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문제 정의
- 일어난 것을 알 수 있었다. 따라서 본 논문에서는 이렇게 발생한 산사태에 대해 암종별로 흙만의 전단 강도와 특별히 고안된 시험장치로 암과 흙 경계면에서의 전단강도를 측정하여 두 값을 비교해보고 이 값들을 이용하여 이미 붕괴된 산사태에 대해 안전율 평가 및 붕괴가 일어날 당시의 지하수위를 산정해 봄으로서 우리나라의 암종별 산사태 특성을 파악하는 것이 본 연구의 목적이다.
- 또한 경 계면층이 있는 경우 만수위시 안전율이 1보다 많이 낮게 나타나므로 실제로 붕괴가 일어날 당시의 지하수위는 만수위보다는 낮은 수위였다는 것을 추측하게 한다. 따라서 역해석을 통하여 붕괴가 일어날 당시의 지하수위를 산정해 보았다.
제안 방법
- 역해석해 보았다. 그리고 안전율이 1에 가까워기는 지하수위 좌표 사이를 다시 10등분하여 더 정밀하게 안전율일 1이 되도록 Trial and Error Method로 지하수위를 역해석 하였다. 이렇게 암종별로 3개씩 총 9개의 산사태에 대하여 붕괴시의 지하수위 즉 안전율 1일 때의 지하수위 .
- 그림 7과 같이 암반 위의 토층(그림 7의 맨 위층) 두께를 10등분하여 이 좌표를 토대로 지하수위를 아래서부터 10%식 올려가며 붕괴가 일어날 당시 즉 안전율 1일 때의 지하수위를 역해석해 보았다. 그리고 안전율이 1에 가까워기는 지하수위 좌표 사이를 다시 10등분하여 더 정밀하게 안전율일 1이 되도록 Trial and Error Method로 지하수위를 역해석 하였다.
- 2mm/ min 로 하였다. 수직응력은 현장조사결과 대부분 자연사면의 토층 깊이가 l~3m였으므로 (Mkg/cm2부터 IGkg/cm?까지 4단계로 증가시키며 재하 하였고 최대 전단변위는 시료전체길이의 15%인 9mm로 하였다
- 암석의 종류별 잔류토를 채취하기 위해 그림 1과 같이 산사태 발생지역 바로 옆의 흙 즉 이동이 일어나지 않은 흙을 전단링을 사용하여 불교란 시료로 채취하고 수분증발을 막기 위해 비닐 랩으로 포장한 뒤 아이스박스에 담아두었다. 전단시험은 4개의 다른 수직응력하에서 흙만의 시험과 암과 흙 경계면에서의 시험이 자연상태와 습윤상태로 각각 수행되고, 각각의 시험마다 시험 Data의 편차를 없애기 위해 3회 반복하여 그 평균값을 사용하기 때문에 암종별로 각각 144개의 전단링 Sample을 준비하였다.
- 앞에서 구한 전단강도 특성과 산사태 발생지점의 지형 및 붕괴특성을 토대로 이미 붕괴가 일어난 산사태에 대해 두 가지 방법으로 안전율을 평가해 보았다. 첫 번째 방법은 그림 6의 (a)와 같이 암반위에 토층만이 있는 경우에 대해 안전율을 평가해보는 것이고, 두 번째 방법은 그림 6의 (b)와 같이 임으로 경계면층을 만들어 토층과 경계면층이 둘 다 있는 경우에 대해 안전율을 평가해 보는 것으로 이 방법에서 경계면층은 전체 자연사면의 굴곡을 고려하여 10cm의 층(그림 6의 (b)의 토층과 암반사이의 얇은 층)으로 만들었다.
- 중 . 하로 나누어 정밀 조사하였고, 붕괴시작점은 산의 높이를 10등분하여 맨 위를 10부 능선, 그 다음을 9부 능선, 8부 능선 식으로 조사하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 암종별 지형 및 붕괴특성을 대표할 수 있고 암과 흙의 경계가 뚜렷한 산사태를 암종별로 3개소씩 총 9개 지역을 선정하여 정밀 조사하였는데 그 지역을 살펴보면 화성암은 강원도 동해시 삼화동 일대에서 3개소, 변성암은 경상남도 함양군 마천면 일대에서 3개소, 퇴적암은 경상남도 합천군 일대에서 3개소를 조사하였다.
- 전단시험은 4개의 다른 수직응력하에서 흙만의 시험과 암과 흙 경계면에서의 시험이 자연상태와 습윤상태로 각각 수행되고, 각각의 시험마다 시험 Data의 편차를 없애기 위해 3회 반복하여 그 평균값을 사용하기 때문에 암종별로 각각 144개의 전단링 Sample을 준비하였다. 암과 흙 경계면에서의 전단시험을 위해 암석시료는 그림 2와 같이 산사태가 발생한 지역에서 그 지역의 거칠기를 대표할 수 있는 시료를 신중히 골라 채취하였다. 이렇게 그 지역의 거칠기를 대표하는 암석시료를 채취하는 이유는 임창호(2002)에 의하면 암석 거칠기가 거칠수록 경계면에서의 전단강도가 커지기 때문에 신중히 골라 암석시료를 채취하였다.
