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문제 정의
- 본 연구에서는 위험성이 내재된 열악한 지반조건의 사면을 대상으로 상세현장조사를 실시하고, 안정 해석을 수행함으로서 현장특성과 시공성, 경제성과 친환경성 등 기타 제반 사항을 모두 고려한 적절한 보강대책(안)을 제시하여 절토사면 영구 구조물의 축조에 기여하는데 목적이 있다.
제안 방법
- Swedge 프로그램에 사용된 지반강도정수 중 점착력(c)은 충진물을 포함하고 있는 점토 셰일의 지반강도정수(c = 1.0 t/㎡)를 사용하였고, 내부마찰각(ø)은 연구대상 절토사면의 내부마찰각(ø = 29˚)과 충진물을 포함하고 있는 불연속면의 내부마찰각(ø = 32˚) 중 작은 값을 택하여 사용하였다.
- 연구대상 절토사면에 대하여 평사투영법인 DIPS를 이용하여 불연속면의 안정성을 1차적으로 평가하였다.
- 연구대상 절토사면의 대표적인 방향성은 85/205이며, 법면 내 발달하고 있는 층리와 절리 등의 불연속면의 방향성을 대상으로 쐐기파괴, 평면파괴, 전도파괴에 대한 안정성 해석을 실시하였다. 불연속면의 방향성은 40/270(set 1,층리), 60/160(set 2,우측하향사교절리), 60/020(set 3,역방향 절리)를 사용하였다.
- 연구대상 절토사면의 특성을 파악하기 위하여 현황도(face map)를 작성하였으며, 아울러 절토사면 상에 발달하는 불연속면 발달 방향 및 특성, 약대, 지하수 누수 부분, 침식ㆍ세굴 발생 구간 등 대상 사면의 지반공학적 특성을 파악할 수 있는 제반 사항을 모두 기재하였다.
대상 데이터
- 1. 연구대상 절토사면은 최대높이 40 m, 1: 0.1(85°) 구배의 급경사 암반사면으로 시점부 계곡부에 넓은 테일러스 지형이 형성되어 있으며, 하부에 누수 및 함몰이 관찰되며 지지력이 상실되어 있다.
- 쐐기파괴 가능성에 대해 건기시 안전율을 산출하기 위하여 Swedge 프로그램을 이용하여 안전율을 산출하였다. Swedge 구동시 불연속면은 쐐기파괴가 인지된 set 1과 set 2 불연속면을 사용하였고, 쐐기의 높이는 연구대상 절토사면 최대 높이까지 불연속면이 규칙적으로 발달하고 있으므로 35 m로 설정하였다. 또한, 상부자연사면 경사는 30˚로 선정하였다.
- 연구대상 절토사면은 1: 0.1(85°) 구배의 급경사로 조성되어 있으며, 연장성이 우수하고, 절리 간격이 매우 조밀한 층리면이 우세하게 발달하고 있다.
- 연구대상 절토사면은 국도 59호선에서 분기되어 동쪽으로 구인사를 왕래하는 지방도에 위치하고 있으며, 일일교통량이 약 2,850 대(2004 도로교통량통계연보, 건설교통부)로 본 구간이 지방도임을 고려할 때 교통량이 비교적 많은 편이다. 또한, 인근 지역에 드라마세트장이 건립되고 있으며, 온달동굴 관광지와 구인사가 인근에 있어 지속적으로 교통량이 증가될 가능성이 높다.
- 연구대상 절토사면은 상부평안층군에 속하며, 삼척탄전의 동고층과 정선․평창탄전의 상원산층 및 박지산층이 이에 포함된다. 동고층은 녹회색 또는 적색을 띠는 함력 조립질 사암, 중립질 내지 세립질 사암과 셰일로 구성된다.
- 연구대상 절토사면은 총연장 80 m, 최대높이 40 m이며, 법면을 이루고 있는 구배는 약 1:0.1(85˚)로 매우 급경사를 이루고, 측면에서 봤을 때 부분적으로 역경사를 이루는 등 도로이용자들에게 위협감을 줄 수 있다. 상부자연사면의 경사는 최초 약 30 m 까지는 1:1.
- 연구대상 절토사면이 위치한 산계는 태백산맥의 서남부에서 나누어져 북동-남서방향으로 발달하고 있으며, 동쪽에는 소백산 국립공원이 존재한다. 절토사면 전방에는 폭 30 m 이상의 남한강이 유하하고 있으며, 도로부에는 연속적으로 높이 20～40 m의 절토사면 및 자연사면이 유사한 패턴으로 존재하고 있다.
