강우로 인한 비탈면 붕괴의 3차원 수치해석 분석 :A Study on the 3D Numerical Analysis of Slope Collapse due to Rainfall

김태완

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김태완 (동신대학교, 동신대학교 일반대학원)

지도교수: 김재홍

발행연도: 2023

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2023

불포화 지반의 2차원과 3차원 비탈면 안정해석 비교

김태완 , 김재홍 한국지반신소재학회 학술발표회 2023.03 학술대회자료

강우로 인한 비탈면 붕괴의 3차원 수치해석 분석

김태완 토목공학과 2023.01 학위논문

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전 세계적으로 지구온난화로 인한 기상변화로 인하여 강우의 형태가 변하고 있으며, 국내의 경우 또한 강우 형태의 변화로 국지성 집중호우 등이 증가하였다. 우리나라의 경우 국토의 면적 약 70%가 산악지형이며, 매년 7∼9월에 발생하는 태풍 및 장마, 집중호우와 같은 크고 작은 원인을 바탕으로 산사태 및 비탈면의 붕괴와 세굴 현상이 빈번하게 발생하고 있다. 이에 본 연구는 지반구조물들의 재해 위험성을 검증하기 위하여 강우로 인한 비탈면 붕괴에 대한 안정성 평가를 3차원 단면을 통하여 수행하고 2차원 단면과의 차이점을 분석하고자 한다. 이에 2018년 8월에 집중호우로 인하여 광주광역시에 위치한 OO고등학교의 뒤편 비탈면이 붕괴하는 사고가 발생하였다. 이는 통상적으로 장마철에 배수가 비탈면 주위로 원활하게 진행되겠지만, 붕괴가 발생할 경우에 침투수의 다량 용출이 비탈면의 표층에서부터 발생하고 토석류가 지표면을 따라 과다하게 흐르면서 진행된다. 정확한 원인분석을 위하여 현장 조사를 실시해 본 결과 2017년 전에는 존재하지 않았던 벌목지역이 2017년 이후부터 벌목이 진행되었으며, 이를 2차원 불포화지반 강우 침투해석과 연계한 사면안정해석을 수행하여 수풀이 있는 지역과 벌목이 진행된 지역에 따라 집중된 실제강우강도와 강우로 인한 침투수가 비탈면 안정성에 어떠한 영향을 끼치는지 확인하였으며, 2차원 단면을 통하여 확인한 불안정성을 3차원 단면으로 확대하여 기존 2차원 비탈면 단면과 3차원 단면으로 확대 시 변화되는 단면들을 확인하여 차이점을 비교하고자 한다. 현재 3차원 유한요소해석 프로그램상에 존재하는 제한사항들로 인하여 각 지층별 지층의 조건을 상이하게 입력할 수 없는 상황에서 제일 취약하다고 판단되는 단면을 결정하여 문제점들을 파악하고, 2차원 단면들을 다양하게 해석하여 입체적인 3차원 지반구조물의 취약단면 해석결과를 얻을 수 있도록 비교․분석하고자 한다.

Recently, the form of rainfall is changing due to weather changes caused by global warming, and in Korea, localized heavy rains have also increased due to changes in the form of rainfall. In Korea, about 70% of the land area is mountainous, and landslides, slope failure and scour phenomena occur frequently based on large and small causes such as typhoons and localized heavy rains that occur from July to September every year. In this study, in order to verify the disaster risk of geotechnical structures, the stability evaluation for slope failure due to rainfall was performed through a 3-dimensional cross section and the difference with the 2-dimensional cross section was analyzed. Accordingly, in August 2018, an accident occurred in which the slope behind OO High School located in Gwangju Metropolitan City failure due to heavy rain. Normally, during the rainy season, drainage will proceed smoothly around the slope, but in the event of a failure, a large amount of seepage water will occur from the surface layer of the slope, and the debris flow will flow excessively along the surface. As a result of conducting a field investigation for an accurate cause analysis, logging areas that did not exist before 2017 have been logging since 2017. It was confirmed how the actual rainfall intensity concentrated in the logging area and the infiltration due to rainfall affect the stability of the slope, and the instability confirmed through the 2D cross section was expanded to a 3D cross section to compare the existing 2D slope cross section and 3D cross section. I want to compare the differences by checking the cross sections that change when zoomed in. In a situation where it is impossible to input the conditions of each stratum differently due to limitations existing in the current 3D finite element analysis program, problems are identified by determining the most vulnerable section, and various 2D sections are selected. It is intended to be compared and analyzed so that the weak section analysis results of 3D geotechnical structures can be obtained.

#불포화토 #사면안정 #불포화 지반 #3차원 수치해석 #2차원 수치해석

목 차
표 목차 ⅲ
그림 목차 ⅳ
초록 ⅵ
1. 서론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구동향 4
1.3 연구내용 및 방법 6
2. 불포화토의 이론적 고찰 7
2.1 불포화 지반의 특성 7
2.1.1 기본이론 7
2.1.2 모관흡수력(Soil Suction) 7
2.1.3 함수특성곡선 9
2.1.4 흡수응력과 유효응력 14
2.2 불포화 지반 내 침투 흐름 16
2.2.1 투수특성 16
2.2.2 투수계수 산정 17
2.3 함수특성곡선 방정식 이론 22
2.4 불포화 지반의 전단강도 25
2.5 강우시 불포화지반의 거동특성 29
2.5.1 국내의 강우특성 30
2.5.2 강우시 비탈면의 안정해석 및 침투거동 특성 31
2.5.3 불포화사면의 침투과정 35
2.5.4 강우지속시간과 강우강도 37
2.6 비탈면 안정해석 39
2.6.1 한계평형해석 40
3. 강우시 불포화 사면의 2차원 안정해석 44
3.1 현장조사 44
3.1.1 지반의 강도특성 47
3.1.2 침투해석시 침투특성 및 강우특성 49
3.2 2차원 단면의 침투해석와 한계평형해석 54
4. 강우시 불포화 사면의 3차원 안정해석 61
4.1 3차원 단면에서의 침투해석(SEEP/3D) 62
4.2 취약단면Ⅰ의 침투해석(SEEP/W)와 한계평형해석(SLOPE/W) 68
4.3 취약단면Ⅱ의 침투해석(SEEP/W)와 한계평형해석(SLOPE/W) 73
5. 결론 79
참고문헌 80
ABSTRACT 83

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