- 아이스박스에 담아두었다. 전단시험은 4개의 다른 수직응력하에서 흙만의 시험과 암과 흙 경계면에서의 시험이 자연상태와 습윤상태로 각각 수행되고, 각각의 시험마다 시험 Data의 편차를 없애기 위해 3회 반복하여 그 평균값을 사용하기 때문에 암종별로 각각 144개의 전단링 Sample을 준비하였다. 암과 흙 경계면에서의 전단시험을 위해 암석시료는 그림 2와 같이 산사태가 발생한 지역에서 그 지역의 거칠기를 대표할 수 있는 시료를 신중히 골라 채취하였다.
이론/모형
- 첫 번째 방법은 그림 6의 (a)와 같이 암반위에 토층만이 있는 경우에 대해 안전율을 평가해보는 것이고, 두 번째 방법은 그림 6의 (b)와 같이 임으로 경계면층을 만들어 토층과 경계면층이 둘 다 있는 경우에 대해 안전율을 평가해 보는 것으로 이 방법에서 경계면층은 전체 자연사면의 굴곡을 고려하여 10cm의 층(그림 6의 (b)의 토층과 암반사이의 얇은 층)으로 만들었다. 사면안정해석 프로그램인 SLOPE/W를 사용하여 건기시와 우기시(만수위시)로 나누어 안전율을 평가하였고 해석법은 JANBU 법을 이용하였다.
성능/효과
- (1) 2002년 태풍 '루사'에 의해 발생한 164개의 산사태에 대해 암종별로 지질 및 붕괴특성을 정밀 조사해 본 결과 대부분의 산사태가 암과 흙의 경계면에서 붕괴가 일어난 것을 알 수 있었다.
- (2) 직접 전단시험 결과 흙만의 단독시험보다는 암과 흙 경계면에서의 c, 8값이 암종별로 모두 작게 나왔다. 이렇게 흙만의 전단강도 값보다 경계면에서의 전단강도 값이 더 낮게 나타난 것은 경계면에서의 산사태 붕괴를 더욱 입증시켜 주고있는 것이라 사료된다.
- (3) 흙만의 전단강도 특성과 암과 흙 경계면에서의 전단강도 특성을 이용하여 이미 붕괴가 일어난 산사태에 대하여 안전율을 구해본 결과 암반 위에 토층만이 있는 경우보다는 임으로 경계면층을 만들어 토층과 경계면층이 둘 다 있는 경우가 안전율이 더 작게 나타났다. 또한 토층만 있는 경우의 해석법은 만수위시 안전율이 1보다 클 때도 있고 작을 때도 있으므로 이미 붕괴가 일어난 산사태에 대하여 만족할만한 결과를 주지 못한 반면 경계면층이 들어간 해석법은 암종별 9개 산사태 모두 안전율이 1보다 낮게 나타나는 것으로 보아 토층만 있는 경우에 비해 더 신뢰성 있는 방법이라 할 수 있겠다.
- (4) 경계면층이 있는 경우 만수위시 9개 산사태가 모두 안전율이 1보다 낮게 나타났는데 이것은 실제로 붕괴가 일어날 당시의 지하수위가 만수위보다는 낮은 수위였다는 것을 추측하게 한다. 이에 착안하여 암종 별로 역해석을 통하여 안전율 1일 때의 지하수위를 구한 결과 화성암은 전체토층의 26%-35%, 변성암은 전체토층의 37%-46%, 퇴적암은 전체토층의 50%~54%였다.
- 암종별로 모두 작게 나왔다. 또한 암과 흙 경계면에서의 전단강도 저하를 수치적으로 알아보기 위해 흙만의 내부마찰각을 100%로 보았을 때에 흙만의 내부마찰각에 대한 경계면의 내부마찰각 백분율을 살펴보았는데, 그 결과 자연함수비 조건에서는 약 84%~96%까지, 습윤함수비 조건에서는 약 91%~94%까지 내부마찰각이 저하되었다. 태풍 '루사'에 의해 발생한 164개의 산사태를 암종별로 지질 및 붕괴특성을 정밀 조사해 본 결과 대부분의 산사태가 암과 흙의 경계면에서 붕괴가 일어난 것을 알 수 있었는데, 이렇게 흙만의 전단강도 값보다 경계면에서의 전단강도 값이 더 낮게 나타난 것은 경계면에서의 산사태 붕괴를 더욱 입증시켜 주고있는 것이라 사료된다.
