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요약문

SUMMARY

CONTENTS

목차

제1장 서론 36

제1절 연구개요 36

제2절 기존사면 조사 기술 연구 38

1. 기존사면 조사기법 현황과 문제 분석 38

2. 사면계측 기술과 활용방안 39

제3절 기존사면 안정성 평가기술 41

1. 기존사면 위험도 평가기술 41

2. 모형시험에 의한 사면의 안정성 평가 기술 43

3. 기존사면 안정해석 기술 45

제4절 사면구조물의 안정성 평가 기술 48

1. 연구개발의 목적 48

2. 필요성 48

3. 범위 49

제5절 암종별 사면절취 및 보강기술 연구 (1차년도 수행연구) 51

1. 암종별 사면절취 기술 51

2. 신개념 보강공법 개발 52

제2장 국내·외 기술개발 현황 54

제1절 기존사면 조사 기술 연구 54

1. 기존사면 조사의 현황과 문제 분석 54

2. 사면 계측 기술과 활용방안 56

제2절 기존사면 안정성 평가기술 72

1. 기존사면 위험도 평가기술 72

2. 모형시험에 의한 사면의 안정성 평가 기술 90

3. 기존사면 안정해석 기술 115

제3절 사면구조물의 안정성 평가 기술 116

1. 국내의 경우 116

2. 외국의 경우 116

제4절 암종별 사면절취 및 보강기술 연구 118

1. 암종별 사면절취 기술 118

2. 신개념 보강공법 개발 118

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 125

제1절 기존사면 조사 기술 연구 125

1. 기존사면 조사기술 현황과 문제 분석 125

2. 사면계측 기술과 활용방안(세부과제참조) 147

제2절 기존사면 안정성 평가기술 178

1. 기존사면의 위험도 평가기술 178

2. 모형시험에 의한 사면의 안정성 평가 기술 331

3. 기존사면 안정해석 기술 390

제3절 사면구조물의 안정성 평가 기술개발 450

1. 사면구조물 내구적 수명 예측기법 연구 450

제4절 암종별 사면절취 및 보강기술 연구 482

1. 암종별 사면절취 기술 482

2. 신개념 보강공법 개발 518

3. 대절토 사면 보강기술 561

4. 요약 및 결론 569

제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 570

제1절 기존사면 조사 기술 연구 570

1. 연구개발 목표 및 달성도 570

2. 대외기여도 570

제2절 기존사면 안정성 평가기술 571

1. 기존사면 위험도 평가 기술 571

2. 모형시험에 의한 사면의 안정성 평가 기술 573

3. 기존사면 안정해석 기술 574

제3절 사면구조물 내구적 수명예측기법 연구분야 575

1. 연구개발 목표 및 달성도 575

2. 대외기여도 575

제4절 암종별 사면절취 및 보강기술 연구 576

1. 암종별 사면절취 기술 576

2. 신개념 보강공법 개발 577

제5장 연구개발결과의 활용계획 578

제1절 기존사면 조사 기술 연구 578

1. 활용계획 578

제2절 기존사면 안정성 평가기술 580

1. 기존사면 위험도 평가기술 580

2. 모형시험을 활용한 안정성 평가 기술 581

3. 기존사면 안정해석 기술 583

제3절 사면구조물 내구적 수명예측기법 연구분야 585

1. 활용계획 585

제4절 암종별 사면절취 및 보강기술 587

1. 활용계획 587

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 589

1. 논문 589

2. 설계지침 589

3. 장비운영서 590

4. 특허자료 590

제7장 참고문헌 591

부록 599

[부록 1] 인발 시험 데이터 600

[부록 2] 그라우트 품질 시험 618

[부록 3] 패커 팽창압 시험 사진 626

