Tunnel and Underground Space. August 2018. 343-357
https://doi.org/10.7474/TUS.2018.28.4.343


ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 절리방향의 집중도 분석

  • 3. 사면해석을 위한 대표방향성 추출

  • 4. 사면해석 실례

  •   4.1 평사투영해석

  •   4.2 평면파괴해석

  • 5. 결 론

1. 서 론

개착사면의 잠재적 파괴양상 및 안정성을 정밀하게 분석하기 위해서 암반의 지질학적 특성, 불연속면들의 분포양상 및 역학적 특성 등이 명확하게 도출되어야 한다. 암반의 역학적 강도저하를 야기 시키는 조암광물의 풍화에 대한 안정도 분석을 위해 암석의 화학조성변화 연구(Barth, 1948) 및 역학적 특성변화 연구(Judd and Haber, 1961) 등이 이루어져 왔다. 암반의 구조적 특성을 정량적으로 해석하여 공학적으로 활용하기 위하여 Woodcock(1977)은 절리법선 벡터들의 eigenvalue를 산정하여 fabric shape을 분석하는 기법을 제시하였으며, Oda(1982)는 풍화된 암반의 균열 분포에 대한 fabric tensor를 해석하는 방법을 발표하였다. Read et al.(2003)은 절리분포패턴에 대한 정량적 defect pattern 지수를 산출하는 기법을 개발하였으며, 잠재적 사면 거동이 발생될 수 있는 절리면의 전단강도 측정방법이 Ladanyi and Archambault(1970)와 Barton et al.(1985) 등에 의해 연구되어 왔다.

사면거동양상에 대한 결정요소인 절리면 방향을 측정하기 위한 다양한 기법들이 개발되었다. 초기에는 개착대상 암반 표면에 분포된 개별절리들의 방향을 클리노미터를 사용하여 측정하였고, 사진영상 및 레이저영상 기술이 발달함에 따라 원거리에서 절리방향을 측정할 수 있게 되었다. 사면개착 이전에 암반 내부에 발달된 절리면 방향을 산정하기 위하여 시추공에서의 BIPS 영상해석기법(Raax, 1997)이 개발되었으며, 시추코어를 이용하여 절리면 방향을 분석할 수 있는 DOM 시추기법(Yoon et al., 2003)이 개발되어 절리면의 위치좌표도 설정될 수 있게 되었다. 이에 따라 개착 설계면에서의 절리 분포를 예측하여 사면의 파괴양상을 결정론적으로 분석하는 기법(Cho et al, 2004)이 개발되었다.

Shanley and Mahtab(1976)과 Mahtab and Yegulalp(1982)는 현장 암반에 분포된 절리들의 방향 분포에 의거하여 군집성을 판별하고 절리군 대표방향성을 산정하는 클러스터링 알고리즘을 개발하였다. 클러스터링 알고리즘을 활용한 절리군 추출 과정에서 방향성 집중도가 높은 dense point 들이 도출되며, 인접된 dense point 간의 간격이 콘각 이내일 경우 연쇄적으로 연결된 dense point 들을 구성하는 절리 집합이 절리군을 형성한다. 클러스터링 알고리즘에 입각한 절리군 형성 판별에는 콘각에 따라 절리군에 소속되는 절리 방향의 범위가 변화되어 절리군 수효 및 대표 방향성이 상이하게 산출된다. 기존의 평사투영해석(Priest, 1985)에서는 절리군이 도출되지 않은 경우에 평사투영해석을 수행하기 불가능하고, 절리군에 소속된 절리의 방향 분산이 심한 경우에 해석에 사용되는 절리군 방향의 대표성이 크게 저하된다. 이 경우 전체 절리들의 개별적 방향을 평사투영법에 근거한 사면해석에 활용할 수도 있지만 대표 절리군 방향성 인근의 절리들은 거의 유사한 해석결과를 도출할 수밖에 없고, 랜덤절리들의 방향을 이용하여 해석을 수행할 경우에는 도출된 해석결과의 신뢰도가 매우 저하되게 된다. 이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 본 연구에서는 개착암반의 구조특성과 클러스터링 알고리즘의 핵심 요소인 dense point 분포를 고려하여 평사투영해석에 활용될 신뢰성 높은 대표적 방향성 자료를 산출하고, 이에 근거하여 사면의 거동 양상 및 안정성을 분석하는 기법을 고찰하였다.