- 경계면층이 둘 다 있는 경우가 안전율이 더 작게 나타났다. 또한 토층만 있는 경우의 해석법은 만수위시 안전율이 1보다 클 때도 있고 작을 때도 있으므로 이미 붕괴가 일어난 산사태에 대하여 만족할만한 결과를 주지 못한 반면 경계면층이 들어간 해석법은 암종별 9개 산사태 모두 안전율이 1보다 낮게 나타나는 것으로 보아 토층만 있는 경우에 비해 더 신뢰성 있는 방법이라 할 수 있겠다.
- 붕괴깊이는 1~3m로 암종별로 모두 낮은 붕괴깊이를 보이고있었다. 붕괴길이는 화성암과 변성암은 대체로 긴 편이고 퇴적암은 붕괴길이가 짧게 나타났는데, 이것은 붕괴시작점의 높이가 화성암과 변성암은 높고 퇴적암은 낮았기 때문에 일어난 것으로 판단되었다.
- 원사면 경사는 화성암이 제일 높았고, 그 다음이 변성암, 퇴적암 순으로 나타났다. 붕괴후 경사 즉 경계면의 경사는 상, 중, 하 중 중부분에서 보았을 때 화성암의 경우는 붕괴후 경사가 원사면 경사와 비슷하였고, 변성암은 붕괴후 조금 높게, 퇴적암은 붕괴후 조금 낮게 경사가 나왔다. 붕괴깊이는 1~3m로 암종별로 모두 낮은 붕괴깊이를 보이고있었다.
- 암석의 종류별 산사태 특성을 파악하기 위해 2002년 태풍 '루사'에 의해 발생한 산사태중 표 1과 같이 강릉, 동해, 김천, 함양, 포항, 합천에서 164개의 산사태를 암종별로 조사하였는데 이 산사태를 정밀 조사해 본 결과 암과 흙의 경계면에서 대부분의 산사태가 일어난 것을 알 수 있었다.
- 이렇게 역해석을 통해 붕괴가 일어날 당시 즉 안전율 1일 때의 암종별 지하수위를 정리해 보면 화성암지역 은 암반 위 토층의 26%~35%, 변성 암지역 은 37% ~46%, 퇴 적 암지역 은 50%~54%로 나타났다. 이렇게 암종별로 역해석 수행시 지하수위의 차이가 나는 이유를 정밀 분석한 결과 암종별로 원사면 경사가 자연사면의 집수능력에 영향을 주었기 때문이었다.
- 일어날 당시의 지하수위가 만수위보다는 낮은 수위였다는 것을 추측하게 한다. 이에 착안하여 암종 별로 역해석을 통하여 안전율 1일 때의 지하수위를 구한 결과 화성암은 전체토층의 26%-35%, 변성암은 전체토층의 37%-46%, 퇴적암은 전체토층의 50%~54%였다. 이렇게 지하수위의 차이가 나는 이유는 암종별로 원사면 경사가 자연사면의 집수능력에 영향을 주었기 때문으로 원사면 경사가 높을수록 산사태 붕괴시의 지하수위는 낮고, 경사가 낮을수록 지하수위는 높게 나타났다.
- 또한 암과 흙 경계면에서의 전단강도 저하를 수치적으로 알아보기 위해 흙만의 내부마찰각을 100%로 보았을 때에 흙만의 내부마찰각에 대한 경계면의 내부마찰각 백분율을 살펴보았는데, 그 결과 자연함수비 조건에서는 약 84%~96%까지, 습윤함수비 조건에서는 약 91%~94%까지 내부마찰각이 저하되었다. 태풍 '루사'에 의해 발생한 164개의 산사태를 암종별로 지질 및 붕괴특성을 정밀 조사해 본 결과 대부분의 산사태가 암과 흙의 경계면에서 붕괴가 일어난 것을 알 수 있었는데, 이렇게 흙만의 전단강도 값보다 경계면에서의 전단강도 값이 더 낮게 나타난 것은 경계면에서의 산사태 붕괴를 더욱 입증시켜 주고있는 것이라 사료된다.
- 표 6에서 알 수 있듯이 암종별로 9개 산사태가 모두 토층만 있는 경우에 비하여 토층과 경계면층이 둘 다 있는 경우가 안전율이 더 낮게 나타났다. 또한 토층만 있는 경우의 해석 법은 만수위시 안전율이 1보다 클 때도 있고 작을 때도 있으므로 이미 붕괴가 일어난 산사태에 대하여 만족할만한 결과를 주지 못한 반면 경계면층이 들어간 해석법은 만수위시암종별 9개 산사태가 모두 안전율이 1보다 낮게 나타나는 것으로 보아 토층만이 있는 경우에 비해 더 신뢰 성 있는 방법이 라 할 수 있 겠다.
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