[부록 4] 풍화 용이성 분석 결과 629

[부록 5] 특허 출원서 636

[부록 6] 홍콩 GEO 소개 664

[부록 7] 일반인 배포용 사면홍보자료 694

[부록 8] 공개 발표된 연구개발성과 697

표 2.1. 상시 계측시스템 운용 업무분담 58

표 2.2. 상시 계측시스템 결과에 대한 운용 58

표 2.3. 계측장비의 설치기준 63

표 2.4. 국내 기관별 지형적요인 72

표 2.5. 국내 기관별 지반공학적요인 73

표 2.6. 국내 기관별 환경적요인 74

표 2.7. 국내 기관별 특색적요인 74

표 2.8. 국내 기관별 사면상태보강 75

표 2.9. 한국도로공사 고려인자 비율 분석 75

표 2.10. 국립방재연구소(토사사면) 고려인자 비율 분석 76

표 2.11. 국립방재연구소(암반사면) 고려인자 비율 분석 76

표 2.12. 한국건설기술연구원(암반 / 토사사면 포함) 고려인자 비율 분석 76

표 2.13. 한국철도기술 연구원 고려인자 비율 분석 77

표 2.14. 국외 기관별 지형적 요인 78

표 2.15. 국외 기관별 지반공학적요인 79

표 2.16. 국외 기관별 특색적요인 80

표 2.17. 국외 기관별 사면상태보강 80

표 2.18. 고속도로의 암종별 붕괴유형 및 비율 83

표 2.19. 보완된 주요인자 86

표 2.20. 국내 절취사면의 평가 기준(1997) 87

표 2.21. 원지반 토질에 대한 사면 경사의 범위(1998) 87

표 2.22. 암반 특성에 따른 표준 비탈면 경사(1998) 88

표 2.23. 기존에 연구된 사면모형시험 요약(김상규등, 1989년) 93

표 2.24. 기존에 연구된 사면모형시험 요약(이상경등, 2006) 94

표 2.25. 기존에 연구된 사면모형시험 요약(김홍택, 2001) 95

표 2.26. 기존에 연구된 사면모형시험 요약(채병곤등, 2006) 96

표 2.27. 국외 모형사면시험 98

표 2.28. 일본의 내구성 평가 진행 현황 117

표 2.29. 비탈면 보강공법 비교분석 123

표 3.1. 상세조사의 종류 및 내용 128

표 3.2. 토질 및 암석시험의 주요 항목 및 관련규격 138

표 3.3. 전극배열법 비교 140

표 3.4. DOM System과 일반 시추조사 비교 146

표 3.5. 1차 변환기의 종류 148

표 3.6. 계측기기의 분류 149

표 3.7. 기계식 계측기의 종류 150

표 3.8. 유체식 계측기의 종류 150

표 3.9. 공압식 계측기 종류 151

표 3.10. 전기식 계측기의 종류 151

표 3.10. 전기식 계측기의 종류(계속) 152

표 3.11. 광섬유의 구조, 재료 및 직경 153

표 3.12. 센서타입별 비교 158

표 3.13. 자동화 계측시스템 비교 161

표 3.14. 사면 계측 방법 163

표 3.15. 사면계측 시스템의 종류와 특징 164

표 3.15. 사면계측 시스템의 종류와 특징(계속) 165

표 3.16. 계측계획 수립시 점검 항목 166

표 3.16. 계측계획 수립시 점검 항목 (계속) 167

표 3.16. 계측계획 수립시 점검 항목 (계속) 168

표 3.17. 계측항목 및 계측기기(건설교통부/한국시설안전기술공단, 2003) 169

표 3.18. 등급별 계측기 선정 170

표 3.19. 암종별 붕괴형태에 따른 비율 170

표 3.20. 계측기 배치할 때 검토 사항 174

표 3.21. 붕괴형태에 따른 계측기의 배치 예 175

표 3.21. 붕괴형태에 따른 계측기의 배치 예 (계속) 176

표 3.22. 사면안정공법의 종류 185

표 3.23. 사면보호공법의 종류 186

표 3.24. 사면보호공법의 특징 191

표 3.25. 사면보강공법의 종류 195

표 3.26. 사면보호공법의 특징 197

표 3.27. 위험도분석의 단계 및 사용 기법 208

