본 연구는 도시지역 토사재해 위험지역에 대한 특성을 살펴보고, 다변량 통계분석을 이용하여 위험지역들을 유형화하여 관리전략상의 시사점을 도출한다. 사례분석은 서울시 산재된 토사재해 위험지역 49개소 현장조사 표본자료를 대상으로 하며, 조사항목의 특성정보를 이용하여 분석을 수행하였다. 분석 결과, 도시지역 토사재해 위험지역에는 계류부 하단 주변에 공원, 택지, 도로 등이 주로 위치하고 있으며, 다수의 주택가가 위험 지역과 인접해 있음을 알 수 있었다. 또한 군집분석과 판별분석을 통해 토사재해 위험지역은 크게 2가지 유형으로 구분되며, 위험지역에 대해 중점적으로 고려해야 할 요소는 주변 토지이용과 비탈면 경사임을 확인하였다. 이들 인자를 근거로 각 유형별 특성을 고려한 도시지역 토사재해 관리전략 상의 시사점을 도출하였다. 본 연구에서 제시한 분석방법과 관리전략상의 시사점은 기존의 산지 중심의 위험지역 관리대책에 더하여 피해 영향권에 해당하는 시가지에 대한 관리대책을 고려함으로써 토사재해에 보다 효과적으로 대응할 수 있는 기초가 될 수 있을 것으로 기대된다.
식생피복율, 병충해, 출현종수 등의 항목으로 평가를 실시하였다. 리핑암과 발파암에서는 녹화공법 C와 녹화공법 C-1이 가장 높은 식생피복율을 보였다. 절토부의 경우에는 녹화공법 D의 식생피복율 녹화공법 E보다 상대적으로 높은 것으로 나타났으며, 성토부의 경우에는 녹화공법 D가 녹화공법 F보다 높은 것으로 나타났다. 목본종의 출현종수는 암지역(리핑암, 발파암), 토사지역(절토부, 성토부)에 적용한 모든 녹화공법에서 상급으로 평가되었으나, 전체종의 출현종수의 비율에 있어서는 다소의 차이가 나타났다. 식생기반의 물리화학적 특성 분석에서 토사지역 절토부의 녹화공법 E와 성토부의 녹화 공법 D의 경우는 토양경도가 다른 공법들에 비해 낮게 나타났다. 암지역의 리핑암과 발파암에 사용된 모든 공법은 토양산도와 토양경도가 식물의 근계생육에 영향을 미치지 않는 범위 이내로 조사되었다. 리핑암과 발파암에 적용된 각 공법의 경우 식생상태가 양호하였으며, 향후 주변 지역의 자연식생의 침입과 천이과정을 거치면서 식생상태가 역시 정상적으로 변화될 것으로 예상된다. 토사지역의 절토부와 성토부에서는 중간 정도의 식생상태를 유지하고 있었으나, 향후 주변의 산림지역으로부터의 식생 구성종의 침투로 인해 식생천이가 역동적으로 변화될 것으로 예상된다.
강릉시 시범 공설묘지 조성사업은 경사 $30^{\circ}$의 표고차가 심한 산지를 절 성토하여 계단식 묘역단을 조성하는 공사로 수직고 15m 이상의 대절토 및 성토부가 산재하고 있다. 특히 묘역단장후 주변 유입수 및 표면 유출수에 의한 비탈면 붕괴, 묘역단 유실 등의 피해가 발생할 경우 보수 또는 보강이 사실상 어려운 실정이며, 사회적 여론으로 확대될 가능성이 크므로 비탈면 보호에 필요한 녹화공법을 검토하였다. 구체적인 연구내용으로는 설계도면 및 현장답사를 통한 문제 비탈면 추출, 비탈면의 물리적 특성과 식생의 생육상황 파악, 비탈면 주변부의 식생조사와 유용식생 선발, 비탈면의 토양조건 분석 및 비탈면 토사의 기본불성 조사 등이며, 이를 기초로 하여 비탈면 현황 및 문제점을 파악하고, 그 대안을 제시하였다.
