토사 비탈면 안정성 검토 가이드(우기시 조건, Soilworks) - 개요 - GeoENGhub

우기시 비탈면 검토를 위해서는 수위조건을 어떻게 적용할 것인지 결정해야합니다. 설계기준에 제시된 수위 조건과 기준 안전율을 살펴보면서 토사 비탈면 우기시 검토에 대한 이야기를 이어가도록 하겠습니다.

깎기비탈면 안정해석 시 적용하는 기준 안전율(KDS 11 70 05 쌓기 · 깎기, 2020)

우기시 기준 안전율 내용을 살펴보면 다음과 같습니다.

암반비탈면의 경우

• 수위조건 : 인장균열 또는 활동면을 따라 지하수로 포화된 높이의 1/2에 자하수 위치
• 적용 안전율 : FS > 1.2

암반 비탈면 해석은 나중에 다루겠습니다만, 같은 Soilworks에서 암반해석 모듈로 해석을 할 때 우기시 검토를 위한 수위 조건을 입력할 수 있습니다. 이렇게 인장균열 기준, 수압작용영역 50%를 적용하면 암반의 우기시 검토가 되는 것입니다. 

토사 및 풍화암 비탈면의 경우 : 지하수위 결정 방법

• 수위조건 : 조사결과, 지반 및 배수조건 등 고려하여 지하수 결정(일반적으로 만수위 적용)
• 적용 안전율 : FS > 1.2

지하수위를 임의로 결정한다는 말은 실무에선 지하수위를 지표면과 일치시킨다는 말로 받아들입니다. 가장 불리한 조건이죠. 이 상태에서 안전율이 잘 나온다면 OK. 복잡하게 따지지 않고 검토할 수 있는 것이죠. 이 수위 조건에서도 위의 그림과 같이 전체 활동파괴를 검토하는 경우가 있고 아래 그림과 같이 약 3m 깊이의 얕은 파괴를 검토하는 경우도 있습니다. 

얕은파괴를 검토하는 이유가 있습니다. 현장에서 쉽게 발생할 수 있는 파괴 형태이기 때문입니다. 왜 그럴까요? 비가 내리면 지반은 밑에서만 수위가 차오르는게 아니라 지표면도 동시에 포화되기 때문입니다. 다음 그림을 보면서 조금 더 설명 드릴게요.

그림과 같이 비탈면에 강우가 침투하면 지표면은 강우와 직접 만나는 지점이기 때문에 포화가 일어나고 지표 아래에서는 지하수위가 상승하여 위 그림과 같은 포화존을 형성합니다. 따라서 실제 현장에서는 얕은 파괴가 빈번히 일어나는 것이죠. 그 포화 영역을 추정하여 얕은 심도에서의 활동검토를 수행합니다. 한국도로공사 설계처 자료에 따르면 약 0.5~3.0m 심도로 포화대가 형성한다고 말하고 있습니다. 

 

토사 및 풍화암 비탈면의 경우 : 강우의 침투를 고려한 방법

• 수위조건 : 해당 지역의 강우자료를 이용한 침투해석을 수행한 결과를 수위로 적용
• 적용 안전율 : FS > 1.3

침투해석을 고려하는 방법은 실제 내린 강우 데이타를 활용하여 수위를 추정하는 검토방법입니다. 간단히 검토과정을 요약하면 다음과 같습니다.

1.  강우데이터 선정 : 최근 50년 중 최대 일강우량을 기록한 날을 기준으로, 해당 날짜를 포함한 30일간의 강우량 기록을 모델링에 입력합니다.
2. 침투 해석 수행 : 초기수위를 설정하고 30일간 수위 변화를  침투 해석을 통해 파악합니다.
3. 최고 수위 적용 : 침투 해석 결과 가장 수위가 높게 나타나는 조건을 선택하여 비탈면 안정검토의 우기시 수위 조건으로 적용합니다.

이 침투해석을 수행하기 위해서는 먼저 알아야 할 설계조건들이 있습니다. 각 지반의 투수계수와 불포화특성함수, 최근50년의 강우 데이터 조회해야 검토 시작할 수 있습니다. 다음 글에서는 우기시 검토에 필요한 설계조건들을 하나씩 설명하면서 결정해보는 것까지 해보겠습니다. 

그리고 그 다음글에서 본격적으로 만수위, 침투해석 수위를 적용하여 우기시 비탈면을 검토하는 방법에 대해서 설명 드리겠습니다. 다음 글은 더 유익한 내용으로 찾아 뵙겠습니다. 

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