2. 절리방향의 집중도 분석

암반에 발달된 절리방향의 집중도를 분석하기 위하여 McMahon(1968)은 절리확산지수(Joint Dispersion Index, JDI) 산정법을 고안하였다. 현장에서 조사된 절리방향 영역을 임의적으로 추출된 동일한 개체수의 절리방향 분포영역에 대비시켜 JDI를 산정하고 절리방향 분포의 규칙성 기준을 설정하였으나, 절리 빈도가 증가할수록 확률론적으로 설정되는 절리방향의 분포영역이 감소되는 경향이 발생하였다. 절리 방향성의 집중도 산정에 대한 문제점을 극복하고 개착사면의 안정성 분석에 활용할 절리 전단강도를 개착 방향에 연계시켜 도출하기 위하여 Read et al.(2003)은 반구투영도 상의 극점분포에 대한 1% contour 면적(A1%)과 최대 집중도(Cmax)를 산정하여 정량적인 defect pattern 지수를 산출하는 기법을 고안하였다. Read et al.(2003)에 의해 제시된 defect pattern 분석방법에서는 일차적으로 절리 방향성 분포에 대한 컨터 다이어그램을 도시하고, 이에 근거하여 집중성이 1% 이상인 컨터 영역의 면적(A1%)을 산정한다. 그러나 결과분석의 핵심요소인 1% 컨터 형상이 사용되는 알고리즘에 따라 상이하게 도출될 수 있으며, 1% 컨터 면적도 컨터 다이어그램에서 용이하게 추출되기 어렵다. 본 연구에서는 컨터링 기법에 따른 컨터 형상의 가변성을 제거하고 1% 컨터 영역을 정형화된 제도 영역에서 추출하기 위하여 절리 방향성 요소인 경사방향과 경사를 18° 간격으로 분할하여 경사방향 20개 구간과 경사 5개 구간으로 구성된 100개의 격자를 평사투영도 영역에 형성하였다. 일차적으로 절리방향 극점들을 평사투영도상에 제도하고, 각 격자 내에 위치하는 극점의 수효를 산정하였다. 격자 안의 극점개수가 전체 극점 개수의 1%를 상회하면 A1% 격자로 지정하고, 격자 수효를 누적하여 A1% 지수를 산정하였다.

국내 현장암반에서 조사된 자료(Fig. 1 참조)를 이용하여 절리방향의 집중도를 분석하고 도출된 절리 집중도(defect pattern)를 Fig. 2에 도시하였다. Fig. 2(a)에 도시된 바와 같이 평사투영도 상의 17개 격자에서 1% 이상의 집중도(A1% = 17%)를 나타낸다. 2% 이상의 절리 극점들이 집중된 격자는 Fig 2(b)에 도시된 바와 같이 1% 경우의 절반 정도인 8개이며(A2% = 8%), 집중도를 3%, 4% 및 5%로 증가시키면 상대적으로 상승된 집중성을 갖는 격자들의 수효가 순차적으로 감소되어(Fig. 2(c)~(e) 참조) 집중도가 높은 격자들의 분포가 확연하게 도출된다. 이와 같은 결과는 defect pattern 분석에서 요구되는 집중도를 조정하여 절리방향이 집중된 격자와 대표방향성을 해석목적에 부합되게 효율적으로 도출할 수 있는 잠재적 가능성을 제시하고 있다.

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Fig. 1.

Joint pole distribution

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Fig. 2.

Defect patterns for the different pole intensities (a) A1%, (b) A2%, (c) A3%, (d) A4%, (e) A5%.

