지반투수특성과 강우특성을 고려한 토사사면 설계 및 안정해석 기법

Abstract

강우침투로 인하여 많은 사면 붕괴가 발생하고 있다. 따라서 최근에는 많은 연구들이 강우로 인한 사면의 불안정성에 관한 문제에 초점을 맞추고 있으며 강우침투가 중요한 사면붕괴 발생인자로 인식되고 있다. 강우가 사면 내부로 침투하면서 지반의 강도를 약화시키게 된다. 국내에서는 많은 기관들이 사면 붕괴를 막기 위해 포화상태를 가정한 보수적 사면설계 가이드라인을 제시하였다. 하지만 이러한 가정은 현실과 맞지 않으며 때로는 사면설계 기준을 맞추기 위해 불적합한 물성을 사용하기도 한다. 본 연구에서는 실제적인 강우침투 현상을 고려할 수 있는 합리적인 사면안정평가기법을 제안하였다. 강우침투는 지반투수계수뿐만 아니라 강우특성에 의해서 영향을 받는다. 포화투수계수와 강우조건이 복합적으로 작용하여 습윤영역과 사면의 안정성이 결정된다. 사면 안전율의 변화는 본 연구에서 제안된 포화투수계수와 강우강도 상관성을 이용한 포락선을 통해 예상할 수 있다. 강우침투를 재현하기에 적합한 침투모델을 선정하기 위하여 일차원 원형토조 침투실험이 수행되었다. 인공강우를 가해지는 동안 각 깊이에서 모관흡수력과 함수비가 측정되었으며, 측정된 침투깊이는 Green-Ampt, 습윤대방법, Pradel-Raad, Mein-Larson 모델의 의해 예측된 결과와 비교하였다. 이 모델 중 Mein-Larson 모델이 실험결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다. 침투실험 결과를 이용하여 신뢰성 있는 포화투수계수를 산정하기 위하여 역해석이 수행되었다. 역해석을 통해 구한 투수계수는 실내실험에서 얻어진 것보다 현장실험을 통해서 구한 투수계수와 더 유사하게 나타났다. 사면의 불안정성을 실시간으로 평가하기 위해 결정론적 사면안정해석 기법에 기반한 사면 붕괴 경보 포락선이 제안되었는데, 현장계측 결과의 불확실성을 반영하였다. 사면안정성 평가기법은 모관흡수력과 함수비 등 중요한 요인의 현장계측 자료와 통합하여 강우에 따른 불안정한 사면에 대해 예경보 체계를 구축할 수 있다. 결론적으로 본 논문에서 제안한 사면설계와 사면안정성 평가기법을 제방설계와 강우침투로 인한 현 사면의 안정성 평가에 적용하였다. 사면의 불안정성을 야기하는 한계깊이까지 강우가 침투될 수 있는 강우특성 조건을 제시하였다. 예보되는 강우특성에 의해 사면의 붕괴를 예측하는 것이 본 연구의 최종적인 목표가 될 것이다.