표 3.28. 상호관계 정도와 등급표 215

표 3.29. SRI의 범주 217

표 3.30. 평가인자에 적용되는 공법의 분류 218

표 3.31. 현장조사 점검표 229

표 3.32. 위험도 평가요소 가중치 수정 232

표 3.33. 추가 위험도 평가요소에 대한 가중치(Weight Factor) 233

표 3.34. 기존사면 안정성 평가요소 배점표 233

표 3.35. 사면 구성재료별 대책공법 종류 235

표 3.36. 국내 기관별 사면 보호 / 보강공법 점수 분포 현황 235

표 3.37. 앵커공 시공에 따른 배점 237

표 3.38. 록볼트 시공에 따른 배점 237

표 3.39. Soil Nailing 시공에 따른 배점 238

표 3.40. 말뚝공 시공에 따른 배점 238

표 3.41. 옹벽공 시공에 따른 배점 239

표 3.42. 지표수 배제공 시공에 따른 배점 239

표 3.43. 지하수 배제공 시공에 따른 배점 240

표 3.44. 지하수 차단공 시공에 따른 배점 240

표 3.45. SRI 계산 241

표 3.46. 사면평가 인자 243

표 3.47. 일반 사면평가 위험등급 산정표 244

표 3.48. 전문가 사면평가 위험등급 산정표 245

표 3.49. 기존사면 평가 및 안정성 산출비교 246

표 3.50. 1번 사면 Slope Risk Index 산출 250

표 3.51. 해당사면의 2008년 평균기온 251

표 3.52. 2번 사면 Slope Risk Index 산출 253

표 3.53. 해당사면의 2008년 평균기온 254

표 3.54. 3번 사면 Slope Risk Index 산출 256

표 3.55. 해당사면의 2008년 평균기온 257

표 3.56. 4번 사면 Slope Risk Index 산출 259

표 3.57. 해당사면의 2008년 평균기온 260

표 3.58. 5번 사면 Slope Risk Index 산출 262

표 3.59. 해당사면의 2008년 평균기온 263

표 3.60. 6번 사면 Slope Risk Index 산출 265

표 3.61. 해당사면의 2008년 평균기온 266

표 3.62. 7번 사면 Slope Risk Index 산출 268

표 3.63. 해당사면의 2008년 평균기온 269

표 3.64. 8번 사면 Slope Risk Index 산출 271

표 3.65. 해당사면의 2008년 평균기온 272

표 3.66. 9번 사면 Slope Risk Index 산출 274

표 3.67. 해당사면의 2008년 평균기온 275

표 3.68. 10번 사면 Slope Risk Index 산출 277

표 3.69. 해당사면의 2008년 평균기온 278

표 3.70. 11번 사면 Slope Risk Index 산출 280

표 3.71. 해당사면의 2008년 평균기온 281

표 3.72. 12번 사면 Slope Risk Index 산출 283

표 3.73. 해당사면의 2008년 평균기온 284

표 3.74. 13번 사면 Slope Risk Index 산출 286

표 3.75. 해당사면의 2008년 평균기온 287

표 3.76. 14번 사면 Slope Risk Index 산출 289

표 3.77. 해당사면의 2008년 평균기온 290

표 3.78. 15번 사면 Slope Risk Index 산출 292

표 3.79. 해당사면의 2008년 평균기온 293

표 3.80. 불연속면의 특성 295

표 3.81. 본 절개면의 RMR 및 SMR 분류표 296

표 3.82. 13번 사면 Slope Risk Index 산출 296

표 3.83. Case별 성토재의 구성 301

표 3.84. 유실 토사량 시험결과 310

표 3.85. 여러 학자들에 의해 제안된 필터재료의 입도조건 312

표 3.86. 시료의 일축압축강도 314

