Analysis of Trench Slope Stability in Permafrost Regions According to the Vertical and Horizontal Angle of Slope

In this study, the stability of trench slope was analysed in summer and winter seasons for the construction of pipelines in permafrost regions. The construction standards of Korea, Russia and UK were compared for obtaining an optimum trench shape for a pipeline of 30 in. diameter. Using the geotechnical properties of soil in Yakutsk (Russia), the stability of trench slope was analysed using Strength Reduction Method (SRM) according to the horizontal slope angle values of $0^{\circ}$, $10^{\circ}$, $20^{\circ}$ and $30^{\circ}$ and vertical slope angle values of $20^{\circ}$, $30^{\circ}$ and $40^{\circ}$. In both seasons, an increase in the slope angle results in a decrease in the factor of safety. The results show that horizontal slope angle of $30^{\circ}$ was not safe in summer season. At the vertical slope angle of $20^{\circ}$, trench side failure was observed, whereas, ground slope failure was observed at the vertical slope angles of $30^{\circ}$ and $40^{\circ}$. Due to the solidification of pore water at temperatures below $0^{\circ}C$, cementation of soil particles take place. Therefore, the trench slope was found to be stable in the winter season at all vertical and horizontal slop angles, except for special load cases and abrupt temperature changes.

동토지반에서 종방향 및 횡방향 사면의 경사에 따른 트렌치 안전성 분석

동토지역에서의 파이프라인 시공 시 계절변화와 그에 따른 지반의 강도변화가 트렌치의 안정성에 영향을 미칠 수 있다. 영국, 러시아, 국내 파이프라인 기준들을 분석하여 직경 30in. 파이프의 트렌치 형상을 도출하였다. 러시아 야쿠츠크(Yakutsk) 지역의 계절별 지반조건에서 횡방향 사면경사($0^{\circ}$, $10^{\circ}$, $20^{\circ}$, $30^{\circ}$)와 종방향 사면경사($20^{\circ}$, $30^{\circ}$, $40^{\circ}$)에 따른 트렌치의 안정성을 분석하였다. 강도감소법을 이용하여 트렌치와 사면의 안정성 해석을 수행하였다. 그 결과, 사면의 경사가 높을수록 안전율이 낮게 나왔으며 여름철 지반조건에서는 횡방향 사면경사가 $30^{\circ}$일 때 트렌치의 안정성을 확보하기 어려우며 지상으로부터 1m 아래에서 예상 파괴면을 확인하였다. 종방향 사면의 경사가 낮을 때에는 트렌치 부근의 파괴가 일어날 가능성이 높았지만 종방향 사면의 경사가 높을 때에는 트렌치 부근의 파괴 보다는 사면 전체의 파괴가 주를 이루는 것으로 분석되었다. 겨울철 지반조건에서는 지표면의 온도가 영하로 내려가서 지반 공극 내 얼음 발생으로 인하여 점착력이 발생되는 효과가 있어, 특수한 외부 하중이나 급격한 온도변화가 없을 경우에는 트렌치 사면 경사 $0{\sim}40^{\circ}$에서 안전성의 문제는 없을 것으로 판단되었다.