인공 비탈면에 있어서 Geo-textile 소재의 피복자재가 유출수량, 부유물질량, 유출토사 및 식생생육에 미치는 영향을 파악한 결과는 다음과 같다. 1. 식생의 종류조성은 12과 21속 20종 2변종 총 22종류였으며, Geo-textile 소재의 피복자재가 파 종종자의 개체수 및 시험구의 피복율을 증가시키는데는 효과적이었지만 비탈면 녹화에는 한계가 있는 것으로 나타났다. 2. 유출수량은 강우량에 비례하여 증가하였고 피복자재구가 미설치구보다 최대 1/15.5 배 저감되었다. 3. 부유물질량과 유출토사량은 강우량에 비례하여 증가하였다. 피복자재구가 미설치구보다 각각 최대 1/47, 1/151 배로 저감되어 피복자재가 부유사 및 토사의 유출억제에 매우 효과적인 것으로 나타났다.
최근 국내는 다양한 대규모 사회기반 시설물 공사 및 택지 개발 등이 시행되고 있으나, 이에 반해 제한적인 국토 여건으로 철도 또는 도로 흙쌓기 비탈면 다짐 시공 또는 보강토 옹벽 뒤채움재 시공 시 기준에 부합하는 양질의 토사 수급이 어려운 실정이다. 특히, 다수의 보강토 옹벽은 부적절한 뒤채움재 다짐 시공으로 인한 지지력과 배수 성능 저하로 인한 구조물 피해사례 등이 증가하고 있다. 이에 본 연구에서는 뒤채움재로 순환토사를 활용하는 보강토 옹벽에 대하여 3D 프린팅 기술 기반 실내 모형실험 및 2차원 수치해석을 수행하여 구조적 성능 및 안전성을 분석하고자 하였다. 그 결과, 순환토사 배합비 및 보강재 설치 방법에 따른 뒤채움재 성능을 확인하였으며, 3D 프린팅 기술을 통해 실제 보강토 옹벽 시공과 유사하게 보강재 체결이 쉬운 형태의 실험상 벽체를 제작하여 3D 프린터의 활용성을 확인하였다.
본 연구에서는 도심지 토사재해 예비중점관리 대상지역 중 총 6개 연구지역(춘천, 성남, 세종, 대전, 미량, 부산)을 선정하여 토사재해 위험지 예측 분석을 실시하였다. 분석에 사용된 모델은 현재 토사재해 위험지 예측에 보편적으로 사용되고 있는 기존 모델(SINMAP, TRIGRS)과 본 연구를 통해 개발된 프로그램(LSMAP)을 활용하였으며, 결과 비교분석을 통해 개발모델의 적용성을 검토하였다. 토사재해 위험지 예측에 사용되는 매개변수는 크게 지형특성, 토질특성, 임상특성, 강우특성으로 분류하였으며, 각 모델에 따른 토사재해 위험지 예측 분석 결과 LSMAP 및 TRIGRS에 비해 SINMAP을 이용한 분석은 대체로 위험지를 광범위하게 예측하였다. 이러한 결과는 모델별 적용되는 분석 매개변수의 차이에 의한 것으로 판단된다. 또한 임상특성을 고려한 LSMAP은 TRIGRS 결과와 비교하였을 때 예측 위험지 기준 -0.04~2.72%의 범위 내로 유사한 경향을 보이는 것으로 분석되었다. 이는 산지에 분포하는 임상 정보가 비탈면 안정에 다양한 영향을 미치는 것이라 할 수 있으며, 토사재해 위험지 예측에 중요한 매개변수임을 알 수 있다.
본 연구에서는 급경사지 모형토조 실험을 통해 집중강우에 의한 표층거동 특성 및 체적함수비 변화 특성을 분석하였다. 화강암 풍화토를 대상으로 강우강도(100, 200 mm/hr) 및 초기 지반상태(VWC 7, 14, 26%) 조건에 대한 지표변위 및 체적함수비를 측정하고 영상분석을 위해 실험 전 과정을 비디오 카메라로 촬영하였다. 실험결과 표층붕괴는 후퇴성 붕괴, 전진형 붕괴, 국지적 붕괴의 세가지 형태가 주를 이루며, 후퇴성 붕괴와 전진형 붕괴의 경우 토사가 비탈면 하부까지 퇴적되는 특징으로 인해 상대적으로 큰 피해가 발생할 수 있는 것으로 나타났다. 체적함수비는 초기 조건에 관계없이 일정한 값에서 붕괴가 발생하였으며 건기 시의 지반 조건과 자연상태 조건에서는 체적함수비 증가양상을 통해 표층붕괴를 예측가능한 것으로 나타났다. 강우강도가 큰 경우에 전진형 붕괴가 우세하였으며, 일정 수준이상의 강우강도는 습윤전선 전이에 영향을 미치지 않은 것으로 나타났다.