표 3.87. 네일 1개 설치시의 삽입각도에 따른 최대전단력 317

표 3.88. 네일 2개 설치시의 삽입각도에 따른 최대전단력 318

표 3.89. 네일 3개 설치시의 삽입각도에 따른 최대전단력 319

표 3.90. -20˚에서의 최대전단력 320

표 3.91. -15˚에서의 최대전단력 321

표 3.92. -10˚에서의 최대전단력 322

표 3.93. -5˚에서의 최대전단력 323

표 3.94. 0˚에서의 최대전단력 324

표 3.95. 5˚에서의 최대전단력 325

표 3.96. 10˚에서의 최대전단력 326

표 3.97. 15˚에서의 최대전단력 327

표 3.98. 20˚에서의 최대전단력 328

표 3.99. 다양한 조건에 따른 모형시험 Case 331

표 3.100. 아크릴 두께에 따른 강성 비교표 335

표 3.101. 시험시 사용된 계측기기 종류 및 정밀도 340

표 3.102. 건조모래시료의 물성치 344

표 3.103. 시험결과 345

표 3.104. 체번호와 눈금 크기의 규정 및 각 규정의 입경 범위 345

표 3.105. 전단력과 링변위 347

표 3.106. 직접전단시험 결과 348

표 3.107. 내부마찰각 점착력 산정 348

표 3.108. 수치해석시 적용된 표준사의 기본 물성 350

표 3.109. 침투해석 모델링 조건 350

표 3.110. 모형시험시 Case별 침투해석 조건 351

표 3.111. 사면 안정해석시 적용된 기본 지반물성치 353

표 3.112. 사면경사 및 배수상태에 따른 안전율 비교표 364

표 3.113. 사면경사 및 수위상승속도에 따른 안전율 비교표 380

표 3.114. 수위상승속도 및 배수재 설치여부에 따른 안전율 비교표 387

표 3.115. 절토사면의 최소안전율 적용기준 391

표 3.116. 성토사면의 최소안전율 적용기준 (도로설계실무편람, 1996, 한국도로공사) 392

표 3.117. 절토 및 성토사면의 최소안전율 (도로설계실무편람, 1996, 한국도로공사) 392

표 3.118. 사면 불안정 요인 (Varnes, 1978) 393

표 3.119. 토사사면의 파괴형태 394

표 3.120. 암반사면의 파괴형태 394

표 3.121. 2차원과 3차원해석에 반영되는 항목의 차이(Ohta 등, 2000) 399

표 3.122. 한계평형 해석방법에서의 가정조건 400

표 3.123. 사면안정 해석 방법의 종류와 특성 400

표 3.124. 각 프로그램의 개발자와 해석방법 및 이론 402

표 3.125. 각 프로그램의 적용특징 402

표 3.126. 각 프로그램의 안전율 계산방법 403

표 3.127. 수치해석법의 분류 406

표 3.128. 기존의 안정해석법 특성요약 417

표 3.129. 모델링 요소의 특성분석 (잠재적 안정 조건에 영향을 미치는 요소) 418

표 3.130. 재료물성 425

표 3.131. 보강사면 지반 물성치 429

표 3.132. 해석 Case 429

표 3.133. 재료물성 436

표 3.134. Cases별 수압 및 강도감소율 441

표 3.135. 사면 안정해석법 444

표 3.136. 사면구조물 지역별, 종류별 현황 452

표 3.137. 사면구조물 형식별 현황 453

표 3.138. 사면구조물 재료별 현황 453

표 3.139. 옹벽붕괴 사례 456

표 3.139. 옹벽붕괴 사례(계속) 457

표 3.140. 옹벽 붕괴의 원인 458

표 3.141. 콘크리트 옹벽의 손상 현황 460

표 3.142. 시멘트 종류에 따른 탄산화 속도 비 463

표 3.143. 동결융해에 의한 손상을 받지 않을 재령 468

표 3.144. 외부적 침투에 의한 염화물량 469

표 3.145. 시험 배합표 473

표 3.146. 각 지역에서의 년간 동결회수 및 평균온도 479

