Assessment of Carsington Dam Failure by Slope Stability and Dam Behavior Analyses

사면안정 해석과 댐 거동분석을 통한 Carsington Dam 파괴의 고찰

It has been reported that the failure of Carsington Dam in Eng1and occured due to the existence of a thin yellow clay layer which was not identified during the design work, and due to pre-existing shears of the clay layer. The slope stability analyses during the design work, which utilized traditional circular arc type failure method and neglected the existence of the clay layer, showed a safety factor of 1.4. However, the post-failure analyses which utilized translational failure mode considering the clay layer and the pre-existing shear deformation revealed the reduction of safety factor to unity. The post-failure analysis assumed 10。 inclination of the horizontal forces onto each slice based on the results of finite element analyses. In this paper, Bishop's simplified method, Janbu method, and Morgenstern-Price method were used for the comparison of both circular and translational failure analysis methods. The effects of the pre-existing shears and subsquent movement were also considered by varying the soil strength parameters and the pore pressure ratio according to the given soi1 parameters. The results showed factor of safefy 1.387 by Bishop's simplified method(STABL) which assumed circular arc failure surface and disregarding yellow clay layer and pre-failure material properties. Also the results showed factor of safety 1.093 by Janbu method(STABL) and 0.969 by Morgenstern-Price method(MALE) which assumed wedge failure surface and considerd yellow clay layer using post failure material properties. In addition, dam behavior was simulated by Cam-Clay model FEM program. The effects of pore pressure changes with loading and consolidation, and strength reduction near or at failure were also considered based on properly assumed stress-strain relationship and pore pressure characteristics. The results showed that the failure was initiated at the yellow clay layer and propagated through other zones by showing that stress and displacement were concentrated at the yel1ow clay layer.

영국 잉글랜드 지방의 Carsington Dam의 파괴원인은 설계시 발견되지 못한 댐 상류 사면 하부의 황색점토층의 존재와 이미 존재하던 전단변형에 기인한 것으로 보고되었다. 설계시 황색 점토층과 이미 존재하던 전단변형을 고려하지 않고 전통적인 원호파괴 양상으로 검토된 사면의 안전율은 1.4 이상으로 나타났다. 그러나 댐 파괴후 황색 점토층과 이미 존재하던 전단변형을 고려한 사면의 안전율은 약 1.0으로 보고되었다. 또한 파괴후 사면에 대한 유한 요소 해석결과로 부터 파괴 토괴의 절편에 작용하는 수평력은 수평에 대해서 약 10。아래로 작용하고 있음이 보고되었다. 본 고에서는 Bishop의 간편법과 Janbu 방법 및 Morgenstern-Price 방법을 이용하여 원호형 사면파괴양상과 특정 파괴면을 따라서 일어나는 쐐기형 파괴양상에 대하여 사면안정을 검토하였으며, 이미 존재하던 전단변형과 이에 따른 토괴의 연속적인 거동은 이미 주어진 지반 특성을 이용한 강도정수와 간극수압비에 의하여 고려하였다. 그 결과 확생 점토층을 무시하고 원호형 파괴 양상에 대하여 Bishop의 간편법에 의한 설계 시점에서의 안전율은 1.387로 나타났으며(STABL), 파괴 후의 지반자료를 이용하고, 황색점토층을 고려한 안전율을 Janbu 방법의 경우 1.012(STABL), 그리고 Morgenstern-Price 방법의 경우 0.969을 보여주었다(MALE). 또한 Cam-Clay Model을 이용한 유한 요소 해석용 프로그램을 이용하여 댐 제체의 거동을 검토하였다. 이때 댐 제체의 성토 작업 및 압밀진행에 따른 간극수압변화와, 파괴시 혹은 파괴에 임박한 상태에서의 제체의 거동은 적절하게 가정된 지반의 응력-변형률 관계와 간극수압특성에 의하여 고려되었다. 그 결과 응력 및 변위가 심하게 발생하는 지역은 황색 점토층이었으며 이로부터 황색 점토층에서 부터 파괴면이 생성되어 다른 지역으로 전파되었음을 유추할 수 있었다.form trap with 2.88[eV] deep of injected space charge from the chathode in the crystaline regions. The origin of ${\alpha}$$_2$ peak was regarded as the detrapping process of ions trapped with 0.9[eV] deep originated from impurity-ion remained in the specimen during production process of the material, in the crystalline regions. The origin of ${\beta}$ peak was concluded to be due to the depolarization process of "C=0"dipole with the activation energy of 0.75[eV] in the amorphous regions. The origin of ${\gamma}$ peak was responsible to the process combined with the depolarization of "CH$_3$", chain segment, with the activation energy of carriers from the shallow trap with 0.4[eV], in he amorphous regions.의 증발산율은 우기의 기상자료를 이용하여 구한 결과 0.05 - 0.10 mm/hr 의 범위로서 이로 인한 강우손실량은 큰 의미가 없음을 알았다.재발이 나타난 3례의 환자를 제외한 9례 (75%)에서는 현재까지 재발소견을 보이지 않고 있다. 이러한 결과는 다른 보고자들과 유사한 결과를 보이고 있지만 아직까지 증례가 많지 않기 때문에 생존율을 얻기에는 미흡