비탈면의 안정 : 공공의 안전과 직결되는 산사태, 토사유출, 붕괴등의 방지

1. 비탈면이란?

비탈면은 토지나 구조물이 일정한 경사면을 가지도록 형성된 부분을 말함. 주로 도로, 철도, 댐, 건축 부지 등에서 흔히 볼 수 있음. 이러한 비탈면은 중력, 강우, 지진 등 외부 요인에 의해 불안정해질 수 있음.

 

2. 비탈면 안정성의 중요성

비탈면의 안정성은 공공 안전과 직결됨. 안정성이 확보되지 않으면 산사태, 토사 유출, 구조물 붕괴와 같은 재해가 발생할 수 있음. 특히 강우가 많은 지역이나 지진이 빈번한 지역에서는 더욱 중요한 문제로 대두됨.

 

3. 비탈면의 붕괴

3.1 비탈면 붕괴 원인

• 사면의 불안정 요인에 관해 Terzaghi(1950)는 그 원인을 외적인 요인과 내적인 요인으로 나누어 다음과 같이 제시음. 우리나라에서는 강우가 직접적인 원인이 되는 경우가 대부분임.
• 외적인 요인

① 지형의 기하학적 변화 (인위적인 절토, 유수에 의한 침식 등)
② 상재 하중의 제거 (침식작용 및 인위적인 절토 등)
② 하중의 증가 (하중의 추가, 사면 높이의 증가, 수위상승로 인한 흙무게의 증가 등) 
④ 충격과 진동
⑤ 인접한 호수 또는 저수지의 수위강하
⑥ 강우

• 내적인 요인

① 진행성 파괴
② 풍화작용 (동결융해, 건조수축 등)
③ 물의 침투에 의한 융해작용 (융해에 의한 침식, 파이핑 현상 등)

 

3.2 비탈면 붕괴 형상

낙석 전도 활동

퍼짐 흐름

4. 비탈면 안정성 검토 방법

4.1. 토사 비탈면: 비숍의 방법(Bishop’s Method)

비숍의 방법은 토사 비탈면의 안전율을 (Factor of Safety, FOS)를 계산하기 위한 대표적인 한계 평형법임. 주로 원형 미끄럼면을 가정하여 비탈면의 안정성을 분석함.

 

GeoStudio의 SLOPE/W , 탈렌같은 프로그램을 통해 비숍의 방법을 적용할 수 있음.

 

분석 절차

1. 프로그램에 비탈면의 지형 및 토질 특성을 입력함.
2. 원형 미끄럼면을 설정하고 자동으로 다양한 미끄럼면을 탐색함.
3. 비숍의 방법을 적용하여 건기, 우기, 지진시 안전율 구함
4. 결과를 해석하여 안전율값이 설계 기준을 만족하는지 평가함.

4.2. 암반 비탈면: DIP 프로그램과 평사투영

DIP 프로그램은 암반 비탈면의 불연속면(절리, 층리, 단층)을 분석하여 평사투영(Stereographic Projection)을 수행함.

평사투영 개념
평사투영은 3차원 공간에 있는 불연속면의 방향을 2차원 평면에 투영하여, 암반의 구조적 안정성을 평가하는 기법임.

프로그램을 활용한 분석 예시

 

분석 절차

1. DIP 프로그램에 불연속면과 비탈면의 주향 및 경사 데이터를 입력함.
2. 평사투영을 통해 불연속면과 비탈면의 관계를 2차원 평면에 투영함.
3. 투영 결과를 바탕으로 평면파괴, 쐐기파괴, 전도파괴를 검토함.

 

안정성 대책
평사투영 결과에서 불안정 블록이 확인되면 록볼트 설치 ,앵커 설치, 옹벽 보강 등 보강 방법을 적용함.

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5. 결론

토사와 암반 비탈면의 안정성 검토는 각각의 특성에 따라 적합한 방법을 선택하여 수행해야 함. 비숍의 방법은 토사 비탈면의 안정성 분석에 효과적이며, DIP 프로그램과 평사투영은 암반 비탈면의 불연속면 분석에 유용함. 이러한 검토 방법을 통해 비탈면의 안전성을 확보하고, 재해를 예방할 수 있음.