표 3.147. 상대동탄성계수를 구하기 위한 상수(A, B) 479

표 3.148. 콘크리트 표면의 염화물 이온 농도 480

표 3.149. 땅깍기 토질의 분류 482

표 3.150. 불연속면의 발달빈도에 따른 리핑암과 발파암의 분류 482

표 3.151. 탄성파 속도에 따른 리핑암과 발파암 분류 483

표 3.152. 한국도로공사 토질분류 기준 483

표 3.153. 불연속면 발달빈도에 따른 강도 특성 484

표 3.154. 건설교통부 표준품셈의 정량적 현장 암판정 기준 485

표 3.155. 건설교통부 표준품셈의 분류기준(암종별 탄성파속도 및 내압강도) 486

표 3.156. 터널에 이용되는 암반분류법 비교 487

표 3.157. 작업종류별 적정기계 489

표 3.158. 작업 규모별 표준건설기계(불도우저, 리퍼) 489

표 3.159. 작업 규모별 표준건설기계(굴삭기) 489

표 3.160. 작업종류별 적정기계-불도우저 490

표 3.161. 작업종류별 적정기계-유압식 백호 490

표 3.162. 작업종류별 적정기계 491

표 3.163. 암반사면과 발파의 영향 503

표 3.164. 공사장내 암반 붕괴 유형(도심지) 504

표 3.165. 채석장내 암반 붕괴 유형(1) 504

표 3.166. 채석장내 암반 붕괴 유형(2) 504

표 3.167. 채석장내 암반 붕괴 유형(3) 505

표 3.168. 채석장내 암반 붕괴 유형(4) 505

표 3.169. 채석장내 암반 붕괴 유형(4) 505

표 3.170. 절리에 대한 적응 점수 507

표 3.171. 사면 굴착 방법에 대한 적응 점수 508

표 3.172. SMR등급에 대한 설명 508

표 3.173. 발파 방법에 의한 교란 효과와 F4의 비교 509

표 3.174. Kendorski의 발파 계수와 F4의 비교 509

표 3.175. Kendorski의 발파 계수와 F4의 비교 510

표 3.176. 발파목적에 따른 발파 결과물 513

표 3.177. 조절발파별 잔존 암반 형상 513

표 3.178. Cushion Blasting 시공방법 515

표 3.179. Pre Splitting공법 적용 원리 516

표 3.180. Cushion Blasting 시공 방법 517

표 3.181. 자연재난관련 전체 사망자와 사면파괴 관련 사망자(1993~2004) 519

표 3.182. 보강공법 개발을 위한 실내 및 현장 시험 목록 523

표 3.183. 인발 시험의 종류 525

표 3.184. 현장별 인발 시험 횟수 및 조건 528

표 3.185. 경기도 ○○ 고속도로 현장 인발시험 Case 528

표 3.186. 인발 시험 결과(경기도 ○○고속도로 건설공사) 529

표 3.187. 인천 ○○지방도(1) 인발시험 Case 529

표 3.188. 인발 시험 결과(인천시 ○○ 지방도로(1)) 530

표 3.189. 인천 ○○지방도(2) 인발시험 Case 530

표 3.190. 인발 시험 결과(인천시 ○○ 지방도로(2)) 530

표 3.191. 경상남도 ○○부지 조성현장 인발시험 Case 531

표 3.192. 인발 시험 결과 (경상남도 ○○ 부지조성 공사) 531

표 3,193. 경기도 ○○연구시설 조성현장 인발시험 Case 532

표 3.194. 인발 시험 결과 (경기도 ○○ 연구시설 신축공사) 532

표 3.195. 현장별 지층에 따른 극한주면마찰력 533

표 3.196. 풍화토 주면마찰력 제안값 535

표 3.197. 풍화암의 주면마찰력 제안값 535

표 3.198. 응결 시험 Case 537

표 3.199. 응결 시험 결과 537

표 3.200. 플로우 테스트 시험 Types 538

표 3.201. 플로우 시험(Type1) 시험 결과 539

표 3.202. 플로우 시험(Type2) 시험 결과 540

표 3.203. 압축강도 시험 Case 540