3. 사면해석을 위한 대표방향성 추출

암반사면의 거동양상 분석을 위해 평사투영기법을 사용할 경우 군집성 해석에서 도출되는 절리군의 수효가 적정 수준 이하인 경우가 빈번하며, 도출된 절리군 대표방향성의 분산이 클 경우 사면해석결과의 신뢰도가 매우 저하된다. 특히 단일 절리군이 도출된 경우에는 쐐기파괴 분석이 원천적으로 불가능하여 평사투영기법의 활용성이 제한된다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 절리군 형성과정에서 추출되는 dense point의 활용을 고려할 수도 있으나 dense point 수효가 매우 많고, 대부분의 경우 dense point 들도 투영도 상에서 서로 인접되어있어 유사한 방향성에 기인하여 중첩된 해석결과가 초래될 수 있다. 따라서 효율적이고 신뢰성 있는 사면해석을 위해서는 dense point 중에서 사면해석에 유효한 방향성을 도출하거나 절리군 형성에 대한 dense point 연계범위를 축소시켜 다수의 절리군을 도출하고 사면해석에 유효하게 활용될 대표방향성을 추출하는 것이 요구된다.

Fig. 1에 도시된 절리 극점분포에 의거하여 클러스터링 알고리즘의 핵심 요소인 콘각을 변화시켜 dense point를 추출하여 Fig. 3에 도시하였으며, 각각의 경우에 대한 절리군 형성을 판별하여 Fig. 4에 제시하였다. Mahtab and Yegulalp(1982)가 제안한 클러스터링 알고리즘에서는 콘각이 작게 설정된 경우 도출된 dense point 들의 연쇄 고리가 짧아져서 다수의 절리군이 형성되며, 콘각이 커질 경우 광범위하게 분산된 다수의 절리들이 절리군 영역에 포함되어 절리군 대표방향성의 집중성이 저하되기도 한다. 콘각을 1°로 설정하여 dense point 형성을 분석한 결과 29개의 dense point가 절리극점들이 밀집된 지역에 국한되어 추출되었으며(Fig. 4 참조), 방향성의 집중도가 높은 9개의 소규모 영역에서 절리군이 형성되었다(Fig. 4 참조). 콘각을 2°로 설정하여 분석단위영역을 확장시킨 경우에는 87개의 dense point가 추출되었다. Dense point들은 집중도가 가장 높은 평사투영도 4/4 분면에 밀집되어 14개의 절리군을 형성하며, 비교적 집중도가 산만한 2/4 분면에서도 소수의 dense point가 형성되어 1개의 절리군이 형성되어 총 15개의 절리군이 도출되었다(Fig. 3 및 Fig. 4) 참조). 콘각을 3°로 설정한 경우 dense point 수효는 151 개로 급격하게 증가하였으나 분포 영역은 콘각 2° 경우와 매우 유사하다. Dense point가 집중된 영역에서 8개의 절리군이 형성되었으며, 상대적으로 산만한 2/4 분면에서도 절리군이 형성되어 전반적으로 콘각 2° 경우와 유사한 영역에서 dense point 및 절리군이 도출되었다. 콘각 4°인 경우에는 2/4 분면의 저경사 영역에서 dense point가 추가로 형성되어 새로운 절리군이 형성되었다. 4/4 분면에서는 소규모 절리군이 통합되어 절리군 수효가 감소하였다. 콘각을 5°로 설정한 경우 2/4 분면에 형성되었던 2개 절리군은 유지되지만 4/4 분면에서의 절리군들은 상대적으로 증대된 콘각의 영향으로 단일 절리군으로 통합된다. 콘각을 10°로 증가시키면 절리군의 통합 경향이 증가하여 2/4 분면에서와 4/4 분면에서의 고경사 절리군이 결합되는 것으로 나타난다. 콘각을 15°로 설정하여 넓은 투영영역에서의 절리 집중도를 고려하면 상대적으로 낮은 집중도영역에서는 dense point가 형성되지 않아 절리군도 도출되지 않고, 2/4 분면과 4/4 분면의 고경사 절리들이 결합된 단일 절리군 만이 형성된다.

