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불포화 무한사면의 안정해석을 활용한 산사태 모형실험에 관한 연구
송효성,채병곤,송영석,최정해,서원교,우익 대한지질공학회 2019 지질공학 Vol.29 No.4
In this study, landslide flume tests were performed to analyze characteristics of ground characteristics and landslide occurrence due to rainfall infiltration. As test materials, weathered granite soil and gneiss soil, the most frequent landslides in Korea, were used, and landslides were triggered by heavy rain (Intensity = 200 mm/hr). The measurement sensors were installed with 3 sets at toe, slope, top part and shallow (GL-0.2 m), middle (GL-0.4 m), and deep (GL-0.6 m) depth in the slope and measured at 10 second intervals. After landslide flume tests, the slope stability analysis was performed by applying the unsaturated soil theory based on the change of ground characteristics and compared with actual landslide occurrence from flume test. As a result of the analysis, factor of safety reflected the landslide occurrence from flume test and factor of safety decreased as rainfall infiltration, leading to slope failure. Finally we compared to the factor of safety below 1 and actual landslide occurrence time, the average difference was 1,600 seconds for weathered granite soil and 5,400 seconds for weathered gneiss soil. 본 연구에서는 강우침투에 따른 사면 내 지반특성변화 및 붕괴특성을 파악하기 위해 산사태 모형실험을수행하였다. 실험재료로는 국내에서 산사태가 가장 빈번하게 발생하는 화강암 풍화토와 편마암 풍화토를 사용하였고, 시간당 200 mm의 극한강우를 살수함으로써 사면붕괴를 유발하였다. 계측기는 모형사면의 선단부, 사면부, 정상부에 심도별로 천부(GL-0.2 m), 중부(GL-0.4 m), 심부(GL-0.6 m)의 위치에 3 set씩 설치하였고, 데이터는 10초 간격으로 측정하였다. 실험이 종료된 후 실험조건별 지반특성변화를토대로 불포화이론을 적용하여 사면안정해석을 하였으며, 이를 실제 붕괴형태와 비교 ‧ 분석을 하였다. 분석결과 사면안전율은 붕괴형태에 대한 현상을 반영하였고, 강우가 침투함에 따라 급격하게 감소하면서 사면붕괴에 이르는 것으로 나타났다. 또한 사면안전율이 1 이하로 떨어지는 시점과 실제 붕괴시점을 비교해보았을 때 화강암 풍화토의 경우 평균 1,600초, 편마암 풍화토의 경우 평균 5,400초 차이가 나타났다.
송효성,채병곤,송영석 대한지질공학회 2016 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2016 No.1
산사태는 지형, 지질 그리고 토층조건 등 내적인 요인과 강우침투로 인한 전단응력증가, 지하수위 변동 등 외적인 요인에 의해 파괴가 발생된다. 특히 우기철 강우가 침투하여 간극수압 및 지반함수비가 증가되어 전단강도가 감소하게 되면서 산사태가 발생되는 것이 가장 직접적인 원인이다. 산사태를 예측하기 위해서는 발생특성을 정확히 규명할 필요가 있으나 현장에서 파악하기에는 제약이 많을뿐더러 어려움이 있음이 사실이다. 이를 극복하기 위하여 다양한 인자들을 변화시키면서 발생특성을 비교 및 분석할 수 있는 실내모형토조에 대한 연구가 많이 진행되어 왔다. 본 논문에서는 새롭게 제작된 모형토조장치를 소개하고자 한다. 모형토조장치는 그림1과 같이 크게 모형토조, 계측장치, 강우재현장치로 구성되어 있고 실험이 진행되는 동안 모형토조 내 침투되지 못하고 유출되는 강우를 수집하는 유출량 측정수조가 제작된 것이 특징이다. 유출량 측정 수조는 길이 4m, 폭 0.5m, 높이 1m로 총 2ton의 물의 적재할 수 있으며, 비침투된강우를 수집하기 위하여 선단부 앞 쪽에 고강도 체를 설치하여 최소한의 세립분만 수조로 빠져나가도록 하였다. 또한 정상부에 리프트를 결합하여 높이를 변화시킴으로써 0-50°까지 용이하게 경사를 조절할 수 있으며 모형토조 내 충분한 인공강우가 살수될 수 있도록 4m 높이에 살수장치를 설치하였고, 5m 길이의 레일을 만들어 원하는 위치에 고정할 수 있도록 제작하였다. 그리고 모터의 회전운동을 진자운동으로 변환하는 인공강우장치를 사용하여 자연강우와 근접한 강우 입자 크기로 살수될 수 있도록 제작하였다. 계측장치는 강우침투로 인한 모관흡수력과 체적함수비를 측정하는 Tensiometer와 5TE센서를 설치하였고 사면 붕괴시 사면 내 간극수압을 측정하는 간극수압계를 설치하였다. 계측기 설치 위치는 사면부 하단으로부터 10cm, 75cm,140cm 바닥면에 1set 설치하고 바닥으로부터 20cm, 40cm의 높이에 2set 설치함으로써 강우시침투로 인한 습윤전선의 발생 및 하강속도를 측정하고자 하였다. 또한 유출량 측정수조 내 자동 수위측정센서를 설치하여 실시간으로 유출량을 측정할 수 있도록 하였다. 따라서 본 모형실험장치를 이용하여 지반특성변화 뿐만 아니라 토조 내 강우침투와 유출되는 현상을 정확히 파악하여 사후 산사태를 예측하기 위한 해답을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.
소형 및 실규모 급경사지 실험을 통한 계측관리기준 개발을 위한 실험적 연구: 모관흡수력을 기준으로
송효성,이영학,이승재,김재정 대한지질공학회 2023 지질공학 Vol.33 No.4
우리나라는 연평균 강수량의 70%에 달하는 여름철 강우로 인해 산사태가 자주 발생하고 있으며, 이로인한 피해 완화를 위해서는 정확한 예측기법이 필요하다. 본 연구에서는 화강암 풍화토를 이용하여 소형 및 실규모 실험을 통한 계측관리기준 수립 가능성을 모색하였다. 실험은 모관흡수력을 중점으로 강우침투로 인한 지반 특성 변화와 사면붕괴 패턴을 분석하였으며, 이 결과를 기초로 불포화 무한사면 안정성 해석을 수행하였다. 안전율이 1 미만으로 떨어지는 조건에서 붕괴도달 시간을 산정한 결과, 소형 실험의 경우 약 17분 전, 실규모 실험의 경우 약 6.5시간 전으로 산사태 예측이 가능한 경향을 나타냈다. 이러한 연구 결과는 화강암 풍화토의 특성을 고려한 계측관리기준을 확립하는데 유용한 자료로 활용될 수 있다. Due to South Korea’s concentrated summer rainfall, constituting 70% of the annual total, landslides frequently occur during the rainy season, necessitating accurate prediction methods to mitigate associated damage. In this study, a reduced-scale and full-scale slope was configured using weathered granite soil to find the possibility of establishing measurement management criterias through landslide reproduction. The experiment focused on matric suction, analyzing changes in ground properties and failure patterns caused by rainfall infiltration. Subsequently, an unsaturated infinite slope stability analysis was conducted. By calculating the failure time when the safety factor falls below 1 for each experiment, landslide prediction was demonstrated to be possible, approximately 17 minutes prior for the reduction-scale experiment and 6.5 hours for the full-scale experiment. These findings provide useful data for establishing Korean soil slope measurement management criteria that consider the characteristics of weathered granite soil.