표 3.204. 압축강도 (Type 1) 시험 결과 541

표 3.205. 압축강도 시험 결과(Type 2) 541

표 3.206. 발포 우레탄의 특성 543

표 3.207. 우레탄의 종류별 특성 543

표 3.208. 발포 우레탄 약액의 특성표 544

표 3.209. 아크릴관의 제원 545

표 3.210. 발포 우레탄 팽창압 시험 조건 546

표 3.211. 암종별 풍화 용이성 분석 내용 549

표 3.212. 풍화지수별 산정식 550

표 3.213. 전암분석 결과 552

표 3.214. 풍화지수 산정 결과 553

표 3.215. X-선 회절(XRD) 분석 결과 554

표 3.216. 산침수 후 ICP 분석 결과 555

표 3.217. 풍화속도등급(Nilsson & Grenfeld) 556

표 3.218. 풍화속도 산정 결과 556

표 5.1. 후속연구개발 전망 579

표 5.2. 후속연구개발 전망 584

표 5.3. 후속연구개발 전망 583

표 5.4. 후속연구개발 전망 586

표 5.5. 후속연구개발 전망 588

그림 1.1. 1차년도 연구개발 목표 및 내용 37

그림 1.2. 2차년도 최종 연구개발 내용 및 범위 37

그림 1.3. 사면 조사방법 39

그림 1.4. 계측 시스템에 대한 연구진행 순서 40

그림 1.5. 위험도 평가 연구 절차 42

그림 1.6. 모형시험을 이용한 기존사면 안정성 평가 기술 개발 절차 44

그림 1.7. 기존사면 안정성 해석기술 개발 연구 순서 47

그림 1.8. 사면구조물의 안정성 평가 기술 연구순서 50

그림 2.1. 국내 지질조사의 일반 내용 및 방법 55

그림 2.2. 국도변 절취사면 유지관리 업무 흐름도 57

그림 2.3. 상시계측시스템 화면창 58

그림 2.4. 낙석신호등 설치사례 59

그림 2.5. 고속도로 절토사면 유지관리 업무와 사면 Life cycle의 관계 60

그림 2.6. 홍콩 GEO 조직도 65

그림 2.7. 홍콩 Slope Maintenance Responsibility Information System 65

그림 2.8. 홍콩 Sample Of Slope Maintenance Guide 66

그림 2.9. 미국 USGS Landslide Hazards Program 웹사이트 68

그림 2.10. 2005~2010년 Landslide Hazards Program 성과 지표 68

그림 2.11. 사면재해 위험지역 지정관리 현황 (일본 니이가타현) 70

그림 2.12. 대만의 계측시스템 71

그림 2.13. 최대 시간강우강도와 누적강우량의 상관도 82

그림 2.14. 화성암으로 이루어진 사면의 붕괴유형(고속도로) 84

그림 2.15. 퇴적암으로 이루어진 사면의 붕괴유형(고속도로) 84

그림 2.16. 변성암으로 이루어진 사면의 붕괴유형(고속도로) 84

그림 2.17. 모형 시험장치(1989) 92

그림 2.18. 모형 시험장치(2006) 93

그림 2.19. 모형 시험장치(2001) 94

그림 2.20. 모형시험 장치(2006) 95

그림 2.21. 함수특성곡선(SWCC, Soil Water Characteristic Curve) 100

그림 2.22. Volumetric water content 100

그림 2.23. Hydraulic Conductivity vs. Suction 101

그림 2.24. 전형적인 함수특성곡선 (Fredlund & Xing, 1994) 104

그림 2.25. 함수특성곡선에서의 이력현상 (Bear, 1979) 105

그림 2.26. 이력현상의 원인 105

그림 2.27. 다양한 흙에 대한 간극크기 분포지수(Brooks and Corey, 1964) 106

그림 2.28. Variation of seepage line 111

그림 2.29. Graphical method 112

