Transcript 3. 절토토사 사면의 파괴 원인과 안정화 대책

사면붕괴의 원인분석
2002. 10. 25
아주대학교
이 상 덕
목차
1.
개요
2.
성토사면의 원인과 안정화 대책
3.
절토토사 사면의 파괴원인과
안정화대책
4.
암절사면의 파괴원인과
안정화 대책
5.
대절토사면의 파괴 원인과
안정화대책
6.
사면안정검토 방법의 비교검토
7.
사면안정화 대책의 비교검토
1. 개요
사면의 활동저항력
• 활동 파괴체와 지보재의 자중
• 활동파괴체에 불리하게 작용
하는 외력/앵커력
• 지하수에 의한 정수압/침투력
• 지진/지반진동에 의한 힘
활동저항력
• 활동파괴면에 작용하는
전단저항력
(점착력+마찰저항력)
• 활동파괴체에 유리하게
작용하는 외력/앵커력
• 활동파괴면에 설치된
지보구조체의 전단저항력
1. 개요
점토와 실트의 물리화학적
구조변화
• 압축응력제거와 그에 따른 흡수
지반내 수압의 증가
- 투수층으로의 유입
- 자연배수층의 폐색
• 균열,절리, 틈의 새로운 발생
(불투수충진재료의 손실)
• 염류의 분산 및 배수
• 자연적인 전기침투
• 예민 점토
1. 개요
지하수의 영향
• 간극수의 영향
- 점토질 실트 지반에서
활동면/절리면에 간극수 집중
- 성인이 다른 실트질 점토층 사이에
있는 투수층에 간극수 집중
- 두꺼운 점토질 실트층에
간극수 작용
• 투수성 지층에 침투수 작용
• 흐르는 지표수 작용
- 급경사/연직 절리성 지층
- 지표층에 물이 혼합·지표수에 의한
사면선단 침식
1. 개요
지질학적 요인
• 지반의 크립거동
• 지반의 유동
• 내부 결합력의 손실
지형적 요인
• 과도한 경사
• 사면 정부의 과다한 재하
• 사면 선단부 지반의 연약화에
의한 활동저항력의 감소
• 사면 선단부 침식
1. 개요
물리적 요인
• 시간에 따른 점착력의 변화
및 손실
• 과압밀 소성점토 등의 진행성
파괴
• 강성 균열점토의 균열확대
• 지반의 진동/지진의 영향
1. 개요
자연사면의 활동파괴
•
•
•
•
•
•
•
•
지반 분할
토괴 이동
전도
부풀음
토석 유동
층상 유동
갈고리형 파괴
붕락
2. 성토사면의 원인과 안정화대책
성토사면
지반을 성토할 때에는
대개 일정한 품질로
지반을 다지면서 성토하며
아주 드물게
낮은 성토에서 무다짐으로
성토할 경우도 있다.
2. 성토사면의 원인과 안정화대책
다짐성토체
• 균질, 등방성
(보강시는 비등방성,
전단강도 충분)
• 성토체↔원지반 경계
→지하수 통로
완경사 →
활동파괴가능
큰 전단변형시
→성토체균열
급경사 →
쐐기파괴 가상
층따기
→다짐미흡으로
이완대 형성
파이핑에 의한 유로 형성
2. 성토사면의 원인과 안정화대책
다짐성토체
2. 성토사면의 원인과 안정화대책
다짐성토체
• 원바닥지반
→ 저부파괴가능
→ 원바닥지반의 큰 전단변형시
성토체는 일체로 거동하여
변형이 시·종점부 에 집중
중간
• 표면침식 방지
2. 성토사면의 원인과 안정화대책
비다짐성토체
• 불균질, 비등방성
• 국부적으로 전단강도부족
지하수통로형성
→ 사면파괴
• 낮은 성토고
• 시간이 지남에 따라
국부(사면내) 파괴
전체
• 식생
선단부배수·전단강도
(사면하부)
2. 성토사면의 원인과 안정화대책
비다짐성토체
3. 절토토사 사면의 파괴원인과
안정화대책
퇴적토지반
• 특성
- 층상지층 → 투수층 유출수
문제 점성토의 연화
사질토층의 침식
- Key제거에 따른 연약화
- 지층별 전단강도 확인
- 점성토층 ― Squeezing
사질토층 ― 파이핑
- 층간 투수계수가 6배 이상 차이 나면
작은층은 불투수층으로 간주
3. 절토토사 사면의 파괴원인과
안정화대책
퇴적토지반
• 충적토
수평층：대체로 안정
경사, 굽은층：상대밀도
사질토층：상대밀도
점성토층：Consistency
• 붕적토
느슨한 경우 많음
공동 존재
중력에 의한 퇴적
쐐기제거에 따른 문제
보강이 어려움
3. 절토토사 사면의 파괴원인과
안정화대책
퇴적토지반
• 빙적토
불균질한 상태
큰 입자 제거시 선보강
• 풍적토
느슨한 다공질
전단강도 작음
지하수 및 지표수유입 문제 유의
3. 절토토사 사면의 파괴원인과
안정화대책
원적토지반
• 풍화정도에 따라 해석 존재
(단위중량증가효과,
제거시 주변지반 불안정)
