강우침투에 따른 하동지역 깎기비탈면 안정성 변동에 관한 사례연구 = A Case Study on the Cut Slope Stability at Hadong Region Considering Rainfall Infiltration Characteristics

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study was carried out to evaluate the slope stability of a collapsed soil cut slope to grasp the distribution of pore water pressure and the degree of saturation on the slope surface due to rainfall infiltration at Hadong region. Also, it simulated the actual cut slope failure due to accumulated rainfall by grasping unsaturated ground characteristics to departmentalize the test of unsaturated soils and the analysis step of cut slope. After slope failure, it analyzed to compare daily rainfall and 100 years probability of rainfall intensity frequency lasts for 24 hours about the actual reinforced cut slope. This study resulted in following conclusions.
As a result of the laboratory test using samples gathering the typical site at Hadong region, it is judged that "SW" by USCS and cohesion() is 0kPa, internal friction angle() is 34.1°. Soil water characteristic curve and suction stress characteristic curve obtained from tempe pressure cell test were well concurrent with the result of triaxial compression test.
As a result of comparison between pore water pressures and saturated degrees at 3 points on failure section of cut slope showed the change of both values are well agreed with rainfall characteristics. Also it is confirmed that the change of safety factor in also well relative with pore water pressure and saturated degree at each stage.
It is judged to simulate the actual cut slope failure with unsaturated soils due to accumulated rainfall on July 16, 2009 as the safety factor of less than 1.0 was able to get the same situation using softwares of SEEP/W and SLOPE/W with lab. test results.
It evaluated to the stability comparing daily rainfall and 100 years probability of rainfall intensity frequency lasts for 24 hours after reinforcing the cut slope. It means that safety factor as daily rainfall has 1.24∼1.26, and safety factor as rainfall intensity has 1.27∼1.29. Also, It showed that the equal safety factor got using daily rainfall compared with probability rainfall intensity by evaluating about reinforced cut slope.
As a result of saturated condition analysis of existing soil of cut slope, safety factor has 1.24. It has similar to the result of this study because of greater hydraulic conductivity as SW(the particle-size distribution is well sand) by USCS. Also the degree of saturation has approximately 93 percent as applying daily rainfall.
It is judged that the condition of unsaturated analysis is more economical and reasonable than saturated analysis when the slope consists of fine particles with low hydraulic conductivity. It is confirmed that the daily rainfall has more fallen than rainfall intensity. To go through extra study, it is demanded to set a probability frequency of design rainfall intensity.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 하동지역의 토사지반에 붕괴된 비탈면을 대상으로 침투강우에 따른 비탈면 표면의 간극수압 및 포화도의 분포를 파악하여 비탈면 안정성을 평가하였다. 또한 불포화토 실험 및 비탈면 해석단계를 세분화하여 불포화지반특성을 파악함과 동시에 해석을 통해 강우에 의한 비탈면 붕괴를 재현하였고, 붕괴 후 실제 보강된 비탈면에 대하여 실제강우와 100년 빈도 24시간 지속 확률 강우강도에 대한 해석을 비교하여 분석하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
현장조사를 통해 대표적인 위치에서 채취한 하동지역 시료의 물리, 역학적 특성시험 결과, 통일분류법(USCS)상 SW로 분류되었고, 직접전단 시험결과 내부마찰각()은 34.1°, 점착력(c)은 0kPa로 나타났다.
Tempe pressure cell 시험을 통해 얻은 함수특성곡선과 흡수응력특성곡선이 등방삼축압축시험을 통해 얻은 흡수응력 실험결과와 거의 일치하는 것을 확인하였다.
비탈면 파괴단면을 따라 임의의 위치를 3개소 선정하여 간극수압과 포화도의 변화를 비교한 결과 강우에 따른 변화가 뚜렷하게 나타났으며, 간극수압과 포화도의 변화에 따른 안전율 변화도 확인 할 수 있었다.
SEEP/W와 SLOPE/W를 이용한 프로그램 해석을 통해 실제 비탈면 붕괴가 발생한 2009년 7월 16일 안전율(F.S)이 1.0 이하로 나타나 불포화토를 대상으로 한 프로그램 해석으로 실제 비탈면 붕괴상황을 재현할 수 있는 것으로 판단된다.
비탈면의 실제 보강 후 단면에 대한 해석을 실시하여 실제강우와 100년 빈도 24시간 지속강우강도에 대한 안정성을 평가하였다. 보강효과로 인하여 많은 강우에도 실제강우 시 안전율 1.24∼1.26, 강우강도 시 안전율 1.27∼1.29로 기준 안전율을 확보하는 것을 알았다. 또한 실제 강우에 따른 보강 비탈면의 안정성을 평가하여 확률 강우강도와 동등한 안전율이 평가됨을 알 수 있었다.
기존의 비탈면 토사의 포화조건으로 해석한 연구결과, 안전율 1.24로 본 연구 결과와 유사한 결과를 나타내는 것은 본 현장의 경우 토질이 통일분류법상 SW(입도분포가 양호한 모래)이므로 투수계수가 커서 실제강우 적용 시 포화도가 약 93%로 포화조건해석과 유사한 상태였기 때문인 것으로 판단된다.
투수계수가 낮은 토질로 구성된 비탈면의 경우에는 본 연구와 같이 불포화조건으로 실제의 강우침투 해석을 수행하는 것이 포화조건해석에 비해 더욱 경제적이고 합리적일 것으로 판단된다.
대상지역에서 실제강우는 강우강도 보다 많은 강우가 내렸음을 확인하였다. 추가적인 연구를 통하여 설계 시 강우강도의 확률빈도 설정에 관한 연구가 요구된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구목적 및 내용 2
• 1.3 논문의 구성 4
• 제 2 장 이론적 배경 5
• 2.1 불포화토의 함수특성곡선 5
• 2.2 불포화 투수계수 11
• 2.3 모관흡수력에 따른 불포화지반의 전단강도 18
• 2.4 불포화토의 유효응력과 전단강도 25
• 2.5 2차원 수치모델 31
• 2.6 비탈면 안정해석 34
• 제 3 장 불포화토의 실내시험 및 결과분석 37
• 3.1 기본물성시험 37
• 3.1.1 시험개요 37
• 3.1.2 시험결과 37
• 3.2 직접전단시험 39
• 3.2.1 시험개요 39
• 3.2.2 시험결과 40
• 3.3 불포화토의 투수시험 41
• 3.3.1 시험개요 41
• 3.3.2 시험결과 42
• 3.4 Tempe pressure cell 시험 44
• 3.4.1 시험개요 44
• 3.4.2 시험방법 45
• 3.4.3 시험결과 46
• 3.5 불포화토의 삼축압축시험 48
• 3.5.1 시험개요 48
• 3.5.2 시험방법 50
• 3.5.3 시험결과 51
• 3.6 흡수응력특성 53
• 제 4 장 강우침투를 고려한 비탈면안정해석 55
• 4.1 개 요 55
• 4.2 강우현황 58
• 4.3 안정해석 모델링 59
• 4.4 침투해석 61
• 4.4.1 정상류 침투해석 결과 62
• 4.4.2 부정류 침투해석 결과 64
• 4.5 붕괴 전 비탈면 안정성 병화 검토 70
• 4.6 보강 후 비탈면 안정성 변화 검토 71
• 제 5 장 결 론 82
• 참 고 문 헌 84
• Abstract 91