그림 2.30. 비정상 침투류 해석에서의 침윤면의 이동 113

그림 2.31. 강우가 있을 경우의 침윤면의 연직방향 상승량 113

그림 2.32. 비탈면 안정화 공법 분류도 119

그림 2.33. 절토공법 개념도 120

그림 2.34. 압성토공 개념도 121

그림 2.35. 억지말뚝공 개념도 121

그림 2.36. 앵커공 개념도 122

그림 2.37. 옹벽공법 설치 예 122

그림 2.38. 강재 보강공 개념도 122

그림 3.1. 일반적인 사면조사의 흐름도 125

그림 3.2. 지질도 126

그림 3.3. 항공사진 126

그림 3.4. 지표지질조사 현황 129

그림 3.5. 시추조사 130

그림 3.6. BIP장비 133

그림 3.7. 공내영상촬영 모식도 134

그림 3.8. 불연속면 경사 결정 모식도 134

그림 3.9. 탄성파 탐사 모식도 135

그림 3.10. 탄성파 토모그래피 탐사 모식도 137

그림 3.11. 3차원 전기비저항 측선 배열 모식도 141

그림 3.12. 3차원 전기비저항 영상 구조도 142

그림 3.13. DOM System 장치도 143

그림 3.14. DOM System에 의한 불연속면 측정 원리 144

그림 3.15. 암반 불연속면 방향성 측정 장치 144

그림 3.16. DOM System에 의한 결과 및 해석 145

그림 3.17. 계측센서의 원리 147

그림 3.18. 1차 변환기와 2차 변환기 구성 148

그림 3.19. 광섬유 구성요소의 개략도 153

그림 3.20. 전반사의 원리 153

그림 3.21. 측정범위에 따른 광섬유센서의 종류 154

그림 3.22. 계기 선정 흐름도 156

그림 3.23. Datalogger 구성도 160

그림 3.24. 기존사면 모니터링 개념도 162

그림 3.25. 화성암의 붕괴패턴 및 계측기 배치도 171

그림 3.26. 변성암의 붕괴패턴 및 계측기 배치도 172

그림 3.27. 퇴적암의 붕괴패턴 및 계측기 배치도 173

그림 3.28. 기존사면에 대한 고려인자 178

그림 3.29. 무한사면 179

그림 3.30. 유한사면 179

그림 3.31. 직립사면 180

그림 3.32. 사면의 불안정 요인 181

그림 3.33. 붕락(Fall) 182

그림 3.34. 유동(Flow) 182

그림 3.35. 퍼짐(Spread) 182

그림 3.36. 활동(Slide) 182

그림 3.37. 원호활동파괴 183

그림 3.38. 평면파괴 183

그림 3.39. 쐐기파괴 184

그림 3.40. 전도파괴 184

그림 3.41. Typical example of a rockfall trajectory for a granite slope 189

그림 3.42. 낙석방지 공법의 종류 190

그림 3.43. 도량 설계 chart 190

그림 3.44. 녹생토 사면 193

그림 3.45. Gabion공법 적용사면 194

그림 3.46. 배수공 적용사면 195

그림 3.47. 록볼트공법 적용사면 200

그림 3.48. 록앵커공법 적용사면 201

그림 3.49. 소일네일링공법 적용사면 202

그림 3.50. 사면보강용 보강섬유 203

그림 3.51. 고인장강도 메쉬와 네일시공 예 204

그림 3.52. 압력분사 그라우팅 네일 공법의 개념도 205

그림 3.53. 강재 옹벽 205

그림 3.54. 조립식 강재틀 공법의 이용분야 206

그림 3.55. 확률적 위험도분석 평가절차 209

그림 3.56. 위험도 사상 개념도 211

그림 3.57. Risk Factor Interaction Matrix 모식도 215

그림 3.58. Interaction Matrix의 Cause & Effect-Value 216

그림 3.59. 사면 안정공법 선택 과정 219