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Fig. 3.

Dense point distributions for the different cone angles

사면해석에 사용될 대표적 절리방향성을 추출하기 위해서는 defect pattern 분석에서 도출된 일정수준 이상의 집중도를 갖는 격자들 중에서 다양한 방향성 영역에서 dense point가 추출되어 절리군이 형성되는 것이 요구된다. 고집중성 격자들이 인접되어있는 경우에는 최고 집중도를 갖는 격자와 일정거리 이상 이격된 격자들의 방향성을 고려하여 대표적 절리방향성 자료가 도출되어야한다. Defect pattern 분석 결과(Fig. 2)와 콘각에 따른 dense point 분포양상(Fig. 3)을 비교하면 1% 이상의 집중도 영역인 A1% 격자들에서는(Fig. 2(a)) 콘각 4° ~ 10° 범위에서 dense point가 추출되고 절리군도 형성되어있다. 절리 집중성이 증가된 A2% ~ A3% 격자영역에서는 콘각 2° ~ 5° 범위에서 dense point가 형성되고 절리군이 도출된다. 콘각이 크게 설정되면 dense point 수효가 증가하지만 결집성도 높아져 절리군 수효가 점진적으로 감소한다. 절리 집중도 4% 이상의 영역에서는 콘각 15° 경우에만 단일 절리군이 형성된다. 이러한 관점들을 종합적으로 고려할 때 사면해석을 위한 절리 방향성은 A1% 격자들 중에서 가장 많은 절리군이 형성되며 대표방향성 극점도 일정 수준 이상 이격되어 있는 콘각 4° 또는 5° 경우에 산출된 대표방향성으로 결정하는 것이 가장 효율적이라 사료된다.

4. 사면해석 실례

4.1 평사투영해석

절리가 발달된 암반의 구조적 특성과 콘각에 따른 dense point 및 절리군 형성을 고려하여 평사투영기법에 활용될 대표 절리방향성을 추출하고 사면의 파괴양상을 고찰하였다. 예제적 암반사면의 개착방향은 경사방향/경사 = 300/70으로 가정하였고, 절리면의 내부 마찰각은 30°로 설정하였다. Mahtab and Yegulalp(1982)는 클러스터링 알고리즘 활용 시 콘각 15°를 사용할 것을 제안하였고, 이에 따르면 Fig. 1에 도시된 절리 극점들의 최대 밀집지역에서 단일 절리군이 형성된다(대표 방향성 = 305/72). Fig. 4에 도시된 바와 같이 dense point 들이 밀집된 지역에 위치한 단일 절리군의 대표방향성은 콘각에 따른 dense point들의 연계성이 높아 광범위한 영역에 분포된 극점들의 평균 방향성을 지시할 뿐 절리군에 소속된 전체 절리들의 방향성 분포양상을 세밀하게 반영하지는 못하고 있다. 콘각 10°를 사용한 경우에도 2개 절리군 만이 형성되어 평사투영해석을 수행하기에는 충분하지 못하다. 콘각을 5°로 설정한 경우에는 최대 극점 밀집지역과 저밀집 지역에서 총 3개의 절리군이 형성되어서(Fig. 4 참조) 평사투영기법을 활용하여 사면의 잠재적 파괴양상을 일차적으로 고찰하였다.

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Fig. 4.

