수위변화를 고려한 하천 제방사면의 안정성 평가 및 보강방법 = Slope Stability Analysis and Reinforcement Method for the River Embankment with Water Level Variations|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In recent years, in river embankments around the world, there are increasing accidents in which the water level of rivers rises rapidly due to torrential rain, typhoons, and extreme weather, and the embankment collapses by a drawdown in a short period of time due to geographical effects. These rapid fluctuations in river water levels cause the failure of the embankment, causing numerous human and property damages. The instability of the river embankment is due to the decrease of soil strength and the soil deformation caused by geotechnical factors, such as piping or continuous seepage.
In this study, through the collapse of the river embankment built on the Yeongsan River in Dasi-myeon, Naju, Jeollanam-do, unsaturated seepage and slope stability analysis were performed according to water level variations. For examples, the slope failure of upstream(section A) and downstream(section B) due to a drawdown were analyzed. In-situ, after boring investigation, back analysis was performed to suggest an appropriate reinforcement method in the report. However, as of now (2023), five years after the completion of reinforcement, the road cracks and additional instability have been observed by continuous water level changes and soil deformation.
In order to plan permanent stability in river embankment, this study compared and analyzed the seepage-deformation characteristics of the embankment according to extreme water level fluctuations (flooding water level, drawdown, and overflow) through numerical analysis, and through this, an efficient reinforcement method for river embankment is suggested. In Korea, long-term stability is not considered because the reinforcement method is evaluated only for the cause of collapse. In particular, in order to maintain permanent stability, it is judged that the reinforcement of tensile cracks on the slope of the embankment and additional reinforcement to block infiltration water in the body of them should be supplemented as suggested by foreign cases (Japan).

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국문 초록 (Abstract)

최근 국내외 하천제방은 집중호우와 태풍, 기상이변 등의 원인으로 하천의 수위가 급상승하여 제방을 월류하거나, 지형적인 영향으로 인하여 단기간에 수위가 급강하하여 제방이 붕괴되는 사고가 점점 증가되고 있다. 이러한 하천수위의 급격한 변동은 제방의 붕괴를 초래하며 수많은 인명피해 및 재산피해를 발생시킨다. 하천제방 제체의 불안정은 지반공학적인 요인인 파이핑 또는 지속적인 침투수에 의한 지반 거동이 흙의 강도저하에 기인한다.
본 연구에서는 전라남도 나주시 다시면 영산강에 축조된 하천제방 붕괴를 통하여 지속적인 수위변화에 따른 제체의 거동특성 분석과 다양한 수위변화에 따른 불포화 침투해석 및 안정해석을 수행하였다. 제외지에서 수위급강하로 인하여 비탈면 붕괴 발생(구간 A)과 제내지에서 역시 수위급강하로 인하여 제방 제체가 붕괴(구간 B)된 사례를 분석하였다. 붕괴가 발생한 현장은 보강대책 공법을 적용하기 위해서 지반조사와 수치해석을 수행하여 안전 대책을 보고서를 통해 제시하였다. 보고서의 안정성 검토는 붕괴 원인에 대한 역해석을 통해 적절한 공법을 적용하여 보강이 완료되었다. 그러나, 보강 완료 후 5년인 현재(2023년) 관찰된 제방은 지속적인 수위변화로 인해 지반거동이 발생하였으며 도로 균열과 추가적인 불안전성이 확인되고 있다.
하천제방의 영구적인 안정성 확보를 위해서 본 연구에서는 수치해석을 통해 극한적인 수위변동(홍수위시, 평수위 급강하시, 월류시)에 따른 제체의 침투-변형 특성을 비교분석 하였으며, 이를 통한 하천제방의 효율적인 보강대책 방법을 제시하고자 한다. 국내의 보강방법은 대부분 현장 붕괴 원인에 맞는 보강공법이 적용되어 장기적인 안정성을 고려하지 않는다. 국외 사례(일본)에서 제시한 것처럼 지속적인 안정성을 유지하기 위해 제체 비탈면의 인장균열에 대한 대책과 제체내의 침투수를 차단하는 추가적인 보강이 보완되어야 한다고 판단된다.

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최근 국내외 하천제방은 집중호우와 태풍, 기상이변 등의 원인으로 하천의 수위가 급상승하여 제방을 월류하거나, 지형적인 영향으로 인하여 단기간에 수위가 급강하하여 제방이 붕괴되...