본 연구는 제지 플라이애시 지반안정재를 활용하여 개량토 토사 비탈면의 현장 적용을 통한 안정화 방법을 연구하였다. 개량토에 요구되는 목표강도는 500kPa이며 토사 비탈면을 개량후 식생이 발아하기 위한 압축강도는 1,000kPa 이하이다. 이 조건을 만족하기 위해 현장에서 반입된 시료를 가지고 표층개량의 주원료인 지반안정재와 혼합하여 배합설계를 거처 강도시험 및 투수시험 그리고 식생 발아시험 등 다양한 시험을 실시 하였다. 그리고 개량토로 시공된 비탈면에 대한 기존 압축시험 결과를 분석한 후 개량토의 지반정수를 제안하였다. 또한 개량토의 비탈면 현장 적용성을 평가하기 위하여 붕괴된 비탈면에 대하여 현장 시공을 실시하여 개량토의 표층부 보강평가를 실시하였다. 그 결과 보강 전에는 안정성을 확보하지 못했지만 개량토로 보강한 이후 안전율은 강우 지속시간 48시간까지 최소 안전율을 확보하는 것으로 나타났다. 그리고 현장 개량토의 압축강도는 설계치인 점착력 200kPa 이상을 확보하고 토양경도계 시험 결과도 규정 값인 18~23mm 이내로 확인되어 개량토 비탈면의 경우 강우에 저항성이 증대되고 표층부의 식물생육이 가능한 것으로 나타났다.
본 연구의 목적은 산지에서 세립사가 포함된 유동체 혼합물이 다양한 경사 각도를 갖는 수로에서 공급유량의 변화에 따른 토사체적농도를 분석한 것이다. 수치모델은 질량보존 및 운동량 보존에 관한 방정식 그리고 세립토와 조립토 방정식에 기초하여 유한차분법을 이용하여 수행되었다. 비탈 경사면 각도 변화에 따른 토사농도 비교에서 경사가 급할수록 토사체적 농도의 급격한 변곡점이 나타났다. 공급유량의 변화에서는 공급유량이 많을수록 Fluctuation이 발생하였고, 토석류의 상태가 난류형으로 변하여 토사가 부유사 형태로 변화되었다. 이는 토석류의 이동속도가 빠르게 됨을 알 수 있다. 포화된 조립토의 변화에 따른 비교에서는 그 길이가 길수록 고농도가 발생하였으므로 사면 안정을 위해서는 사면에서의 침식 가능 여부를 먼저 판단해야 된다. 본 연구의 결과는 강우 변화에 따른 비탈면 하류단에서의 유동체 혼합물의 토석류에 의한 재해를 예측 및 다양한 경사의 비탈면을 갖는 산지 밑에서의 토석류에 의한 재해에 대한 정보를 제공할 것이다. 또한 사면 안정 시 효율적인 사면 경사각도로 설치하는 것과 사면에서의 침식 방지등에 있어 토석류와의 관계성 분석 및 토석류 재해를 막기 위한 다양한 대책을 세우는 데 효과적인 정보를 제공할 것이다.
터널의 갱구부는 터널에서 3차원 거동을 가장 뚜렷하게 보이는 부분이며 대체로 풍화가 진행되어 거의 토사화되어 있는 취약한 암반에 시공됨에 따라 비탈면은 잠재적인 활동체가 되게 된다. 터널 갱구부 비탈면에서 안정에 위해되는 요인이 발생했을 경우 파괴가 급속히 진행되어 대형사고로 이어질수 있으므로 특별한 안정화 대책이 필요하여 경제적으로 큰 부담이 된다. 이를 해결하기 위한 방안으로 갱구부 비탈면을 수평 아치형으로 굴착하게 되면 굴착량이 줄어서 경제적이고 자연훼손이 줄어들며 보다 안전하고 아름다운 형상을 기대할 수 있다. 그러나 인식부족으로 인하여 이와 같은 시도는 거의 이루어지지 않고 있어서 면벽식 갱구부가 보편화 되어 있는 실정이다. 본 연구에서는 아치형 갱구부 비탈면의 이점을 알아보기 위하여 3차원 수치해석을 ㄷ형과 아치형 비탈면에 대하여 각각 수행하여 그 결과를 서로 비교하였으며 터널 굴진과 암반강성에 따른 갱구부 비탈면의 안정성은 비탈면에서 발생되는 최대전단변형율과 막장면에서 터널굴진에 따른 소성접근도를 분석하여 검토하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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