Joint sets with respect to the different cone angles

Fig. 5에 도시된 평면 및 전도파괴 해석결과에 의거하면 콘각 15°, 10° 및 5° 경우에 공통적으로 형성되는 절리군 대표방향성에 기인한 평면파괴 위험성은 나타나지 않는다. 그러나 절리군 대표방향성이 평면파괴영역에 매우 인접하며 다수의 dense point 들도 파괴영역 내에 위치하여 평면파괴 잠재성은 상당히 높을 것으로 사료된다. 전도파괴의 경우 절리군 대표방향성이 전도파괴영역에 매우 인접되어 있지만 절리군을 형성하는 절리극점과 dense point 들의 분포가 극히 제한되어있어 전도파괴의 잠재적 위험성은 매우 낮을 것으로 판단된다. 콘각 5°에서 도출된 3개 절리군 대표방향성을 활용하여 절리군 교차에 의한 쐐기파괴 가능성을 분석하여 Fig. 6에 도시하였다. 절리군 대표방향성의 교차선들은 경사 15도 이하의 매우 낮은 선경사를 나타내며 파괴영역 내에 위치하지도 않아서 쐐기파괴는 발생되지는 않을 것으로 분석되었다. 그러나 절리방향의 군집성을 지시하는 dense point들의 교차선은 Fig. 6에 도시한 바와 같이 쐐기파괴 영역 내에 다수 존재하여 국지적인 소규모 쐐기파괴가 일어날 수 있는 잠재성은 상당히 높을 것으로 고찰되었다.

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Fig. 5.

Plane and toppling failure analysis for cone angle of 5°

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Fig. 6.

Wedge failure analysis for cone angle of 5°

콘각을 4°로 설정한 경우 극점 고밀집지역인 투영도 4/4분면에서 콘각 5° 경우에 도출된 단일 절리군이 4개 절리군으로 세분화되어 상대적으로 세밀한 사면해석이 가능해진다. 절리군 대표방향성을 활용하여 사면파괴양상을 분석하고 결과를 Fig. 7에 도시하였다. 콘각 5° 경우에 형성된 단일 절리군의 대표방향성은 평면파괴영역에서 벗어나 있으나 콘각 4° 경우에는 개착면보다 약간 낮은 경사를 갖는 절리군 #3 및 절리군 #4에 의해 평면파괴가 발생될 수 있는 가능성이 제기되며, 고경사 절리군 #1의 방향성 극점도 파괴영역에 매우 인접해있다. 또한 Fig. 5에 도시된 바와 같이 다수의 dense point들이 파괴영역 내에 분포하여 평면파괴가 다양한 경사를 갖는 절리면에서 발생될 가능성이 높음을 나타낸다. 전도파괴의 경우에는 콘각 5° 경우와 마찬가지로 절리군 대표방향성에 의거한 붕락 가능성은 제기되지 않았으며, 파괴영역 내에 dense point 들도 극히 제한적으로 분포하여 전도파괴는 발생되지 않을 것으로 판단된다. 한편, Fig. 8에 도시된 바와 같이 절리군 #2와 절리군 #4의 교차에 의해 쐐기파괴가 발생될 수 있는 가능성이 도출되었으며, 붕락 가능한 쐐기 기저선의 선주향/선경사는 255/63이다. 개착사면의 경사 70°를 고려할 때 쐐기 기저선의 경사가 매우 높아 개착표면에서만 붕락 가능한 쐐기들이 형성될 수 있을 것으로 사료된다. 또한 쐐기파괴영역 내에 위치하는 dense point 교선들의 선경사도 매우 높아 형성될 수 있는 쐐기들의 규모도 한정될 것으로 사료된다.

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Fig. 7.

Plane and toppling failure analysis for cone angle of 4°

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Fig. 8.

Wedge failure analysis for cone angle of 4°

4.2 평면파괴해석

평사투영기법을 활용한 사면해석 결과 2개의 절리군 대표방향(경사방향/경사 = 308/67 및 300/48)으로 평면파괴가 발생될 가능성이 존재하는 것으로 분석되었다. 개착사면의 잠재적 활동면인 절리군의 대표방향성, 특히 경사에 따른 개착사면의 거동양상을 한계평형이론에 기반하여 분석하였다. 사면해석의 편의상 2개 절리군의 경사방향은 300°인 것으로 가정하였으며, 사면높이는 10m, 사면의 개착경사는 70°, 절리면의 점착력은 50kPa, 내부마찰각은 30°, 암석밀도는 2700kg/m3로 설정하였다.

