강우시 점토함유량에 따른 화강풍화토의 불포화 침투 특성

Effect of Rainfall-Induced Infiltration on Unsaturated Weathered Soils with Varying Clay Contents

  • 유남동 ((주)도화종합기술공사, 지반공학부) ;
  • 정상섬 (연세대학교 공과대학 토목공학과) ;
  • 김재홍 (박사과정, 토목공학과) ;
  • 박성완 (단국대학교 공과대학 토목공학과)
  • 발행 : 2004.10.01

초록

본 연구에서는 불포화 지반의 특성을 파악하고, 강우시 불포화 사면의 포화깊이에 따른 안정성을 파악하기 위해 국내 지반의 전형적인 화강풍화토(SW)에 점토(CH) 함유량 0∼30%을 변화시켜 가며 함수특성곡선 산정 실험을 수행하였다. 또한 강우로 인해 증가되는 포화깊이에 영향을 미치는 투수계수 및 suction을 구하기 위해 다짐도에 따른 강도정수 변화를 측정하였다. 침투로 인해 발생하는 지반내의 suction 변화를 점토함유량에 따라 모형 시험과 수치해석을 사용하여 분석하였다. 특히 불포화 지반에서 포화지반으로 바뀌는 과정에 잔류하는 wetting front suction은 점토함유량과 지반의 다짐도에 따라 민감하게 변화하였다. 강우시 침투수의 거동을 파악하기 위해 상용프로그램인 SEEP/W를 통해 침투해석을 수행하였고, 침투해석 결과를 연동시켜 포화깊이에 따른 사면의 안정성을 SLOPE/W 프로그램을 이용하여 포화깊이 및 점토함유량에 따라 비교ㆍ분석하였다. 해석결과를 통해 wetting front suction은 초기 포화깊이에 영향을 미치며 안전율이 변하는 것을 알 수 있다.

In this study, experiments on the SWCC were performed in order to find out the characteristics of unsaturated soil and to analyze the stability of unsaturated weathered slopes with rainfall-induced wetting. Several soil types classified by mixture portion of clay (CH) in the weathered soil (SW) were used in experimental tests. To achieve the SWCC, the filter paper method was used on SW with varying clay contents. A tensiometer test was used for measuring wetting front suction of the soils in a laboratory with varying relative densities. Based on the experimental results, it is shown that the wetting front suction increases as clay contest of mixture soil increases : in particular, the wetting front suction increases sharply as the clay contents increase. It is also found that wetting front suction affects the initial wetting band depth and stability of the slope.

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참고문헌

  1. 김상규, 류지협, 김동현 (1999), '불포화 풍화토의 침투 특성', 대한토목학회논문집 제19권, pp.995-1002
  2. 김상규, 류지협 (2000), '불포화 풍화토의 강도특성', 대한토목학회논문집, 제20권, pp.109-118
  3. 김재흥, 정상섬 (2000), '강우시 불포화 사면의 안정성분석', 한국지반공학회, 제16권, pp.611-614
  4. 김재흥 (2002), '강우시 습윤에 의한 불포화 풍화토의 사면 안정 해석 연구', 석사논문, 토목공학과 연세대학교.
  5. 류지협 (2003), '모관흡수력을 고려한 사면의 안정성 평가' 대한토목학회논문집 제23권, pp.195-201
  6. 조성은, 이승래 (2000), '강우특성을 고려한 사면의 표면파괴에 대한 안정성 평가', 한국지반공학회논문집, 제16권, 제5호, pp.107-116
  7. 조성은, 이승래 (2001), '불포화 토사사면의 얕은파괴 해석에 대한 비교 연구', 한국지반공학회논문집, 제17권, 제4호, pp.135-143
  8. Bolt, G.H. and R.D. Miller. (1958) 'Calculation of total and component potentials of water in soil', Trans. Am. Geophys. Union 39 917-928 https://doi.org/10.1029/TR039i005p00917
  9. Buckingham, E. (1907), 'Studies on the movement of soil moisture', U.S. Dept. of Agr. Bur. Soils Bull. 38
  10. Childs, E. C. et Collis-George, N. (1948), 'Interaction of water and porous materials', Soil Geometry and soil-water equilibria. Discussions paraday Soc. N3, pp.78-85
  11. Daniel Pradel and Glen Raad (1993), 'Effect of Permeability on Surficial Stability of Homogeneous Slopes', Journal of Geotech-nical Engineering, ASCE, Vol.119, No.2, pp.315-332 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9410(1993)119:2(315)
  12. Edlefsen. N.E. and A.B.C Anderson (1943), 'Thermodynamics ofsoil moisture', Hilgadia. 15
  13. Fredlund, D. G. and Rahardjo, H. (1993), 'Soil Mechanics for Unsaturated Soils', John Wiley and Sons, Inc
  14. Fredlund, D. G. and Anqing Xing (1994), 'Equations for the soil-water characteristic curve', Can. Geotech. J., Vol.31, pp.521-532 https://doi.org/10.1139/t94-061
  15. Fredlund, M. D., Fredlund D. G., and Wilson G.W. (1997) 'Estimation Of Unsaturated Soil Properties Using A Knowledge-Based System', ASCE Fourth Congress on Computing in Civil Engineering Philadelphia, Pennsylvania June, pp.16-18
  16. Krahn, J. & Fredlund, D. G. (1972), 'On total, matric and osmotic suction', J. Soil Science, 114, No.5, 339-349 https://doi.org/10.1097/00010694-197211000-00003
  17. Leong, E. C., He, L., and Rahardjo, H. (1997), 'Review of Soil-Water Characteristic Curve Equations', Journal of Geotech-nical and Geoenvironmental Engineering, Vol.123, No.12, pp.1106-1117 https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(1997)123:12(1106)
  18. Leong, E. C., He, L., and Rahardjo, H. (2002), 'Factors Affecting the Filter Paper Method for Total and Matric Suction Mea-surements', Journal of Geotechnical Testing, Vol.25, No.3 pp.321-332
  19. Pradel, D, Raad, G. (1993), 'Effect of permeability on surficial stability of homogeneous slopes', J. Geotech. Eng. Div., Am. Soc. Civ. Engrs. 119(2), pp.315-332
  20. Vanapalli and Fredlund (1996), 'Model for the prediction of shear strength with respct to soil suction', Canadian Geotechnical Journal, 33: 379-392 https://doi.org/10.1139/t96-060