목차 (Table of Contents)

표 목차 ⅲ
그림 목차 ⅴ
초록 ⅷ
제 1장 서론 1

표 목차 ⅲ
그림 목차 ⅴ
초록 ⅷ
제 1장 서론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 국내외 연구동향 3
1.3 연구방법 6
제 2장 하천제방의 설계 7
2.1 하천제방의 구조 및 종류 7
2.1.1 하천제방의 구조 7
2.1.2 하천제방의 종류 11
2.2 하천제방 설계기준 13
2.2.1 하천제방의 설계절차 13
2.2.3 제채재료 및 다짐특성 14
2.3 제방의 붕괴사례 및 피해양상 16
2.3.1 하천제방의 붕괴 사례 16
2.3.2 하천제방의 피해 양상 24
2.3.3 하천수의 역학적 거동 25
2.4 하천제방의 안정성 및 침투에 대한 안정성 평가 27
2.4.1 제방의 역학적 안정성 28
2.4.2 제방의 안정성 평가 28
2.4.3 침투류 계산 30
2.4.4 사면의 안정해석기법 31
2.4.5 간극수압 결정방법 34
2.4.6 침투에 대한 안정성 36
2.5 제방파괴에 따른 보강대책 42
2.5.1 보강대책 선정기준 42
2.5.2 보강대책의 종류 44
2.5.3 보강공법별 특성 46
제 3장 영산강유역 하천제방의 현황조사 60
3.1 기초조사 60
3.2 연구대상지역의 지반조사 61
3.2.1 영산강 강변도로의 토질특성 분석 64
3.2.2 대상구간별 지반정수 산정 66
제 4장 하천제방의 재해석을 통한 보강대책 방법 제시 73
4.1 수위변동에 따른 제외지 비탈면의 시간별 침투-안정성 분석 73
4.1.1 평수위 급강하 시 제외지 비탈면의 시간별 침투-안정성 80
4.1.2 J.S.P로 보강한 제외지 비탈면의 시간별 침투-안정성 90
4.1.3 본 연구에서 제시한 보강방법을 통한 시간별 침투-안정성 분석 98
4.2 수위변동에 따른 제내지 비탈면의 시간별 침투-안정성 분석 109
4.2.1. 평수위 급강하 시 제내지 비탈면의 시간별 침투-안정성 115
4.2.2 G.C.P로 보강한 제내지 비탈면의 시간별 침투-안정성 123
4.2.3 본 연구에서 제시한 보강방법을 통한 시간별 침투-안정성 분석 131
4.3 국외(일본)의 하천제방 보강 규정에 대한 침투-안정성 분석 140
제 5장 결론 150
참고문헌 152
ABSTRACT 156

참고문헌 (Reference)

1. River design standards, Ministry of Land Infrastructure and Transport, National Disaster Management Research Institute, Disaster Prevention Research Vol. 4, No. 3, , 2019

2. Seepage through a Levee., Mishra, G. and Singh, A, 5(1), pp. 74∼79, , 2005

3. Riverbank Stabilization Program, Lee, J., Nahajski, A., and Miller, S., 123(5), pp. 292∼294, , 1997

4. Foundations and Earth Structures, NAVFAC, pp. 38∼43, , 1982

5. Overtopping Reliability Models for River Levee., Zhang, R. and, Gui, S., Xue, X., 124(12), pp. 1227∼1234, , 1998

6. Development and Testing of Riverbank-StabilityAnalysis., Darby, S and Thorne, C, Vol. 122, No. 8, pp. 443∼ 454, , 1996

7. Vulnerability Analysis of River Levee considering Climate Change, Lee, H. S, Department of Civil Engineering, Graduate School Kumoh National Institute of Technology, , 2019

8. Effect of Permeability on Surficial Stability of Homogeneous Slopes, Pradel, D. and Raad, G., 119(2), pp. 315∼332, , 1993

9. Time for Developmentof Internal Erosion and Piping in Embankment Dams., Fell, R, Wan, C., Cyganiewicz, J and Foster, M, Vol. 129, NO. 4, pp. 307∼314, , 2003

10. Behavior of Fill Dam Subjected to Continuous Water Level Change and Overflow, Chungwon Lee, Youngsu Maeng, & Yongseong Kim, 15(6), 41∼48, , 2014