, 불연속면)를 파악하기 위하여 8개의 시추공내에 내시경 카메라를 삽입시켜서 영상 촬영하여서 보다 정밀한 조사를 수행하였다. 그 결과 다수의 개구성절리(단층파쇄대로 판단됨)가 다수 발견되었고, 특히 연암과 경암을 구분짓는 경계가 단층 파쇄대인 것으로 판단되었다. 이는 시추조사의 결과와 비교하여 볼 때 단층점토와 심한 파쇄구간이 발견되었으며, 지표지질조사의 결과와 비교하여 봤을 때 붕괴 예상면으로 판단하기에 충분한 위험성을 내포하고 있었다.
- 따라서 주로 불연속면의 방향성과 풍화상태를 조사하였으며, 또한 절취사면 좌우측의 노두 조사를 통하여 일부 자료를 획득하였다. 불연속면을 측정한 지역에 따라 세분된 zone으로 구분하였으며, 평사투영 해석 결과 본 붕괴 사면과 주변 노두에서는 쐐기 파괴 및 평면 파괴 발생시킬 가능성이 있는 불연속면이 다수 분포하고 있으며 전도 파괴의 가능성이 있는 불연속면 역시 분포하고 있다. 따라서 이 불연속면들이 사면의 안정성에 영향을 준 것으로 판단된다.
- 그 결과 다수의 개구성절리(단층파쇄대로 판단됨)가 다수 발견되었고, 특히 연암과 경암을 구분짓는 경계가 단층 파쇄대인 것으로 판단되었다. 이는 시추조사의 결과와 비교하여 볼 때 단층점토와 심한 파쇄구간이 발견되었으며, 지표지질조사의 결과와 비교하여 봤을 때 붕괴 예상면으로 판단하기에 충분한 위험성을 내포하고 있었다.
- 본 과업 지역에서 발생한 인장균열의 상태는 크게 두 가지로 구분된다. 첫째로 사면 붕괴 시작 전후에 발생한 것으로 붕괴 경계선과 약 5~10m 정도 떨어진 지역에서 전체적으로 발견되는 인장균열과 붕괴사면 좌측 상부에서 남동쪽으로 약 100m 정도 발달하는 인장균열(SITE-I)이 발견된다. 둘째로 붕괴사면 좌측 하부에서 과거의 긴 시간 동안 여러가지 원인으로 인하여 국부적으로 발생된 인장균열(SITETI)이 발견된다.
후속연구
- 2. 시추 조사는 일종의 점조사 방법이므로 본 연구지역과 같이 지반의 교란이 심한 경우에는 반드시 현장 탄성파 탐사나 전기비저항 탐사등과 같은 현장조사가 수반되어 시추조사와 상호 비교하여야 한다.
- 4. 점토가 충진된 단층 파쇄대의 경우에는 현장조건과 가장 비슷한 조건에서 실내시험을 실시하여 전단 강도 특성을 반드시 확인하여야 하며, 기존문헌에서의 결과는 참고사항으로 고려하여야 한다.
- 5ton/H이다. 그러나 본과업지역과 같이 이미 붕괴가 발생한 지역의 경우에는 이값보다 작은 값을 갖을 가능성이 매우 크기 때문에 실내시험을 통하여 얻은 점착력 L55ton/nf을 사용하여 안정성 해석을 실시하는 것이 보다 안전측의 안정성 해석이 될 수 있을 것으로 사료된다.
- 그러나 이러한 불연속 면들은 붕괴 면에서 발견된 소량의 측정치와 주변 노두조사에 의한 것으로 정확한 불연속면 분포 특성을 파악하기 위해서는 시추공내 영상 촬영 결과에 함께 분석이 수행되어야 할 것으로 판단된다.
- 상세한 지표지질조사, 현장시험등을 통하여 연암과 경암의 경계부에서 단층파쇄대가 발달하는 것을 확인할 수 있었으며, 충분한 파괴 가능성을 확인하였다. 따라서 본 연구지역과 같이 교란이 심한 지역에서는 비교적 깊은 심도에서도 불리한 불연속면이 발달할 경우 파괴의 가능성이 상존한다는 것을 고려하여야 할 것이다.
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