비탈면의 방위에 따른 전단특성과 안정성 비교 연구 = A Comparative Study on Shear Characteristics and Stability of Slopes According to Slope Aspect

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 도심 내 비탈면 안정성 증진을 위해 방위별로 달라지는 비탈면 전단강도의 문제가 있어 실내시험과 한계 평형 해석 결과를 비교‧분석하여 방위별 비탈면 전단강도의 취약성을 예측할 수 있는 내용을 다루고 있다.
국토교통부에서 도심내 위험시설물로부터 시민의 안전을 보호하고자 관련법 개정과 시설물 유지관리 기관의 일원화가 추진된 바 있으며, 평면적 도로에서 동결‧융해가 반복될 경우 전단강도가 저하되는데 수직으로 융기된 도로 비탈면에서도 방위별로 위험비탈면이 증감하게 되는 원인 파악과 위험 요인의 사전 제거 필요성이 절실히 요구되어, 비탈면이 방위별로 전단강도가 달라지는 문제점을 규명하는데 그 목적이 있다.
비탈면의 유지관리는 매년 연간단가 공사로 안전점검과 노후시설의 유지보수 중심이었으나 비탈면이 노후화되고 유지관리 예산이 매년 증가되는 문제 해결을 위해 기존의 시설물 응급보수 방식에서 현장조사와 설계 단계부터 위험 요소를 사전에 발견하여 차단하는 선제적 대책이 요구되고 있다.
이를 위해 서울시 비탈면 545개소 중 현장조사와 실내시험 등의 데이터에서 전단강도 시험(21개소) 및 한계 평형 해석 결과(29개소)를 선정하여 비교‧분석하였다.
연구 결과 점착력은 북향 비탈면이 남향 비탈면보다 평균 5.6% 낮게 나타났으며, 내부마찰각은 평균 6.9% 낮았다. 함수비는 북향이 남향보다 2배 높게 나타났으며, 비탈면의 정비 우선순위에서는 북향이 남향보다 4.5배 높은 상태를 나타내고 있었다. 수치해석 분석 결과 안전율에서 북향 토사 비탈면은 건기 대비 우기시 54% 급격히 감소하였고, 암석 비탈면은 24% 감소하여 북향 비탈면은 모든 유형 중 가장 취약하게 나타나 4개 방위 중에서 북향 비탈면에 대한 불안정성은 유의미한 수준임을 보여주고 있었다.
상기와 같은 연구 결과를 통해 방위별로 전단강도가 달라지는 상관관계를 정량적으로 제시하였고, 대응 방안의 필요성을 보여주고 있었다. 기존 연구들의 경우 산사태가 북향 방위에서 다수 발생하는 사례는 확인할 수 있었으나 방위별로 전단강도가 달라지는 상관관계에 관한 연구 결과는 알 수 없었다.
따라서, 본 연구를 통해 방위별로 달라지는 전단강도 수치를 활용하여 비탈면의 효율적인 유지관리를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study discusses a potential projection of the vulnerability of shear strength in slopes through a comparative analysis of laboratory test and limit equilibrium analysis results, given the problem of varying shear strengths by Aspect in order to improve the stability of Slopes in urban areas.
The Ministry of Land, Infrastructure and Transport has promoted revisions to applicable laws and the integration of facility maintenance and management organizations to protect the Safety of citizens from dangerous facilities in urban areas. The repetition of freezing and thawing on a flat road decreases its shear strength, which leads to an urgent need to identify the cause of an increase or decrease in the number of dangerous Slopes depending on the Aspect even on vertically raised road Slopes and to remove risk Factors in advance. Therefore, this study aims to identify the problem of varied shear strengths dependingon the Aspect. The maintenance of Slopes has been focused on Safety inspections and the maintenance of outdated facilities through annual unit cost-based construction. However, to resolve the problem of deteriorating Slopes and annually increasing maintenance budgets, preemptive measures are required to discover and block risk Factors in advance from the on-site survey and design stage, rather than the existing emergency facility maintenance methods.
To this end, a comparative analysis was conducted by selecting shear strength test (21 Slopes) and limit equilibrium analysis (29 Slopes) results from data on the on-site surveys and laboratory tests of 545 Slopes in Seoul.
According to the study results, north-facing Slopes showed a 5.6% lower cohesion and a 6.9% lower internal friction angle on average than south-facing Slopes. In addition, north-facing Slopes had a water content ratio that doubled that of south-facingSlopes, and a maintenance priority that was 4.5 times higher than that of south-facing Slopes. Based on the numerical analysis results, north-facingsoil and rock Slopes exhibited rapid declines of 54% and 24%, respectively, in Safety Factor in the rainy season over the dry season, which was the most vulnerable result among all the slope types, suggesting that north-facingSlopes amongthe four types of Aspect had a significant low level of instability.
The above study results quantitatively presented a correlation between shear strength and Aspect, highlightingthe need for countermeasures. While previous studies confirmed the frequent cases of landslides occurring in the north-facing Aspect, they could not identify any correlations between shear strength and Aspect.
Therefore, the present study is likely to contribute to the efficient maintenance of Slopes by usingvaryinglevels of shear strength dependingon the Aspect.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구 범위 및 방법 2
• 1.3 논문의 구성 3
• 제 2 장 이론적 배경 4
• 2.1 비탈면의 안정성 분석 이론 4
• 2.2 동결‧융해 작용과 지반 특성 변화 6
• 2.3. 서울 지역의 기후 및 지반 특성 7
• 2.4 동상 이론 9
• 2.5 흙의 연화 11
• 2.6 전단강도 이론 12
• 2.7 연구동향 15
• 2.8 소결 28
• 제 3 장 연구대상 비탈면의 물성 및 전단특성 29
• 3.1 개요 29
• 3.2 현장조사 31
• 3.3 실내시험 36
• 3.4 방위별 시험결과 분석 49
• 3.5 소결 64
• 제 4 장 방위별 비탈면의 안정성 분석 및 결과 65
• 4.1 개요 65
• 4.2 해석방법 및 경계조건 67
• 4.3 해석위치 및 해석단면 69
• 4.4 적용 물성치 72
• 4.5 해석결과 77
• 4.6 소결 96
• 제 5 장 결론 97
• 참고문헌 99
• ABSTRACT 101
• 부록 103