3. 절토토사 사면의 파괴원인과
안정화대책
• 결정질암석 → 사질토
(화강암,섬록암,편마암)
- 표면침식 보강
3. 절토토사 사면의 파괴원인과
안정화대책
• 비정질암석 → 점성토
(유문암,안산암)
- 함수상태에 따른 컨시스턴시
3. 절토토사 사면의 파괴원인과
안정화대책
• 모암의 절리가 아직 영향
- 절리충진물(대체로 점성토)의
컨시스턴시
◦ 비정질 암석 : 절리충진문은
배수통로일 가능성
◦ 결정질 암석 : 절리충진물은
불투수층일 가능성
- 절리 발달상태 → 쐐기파괴 (소규모·
분할파괴) 가능성검토
- 절리부분과 기타부분의 전단강도
확인 필요
- 모암이 퇴적암 : 층리영향 가능성
변성암 : 편리구조영향 가능성
3. 절토토사 사면의 파괴 원인과
안정화 대책
일반특성
 특성
- 표면 침식 방지공
- 식생공법 적용시 원지반에 비해
이질층이 안되도록 주의
- 유출수는 유로배수
 사질토
- 지표수 유입되지 않도록
상부지반 지표처리
(다짐,점성토피복등)
산마루 측구, 배수구
- 표면건조 방지책
(균열, 이완방지)
- 강우시 지표수에 의한 침식방지
(입자이탈 방지)
3.절토토사 사면의 파괴 원인과
안정화 대책
 점성토
- 표면함수상태 유지
(표면장력에 의한 균열방생)
(컨시스턴시 변화에 의한 지반유동)
- 선단부의 함수비 증가 방지
- 정점부의 균열방지
(함수상태 유지, 다짐)
- 큰 전단변형에 의한 사면의 배부름
 암반경계면에 함수비가
클 수 있음
4. 암절사면의 파괴원인과
안정화대책
암반은
기본적으로 절리가 있으며
암절사면은
절리상태에 입각한 안정검토
4. 암절사면의 파괴원인과
안정화대책
풍화
• 암석은 생성 직후부터
풍화 (물리·화학 · 생물학적 ) 진행
• 노출암반은 급속히 풍화진전
- 온도변화에 따른 팽창수축
- 건습변화에 의한 팽창수축
- 절리면 유입수의
동결
침전물 침적 에 의한 풍화급진전
용해작용
- 응력이완에 따른 표면 이완
- 산성강우에 의한 암석변질
• 풍화에 의해
- 새로운절리 발생
- 폐쇄절리 ― 연속화
- 기존절리 ― 확대
4. 암절사면의 파괴원인과
안정화대책
절리 상태
• 절리상태에 따른 파괴형상
• 절리충진물의 부피 (함수비, 동결 등)
변화에 의한 균열발생
지표수 유입→ 절리충진물
→ 활동층
컨시스턴시변화
변위 발생
지표사질토유입→지표수유입통로→절리층
5. 대절토사면의 파괴 원인과
안정화대책
도로·철도의 효율 증진 및 고속화를
위한 직선화 사업에서 대절토사면의
발생이 불가피
큰 절취면이 노출됨에 따른
문제 발생
• 표면 풍화
• 우수에 의한 침식
• 응력이완에 따른 균열 및
암괴 탈락
• 절리상태에 따른 파괴
• 토사-암반의 경계부 처리
• 토사부분의 안정
• 유출수 처리
5. 대절토사면의 파괴 원인과
안정화대책
사면 하부 및 선단부의 상태에
따라 상부지반의 거동 좌우
(하부지반의 쐐기 기능)
일반 사면파괴보다
국부적 파괴 가능성이 우세
• 일반사면안정해석 이론의
적용성 제한
• 국부적 파괴는 전문가가
직접보고 판단
• 장비 등의 접근 제한으로
유사시 보수·보강의 어려움
5. 대절토사면의 파괴 원인과
안정화대책
대절리 및 편리·층리등의 영향을
고려하기 어려움
(일반적인 사면경사기준보다
완만할 경우에는 엄청난 양의
토공사 필요)
노출되지 않은 절리의 영향검토
필요
6. 사면안정검토 방법의
비교검토
사면안정해석방법의 다양성
• 토사사면과 암사면에서
다른방법 적용
(절편법, 쐐기법)
• 평형조건 적용대상
(국부,전체, ΣH, ΣV, ΣM)
• 지하수 상태 적용방법
(수위, 수압, 간극수압 계수)
• 적용원리
극한평형, 극한해석
(상계법, 하계법)
• 가정한 파괴형상
(직선, 원형, 대수나선, 혼합)
6. 사면안정검토 방법의
비교검토
사면안정해석의 어려움과 문제점
• 실제 3차원 파괴
(대개의 해석방법은 2차원)
• 점진적 파괴의 해석
• 국부적인 지반변화 및 지층고려
• 최소안전율의 위치
6. 사면안정검토 방법의
비교검토
원호활동과 Block 파괴 방법의
결과차이
7. 사면안정화 대책의 비교검토
표면풍화 및 침식방지 대책
• 녹생토
• 숏크리트 피복
• 철망 덧씌우기
지하수위 강하대책
• 수평배수
전단파괴 방지 대책
사면하부 및 선단부 보강 대책