모형실험을 통한 암반사면의 파괴거동에 대한 연구 = Investigation of Rock Slope Failures based on Physical Model Study

국문 초록 (Abstract)

절리면의 거칠기, 충전물 등의 공학적 특성과 활동면 경사, 수압하중을 고려하여 암반사면의 파괴거동을 고찰하고 파괴시기를 예측하기 위하여 모형실험이 수행되었다. 절리면 거칠기는 폭, 길이, 높이 등을 고려하여 톱니형으로 제작하였다. 충전물은 거칠기의 돌출부 높이에 대하여 일정한 충전물두께를 유지하는 방식으로 0에서 돌출부 높이의 1.2배까지 증가시켰다. 수압증가에 따른 사면의 거동양상을 파악하기 위해서는 인장균열에 완전히 가해질 수 있는 수압을 100%로 하여 0.5% / min 및 1% / min의 속도로 0%에서 파괴 시 까지 수압하중을 증가시켰다. 모형실험은 활동면 경사각 30°와 35°에서 각각 거칠기, 충전물 두께, 수압하중증가 등의 조합을 변화시키면서 총 50회 수행하였다. 모형실험결과 절리면의 거칠기가 없는 경우의 파괴거동 양상은 수압하중 증가 조건과 충전물의 유무에 관계없이 선형 변위거동으로 나타나는 것이 특징적이다. 거칠기가 존재할 경우에는 충전물 두께가 거칠기 높이보다 낮을 때 계단형 변위거동이, 거칠기 높이 이상일 때 지수형 변위거동이 특징적이다. 이는 충전물 두께가 거칠기의 높이를 넘어서면 절리면의 거동특성이 충전물의 공학적 특성에 좌우되기 때문인 것으로 판단된다. 파괴를 유발하는 수압하중의 크기는 절리면의 거칠기가 증가함에 따라 증가한다. 충전물의 두께가 증가할수록 거칠기의 영향이 작아져 파괴 시 수압하중은 감소한다. 파괴가 임박한 시점에서 3차 크립 형태의 변위거동을 보이는 지수형의 경우에는 inverse velocity를 이용한 파괴시기 예측이 가능한 것으로 판단된다. 다만 실험에서 나타난 거동특성이 완전한 지수형이 아니고 계단형과 지수형의 중간형태로 나타나는 경우가 대부분이므로 정확한 파괴시기 예측을 위해서는 다수에 걸친 파괴시간 추정이 필요할 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Laboratory tests for single plane sliding were conducted using the model rock slope to investigate the cut slope deformability and failure mechanism due to combined effect of engineering characteristics such as angle of sliding plane, water force, joint roughness and infillings. Also the possibility of prediction of slope failure through displacement monitoring was explored. The joint roughness was prepared in forms of saw-tooth type having different roughness specifications. The infillings was maintained between upper and lower roughness plane from zero to 1.2 times of the amplitude of the surface projections. Water force was expressed as the percent filling of tension crack from dry (0%) to full (100%), and constantly increased from 0% at the rate of 0.5%/min and 1%/min upto failure. Total of 50 tests were performed at sliding angles of 30° and 35° based on different combinations of joint roughness, infilling thickness and water force increment conditions. For smooth sliding plane, it was found that the linear type of deformability exhibited irrespective of the infilling thickness and water force conditions. For sliding planes having roughness, stepping or exponential types of deformability were predominant under condition that the infilling thickness is lower or higher than asperity height, respectively. These arise from the fact that, once the infilling thickness exceeds asperities, strength and deformability of the sliding plane is controlled by the engineering characteristics of the infilling materials. The results obtained in this study clearly show that the water force at failure was found to increase with increasing joint roughness, and to decrease with increasing filling thickness. It seems possible to estimate failure time using the inverse velocity method for sliding plane having exponential type of deformability. However, it is necessary to estimate failure time by trial and error basis to predict failure of the slope accurately.

참고문헌 (Reference)

1 조태진, "개착사면의 구조적 특성과 파괴양상을 고려한 계측 해석" 한국암반공학회 16 (16): 451-466, 2006

2 Lollino, G, "The use of the automatic inclinometric system for landslide early warning, the case of Cabella Ligure (North-Western Italy)" 27 : 1545-1550, 2002

3 Mller, L, "The rock slide in the Vajont valley" 2 : 148-212, 1964

4 Barton, N. R, "Review of a new shear strength criterion for rock joints" 8 : 287-332, 1973

5 Fukozono, T, "Recent studies on time prediction of slope failure" 4 : 9-12, 1990

6 Tse, R, "Estimating joint roughness coefficients" 16 : 303-307, 1979

7 Voight, B, "A relation to describe rate-dependent material failure" 243 : 200-203, 1988

8 Fukuzono, T, "A new method for predicting the failure time of a slope, In proceedings of the fourth international conference and field workshop on landslides" Japan Landslide Society 145-150, 1985

9 Hendron, A. J, "A geotechnical analysis based on new geologic observations of the failure surface, The Vaiont Slide, US Army Corps" 85 : 104-, 1985