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문제 정의
- 본 연구는 OO 도로건설공사 현장에서 발생한 사면활동 사례를 중심으로 충전물을 채취하여 X-선 회절분석과 기본 물성시험 등을 통해 그 특성을 조사하고 충전물의 직접전단시험을 수행하여 점토가 충전된 불연속면에 대한 안정성 해석방법을 고찰하였다.
제안 방법
- 직접전단시험은 충전물에 의한 파괴유형을 고려하기 위하여, 점토층 내에서의 파괴를 가정한 점토의 직접전단시험과 점토와 풍화토 경계면에서의 파괴를 가정한 점토+풍화토의 직접전단시험을 수행하였다(그림 6 참조). 각각의 케이스 별로 3개소에서 시료를 채취하여 직접전단시험을 수행하였다. 시험결과는 그림 7에 나타내었으며, 표 2에 시험결과 및 문헌자료 결과를 비교하였다.
- 면안정해석은 점토와 토사층의 경계에 활동면이 존재하는 경우와 점토층 내에 별도의 활동면이 작용하는 경우를 상정하여 한계평형해석을 수행하였다. 안정해석에서의 지반물성 치는 실내시험에 의하여 산정된 경계면에서의 강도정수와 점토의 강도정수를 구분하여 적용하였다.
- 불연속면의 방향이 경사방향으로 활동하는 평면파괴의 조건을 만족하지 않은 상태에서 충전물의 팽창에 의한 사면활동이 감지되어 충전된 점토를 채취하여 X-선 회절분석(XRD)을 실시하였다.
- 면안정해석은 점토와 토사층의 경계에 활동면이 존재하는 경우와 점토층 내에 별도의 활동면이 작용하는 경우를 상정하여 한계평형해석을 수행하였다. 안정해석에서의 지반물성 치는 실내시험에 의하여 산정된 경계면에서의 강도정수와 점토의 강도정수를 구분하여 적용하였다. 점토층의 두께는 15㎝로 설정하였으며 해석단면은 그림 8과 같다.
- 점토충전물에 의한 사면활동 현장을 중심으로 충전물을 채취하여 X-선 회절분석 시험과 직접전단시험을 수행하여 불연속면에 협재된 점토의 파괴유형을 파악하였으며 이를 토대로 안정성 해석방법을 고찰하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 직접전단시험은 충전물에 의한 파괴유형을 고려하기 위하여, 점토층 내에서의 파괴를 가정한 점토의 직접전단시험과 점토와 풍화토 경계면에서의 파괴를 가정한 점토+풍화토의 직접전단시험을 수행하였다(그림 6 참조). 각각의 케이스 별로 3개소에서 시료를 채취하여 직접전단시험을 수행하였다.
대상 데이터
- 실내토질시험에 사용한 시료는 절토사면의 경사면에서 전단 링(H: 2㎝, D: 6㎝)으로 불교란 시료를 채취하여 실험을 실시하였다. 채취된 시료에 대하여 함수비, 비중, 아터버그한계, 입도시험의 물리적 시험결과는 표 1과 같다.
- 연구대상사면은 무한사면으로 사면고는 40m이며 암질이 불량하고 풍화대의 층후가 깊고 불규칙하다. 사면은 1:1.
- 연구지역은 경북 예천군 일대로 광역지질은 선캠브리아기의 편마암류와 편암을 기반암으로 하여, 시대미상의 흑운모화강암류가 기반암을 관입하고 있다(그림 1). 조사구간의 지질은 호상편마암, 안구상편마암과 혼성화강편마암이며, 여기에 석회규산염암, 흑운모편암, 백운모 편암, 초압쇄암, 각섬암, 흑색점판암 및 대리암 등이 분포하거나 소규모로 협재되어 복잡 다양한 암종분포를 보이고 있다.
데이터처리
- Talren97을 이용하여 사면안정해석을 실시하여 안전율을 비교하였으며 그 결과는 그림 9 과 같다.
성능/효과
- 1) 불연속면을 따라 점토 등의 충전물이 포함된 경우에는 불연속면의 방향이 유리하게 작용하더라도 사면안정에 불안정성을 초래한다. 연구대상사면의 활동은 점토와 풍화토의 경계를 따라서 발생하였다.
- 3) 점토충전물로 인한 활동사면의 안정성 평가 결과는 충전물에 의한 불연속면의 파괴유형에 따른 강도정수에 의해 안전율에 상당한 차이를 보인다. 따라서 충전물에 의한 사면활동에서 안정성해석은 이에 대한 선행조사가 수행되어야 하며 이를 토대로 한 실내토질시험이 수반되어야 할 것으로 사료된다.
- 4) 실내토질시험과 안정해석에서 충전물의 다양한 물리적 특성과 그리고 경계면의 광범 위한 조건 등은 제대로 반영되지 않았다. 이러한 점은 앞으로 풀어야 할 과제로 남아있다.
- 분석결과, 그림 4와 같이 백운모(Muscovite), 고령토(Kaolinite) 등으로 구성되어 있는 것으로 확인되었고 모암의 광물성분과 거의 유사하게 나타났다. 백운모 및 고령토는 팽윤성 점토광물로 알려져 있으며 사면 내에서 팽창에 의한 응력이 발생하여 활동면 거동의 주요인으로 작용한 것으로 판단된다.
- 시험결과, 풍화토는 실트질 모래로서(SM) 세립분을 15%이상 함유하고 있으며, 점토층은 소성이 보통이상인 모래질점토로(CL) 압축성이 크고 불투수성의 특성을 가지는 것으로 분석되었다.
- 연구지역은 경북 예천군 일대로 광역지질은 선캠브리아기의 편마암류와 편암을 기반암으로 하여, 시대미상의 흑운모화강암류가 기반암을 관입하고 있다(그림 1). 조사구간의 지질은 호상편마암, 안구상편마암과 혼성화강편마암이며, 여기에 석회규산염암, 흑운모편암, 백운모 편암, 초압쇄암, 각섬암, 흑색점판암 및 대리암 등이 분포하거나 소규모로 협재되어 복잡 다양한 암종분포를 보이고 있다. 그리고 단층 및 습곡, 관입 등 지질구조가 복잡하며, 절리 및 엽리, 편리 등의 불연속면이 발달하여 사면에 잠재적인 불안정 요소로 작용하고 있다.
- 직접전단 시험결과 점토의 강도가 경계면에서의 값보다 크게 나타났으며, 이는 불연속면 내의 점토충전물이 활동 시에 압축되어 충전물의 밀도가 증가된 것으로 판단된다.
- 한계평형해석을 실시한 결과 점토층내의 활동면에서 안전율이 우기시 0.76, 점토와 토사의 경계에서 안전율은 0.44로 충전물에 의한 파괴면의 위치 설정이 해석결과에 중대한 요소로 작용하는 것을 알 수 있다.
후속연구
- 3) 점토충전물로 인한 활동사면의 안정성 평가 결과는 충전물에 의한 불연속면의 파괴유형에 따른 강도정수에 의해 안전율에 상당한 차이를 보인다. 따라서 충전물에 의한 사면활동에서 안정성해석은 이에 대한 선행조사가 수행되어야 하며 이를 토대로 한 실내토질시험이 수반되어야 할 것으로 사료된다.
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