- 연구대상 지역은 한반도 내에서도 가장 복잡한 지질구조들이 매우 복잡하게 얽혀 있고, 다양한 암석이 반복적으로 노출되는 것이 특징으로 선캠브리아기의 변성암으로 구성된 경기육괴와 영남육괴, 현생이언의 퇴적물로 구성된 옥천대, 중생대 화강암과 시대미상의 변성퇴적암으로 구성되어 있다.
데이터처리
- 쐐기파괴 가능성에 대해 건기시 안전율을 산출하기 위하여 Swedge 프로그램을 이용하여 안전율을 산출하였다. Swedge 구동시 불연속면은 쐐기파괴가 인지된 set 1과 set 2 불연속면을 사용하였고, 쐐기의 높이는 연구대상 절토사면 최대 높이까지 불연속면이 규칙적으로 발달하고 있으므로 35 m로 설정하였다.
성능/효과
- 2. 연구대상 절토사면 전반에 층리의 발달이 뚜렷하며, 층리면을 따라 대형 하부암괴 이탈라고 지지력이 상실되어 있다. 특히, 유수 유입 시 상대적으로 취약한 탄질 셰일이 협재된 구간을 중심으로 대규모 슬라이딩 가능성이 잠재되어 있다.
- 3. 평사투영법인 DIPS해석을 실시한 결과, 불연속면의 발달 방향은 쐐기파괴와 전도파괴를 발생시키는 방향이며, 건기시 쐐기파괴에 대한 안전율 산출 결과 1.17로 허용안전율 기준에 미달되는 것으로 확인되었다.
- DIPS를 이용한 쐐기파괴 안정성 결과, set 1과 set 2의 불연속면의 대원의 교점이 쐐기파괴 발생가능 영역에 도시되어 불안정한 것으로 나타났다. 평면파괴 및 전도파괴 안정성 해석에서는 set 3의 불연속면의 극점(pole)이 전도파괴 불안정영역에 도시되어 전도파괴가 발생될 가능성이 있는 것으로 나타났다.
- 또한, 상부자연사면 경사는 30˚로 선정하였다. 안전율 산출결과 건기시 최소 안전율은 1.17 로 건기시 허용안전율(Fs = 1.5)에 미달되는 것으로 산출되었다.
- DIPS를 이용한 쐐기파괴 안정성 결과, set 1과 set 2의 불연속면의 대원의 교점이 쐐기파괴 발생가능 영역에 도시되어 불안정한 것으로 나타났다. 평면파괴 및 전도파괴 안정성 해석에서는 set 3의 불연속면의 극점(pole)이 전도파괴 불안정영역에 도시되어 전도파괴가 발생될 가능성이 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- 하부암괴이탈 현상은 하부 암반의 지지력 상실에 의해 상부 암반의 추가적 붕괴 내지 상부의 연쇄적 대규모 붕괴로 전이될 수 있으므로 매우 위험한 상황이라고 할 수 있다. 단지, 연구대상 절토사면의 경우 사면을 구성하는 암석의 상태가 비교적 양호(보통풍화, 강한 강도 등)한 상태를 보이고 있어 급박한 붕괴로 전환되지 않지만 현상태로 방치할 경우 가까운 미래에 대규모 붕괴로 발전할 수 있으므로 대책을 강구하여야 할 것이다. 층리의 경우, 5～10 ㎜ 간격으로 매우 조밀하게 발달하고 있어 판열성(fissility)으로 인한 평판형 암괴가 낙석의 대부분을 차지한다.
- 또한, 47～60 m 구간 하단부는 대규모로 하부암괴가 이탈된 구간으로 과거 절토사면 시공 관련 과다 발파에 기인한 것으로 최대 15 m 높이 까지 하부암괴가 이탈된 상태이다. 하부암괴 이탈현상은 지지력의 상실에 의해 상부 암반의 추가적인 붕괴를 유발할 것으로 판단되어 지지력확보를 통한 추가적인 붕괴 방지를 도모해야 할 것이다. 또한, 이 구간 붕괴부 내 약 5 ㎝ 폭의 탄질셰일이 관찰되고 있어 유수 유입시 상대적으로 취약한 탄질 셰일층을 따라 슬라이딩 발생 및 대규모 붕괴로 이어질 가능성이 있는 것으로 적절한 대책공법의 선정이 필요한 상황이다.
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