개착사면 활동면의 방향성이 경사방향/경사 = 300/48인 경우에 예상되는 가장 취약한 사면의 기하학적 형태(SM#1)을 Wyllie and Mah(2004)에 기술된 방법으로 도출하였다. 사면 상부면이 수평일 경우 개착면 후방 2.1m 지점에 3.6m 깊이의 인장균열이 발생하게 되며, 잠재적 파괴블록의 하중과 인장균열 내에 형성되는 최대수압 V 및 활동면에서의 최대수압 U를 산출하여 Fig. 9에 도시하였다. 일차적으로 인장균열 내의 지하수위 변화에 따른 안전율을 분석하여 Fig. 10에 도시하였다. 지하수가 유입되지 않는 건조상태에서의 사면 안전율은 1.56이어서 일반적으로 요구되는 기준 안전율 1.5 이상의 안전한 상태를 나타내고 있다. 지하수 유입될 경우 인장균열 최대수위에서 형성되는 수압에 의해서도 안전율은 1.0 이상을 유지하지만, 약 3.3m 높이로 지하수위가 형성되면 일반적 기준인 안전율 1.2 이하로 감소된다.

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Fig. 9.

The least stable geometry of slope SM#1 and the block load and water pressures with dip angle of 48°

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Fig. 10.

Variation of factor of safety according to the ground water level inside the tension crack for SM#1

암반사면은 개착과정에서의 발파 및 개착 이후의 환경변화에 의한 풍화진행 등에 의한 영향으로 전단면의 전단강도가 저하될 수 있다. 전단강도지수인 점착력 및 내부마찰각이 감소될 경우를 가정하여 안전율 저하 양상을 분석하였다. 건조사면의 경우 기존에 설정된 절리면 전단강도에 의거해 안전율 = 1.56으로 산출되었으며, 강도지수가 약화되면 안전율은 상당한 범위에서 변화된다. Fig. 11에 도시된 바와 같이 초기 점착력(c = 50kPa)이 유지되는 경우 마찰각이 완전하게 소실되어도 안전율은 1.0 이상을 나타낸다. 반면 초기 마찰각 30°가 유지되는 상태에서 점착력이 25kPa로 50% 감소되면 암반사면의 안전성은 한계평형상태에 근접하게 되고, 점착력이 완전히 소실될 경우 안전율은 0.52로 매우 저하된다. 사면이 완전 포화된 경우에도 점착력 및 내부마찰각 저하에 따라 안전율이 감소되며(Fig. 12 참조), 건조사면의 경우와 동일하게 점착력 감소에 따른 안전율 변화범위는 넓고 내부마찰각 감소에 따른 안전율 변화범위는 매우 좁은 것으로 분석된다. 결과적으로 SM#1 형태의 사면에서는 잠재적 붕락면의 내부마찰각보다 점착력의 변화가 안전율에 더 큰 영향을 끼치는 것을 지시한다.

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Fig. 11.

Variation of safety factor with respect to the change of cohesion and internal friction angle for dry slope SM#1

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Fig. 12.

Variation of safety factor with respect to the change of cohesion and internal friction angle for saturated slope SM#1

지구조적 하중에 의한 사면 안정성 변화를 분석하기 위하여 지진계수 0 ~ 0.2 범위에서의 사면 안전율을 산정하여 Fig. 13에 도시하였다. 건조사면의 경우 지진계수 0.2 수준의 지진외력이 작용하면 안전율이 1.56에서 1.23으로 감소되지만, 안전율 1.2 이상을 나타내어 기본적인 안정성은 유지된다. 한편 포화상태에서는 지진계수 0.1 이상의 외력이 작용하면 안전성은 유지되지 못하는 것으로 나타난다.

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Fig. 13.

Variation of safety factor with the intensity of seismic load for slope SM#1

개착사면의 붕락면 경사가 67°일 경우에 대한 가장 불안정한 사면형상(SM#2)을 도출하고 파괴블록의 하중과 인장균열 및 붕락면에 형성되는 수압을 산정하여 Fig. 14에 도시하였다. 사면 SM#2에서는 개착면 후방 0.3m 지점에 0.7m 깊이의 인장균열이 발생하며, 붕락면의 경사가 개착사면의 경사와 유사하여 파괴블록의 두께가 극히 얇고 길이는 매우 긴 판상 형태이어서 상대적으로 저경사 붕락면을 갖는 SM#1과는 매우 다른 거동양상을 나타낸다. SM#1 경우와 동일한 전도강도를 유지할 때 건조 상태에서 안전율이 7.34로 산정되어 고도로 안정된 상태를 지시한다(Fig. 15). 이는 블록규모에 의한 블록하중에 비해 넓은 활동면에서 작용되는 점착력 효과가 극대화된 것에 기인하며, Fig. 16에 도시된 전단강도에 따른 안전율 변화를 고찰하여 용이하게 인지할 수 있다. 마찰각 30°가 유지되는 상태에서 점착력이 감소되면 안전율이 0.25 까지 저하되지만, 초기 점착력 50kPa이 유지되는 경우에는 내부마찰각이 소실되어 블록의 법선응력에 의한 저항력이 발휘되지 못해도 안전율 7.1의 매우 안전한 상태를 지시한다. 또한 지진계수 0.2 수준의 외부 하중이 작용해도 개착사면은 매우 안정된 상태인 것으로 분석된다(Fig. 17 참조). 지하수가 침투하여 인장균열이 완전 포화된 경우에도 안전율이 6.95로 산정되어(Fig. 15 참조) 활동면 경사가 매우 가파름에도 불구하고 점착력의 사면안정 효과가 매우 커서 비현실적으로 높은 안전율이 유지되는 것으로 분석된다. 그러나 Fig. 14에 도시된 파괴블록의 하중(W)와 활동면에서 형성되는 수압(U)의 크기를 비교해보면 인장균열에 형성되는 지하수위가 0.52m 이상일 경우 활동면의 법선방향으로 작용하는 유효응력이 인장력으로 전환되며, 이는 파괴블록의 들림 현상에 의해 점착력이 활동면의 미끄러짐에 대한 저항력을 발휘하지 못할 수 있다는 것을 지시한다. 결과적으로 사면 SM#2 경우에는 활동면에 압축력 상태의 유효법선응력이 작용할 경우에만 안정성이 유지되며, 보강재설치를 통해서 외력에 의한 블록의 들림 현상을 방지하여 전단저항력을 소멸시키지 않는 것이 가장 중요한 것으로 판단된다.

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Fig. 14.

The least stable geometry of slope SM#2 and the block load and water pressures with dip angle of 67°

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Fig. 15.

Variation of factor of safety according to the ground water level inside the tension crack for SM#2

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Fig. 16.

Variation of safety factor with respect to the change of cohesion and internal friction angle for dry slope SM#2

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Fig. 17.

Variation of safety factor with the intensity of seismic load for slope SM#2

5. 결 론

현장암반의 구조특성인 defect pattern과 콘각 설정에 따른 dense point 분포 및 형성된 절리군 대표방향성을 고찰하여 사면해석에 사용될 최적의 대표방향성을 도출할 수 있는 방법론을 구축하였다. 콘각을 변화시켜 암반구조특성에 가장 부합되게 추출된 절리군 대표방향성을 이용하여 사면해석을 수행하였으며, 복수의 잠재적 활동면 방향성에 따른 개착사면의 다양한 거동양상을 예측하였다. 이에 근거하여 안정성 확보를 위한 사면대책 수립에 기본적으로 요구되는 거동특성을 파괴블록의 기하학적 형태와 활동면의 역학적 특성에 의거하여 분석하고, 사면의 안정성 확보를 위한 최적의 보강계획 수립을 위한 기본 자료를 도출하였다.

Acknowledgements

이 논문은 부경대학교 자율창의학술연구비(2017년)에 의하여 연구되었음.

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