그림 3.60. 기존사면에서의 현장조사 점검요소 230

그림 3.61. 기존의 Interaction Matrix 231

그림 3.62. 위험도 평가요소가 추가된 Interaction Matrix 231

그림 3.63. SRI의 장점 245

그림 3.64. 전체 사면현황도 250

그림 3.65. 현장 부분사진 251

그림 3.66. 전체 사면현황도 253

그림 3.67. 현장 부분사진 254

그림 3.68. 전체 사면현황도 256

그림 3.69. 현장 부분사진 257

그림 3.70. 전체 사면현황도 259

그림 3.71. 현장 부분사진 260

그림 3.72. 전체 사면현황도 262

그림 3.73. 현장 부분사진 263

그림 3.74. 전체 사면현황도 265

그림 3.75. 현장 부분사진 266

그림 3.76. 전체 사면현황도 268

그림 3.77. 현장 부분사진 269

그림 3.78. 전체 사면현황도 271

그림 3.79. 현장 부분사진 272

그림 3.80. 전체 사면현황도 274

그림 3.81. 현장 부분사진 275

그림 3.82. 전체 사면현황도 277

그림 3.83. 현장 부분사진 278

그림 3.84. 전체 사면현황도 280

그림 3.85. 현장 부분사진 281

그림 3.86. 전체 사면현황도 283

그림 3.87. 현장 부분사진 284

그림 3.88. 전체 사면현황도 286

그림 3.89. 현장 부분사진 287

그림 3.90. 전체 사면현황도 289

그림 3.91. 현장 부분사진 290

그림 3.92. 전체 사면현황도 292

그림 3.93. 현장 부분사진 293

그림 3.94. 절개면의 측면전경 298

그림 3.95. 절개면의 부분사진 298

그림 3.96. 자연재해로 인한 사면의 붕괴 299

그림 3.97. 보강된 절개면의 부분사진 299

그림 3.98. 절개면의 전경 300

그림 3.99. 사면구성 재료(Case-2 필터링 설계의 반대로 시공의 경우) 301

그림 3.100. 붕적층 및 성토제3의 필터링 조건 302

그림 3.101. 성토제3과 성토제2의 필터링 조건 302

그림 3.102. 성토제2와 성토제1의 필터링 조건 302

그림 3.103. 성토제3의 Self filtering 검토 303

그림 3.104. 성토제2의 Self filtering 검토 303

그림 3.105. 성토제3의 Self filtering 검토 303

그림 3.106. 강우강도에 따른 사면안정 축소모형시험 전경(Case-2) 304

그림 3.107. 연평균 강우강도 305

그림 3.108. 분사 노즐 305

그림 3.109. 강우강도 측정 306

그림 3.110. 장비의 구성 306

그림 3.111. 시험 순서 308

그림 3.112. 부유물질 측정 장치(유실 토사량 측정) 308

그림 3.113. 부유물질 측정시험 309

그림 3.114. 사면 하부 유실 토사 310

그림 3.115. 필터재의 조건 311

그림 3.116. 필터의 선택기준 311

그림 3.117. Self filtering 조건 313

그림 3.118. 네일의 설치 개수에 따른 분류 314

그림 3.119. 네일의 삽입각도에 따른 분류 315

그림 3.120. 전단시험기의 전경 315

그림 3.121. 네일 1개 설치시의 삽입각도에 따른 하중-전단 곡선 317

그림 3.122. 네일 2개 설치시의 삽입각도에 따른 하중-전단 곡선 318

그림 3.123. 네일 3개 설치시의 삽입각도에 따른 하중-전단 곡선 319

그림 3.124. -20˚에서의 전단력의 비교 320

그림 3.125. -15˚에서의 전단력의 비교 321

그림 3.126. -10˚에서의 전단력의 비교 322

그림 3.127. -5˚에서의 전단력의 비교 323

그림 3.128. 0˚에서의 전단력의 비교 324

그림 3.129. 5˚에서의 전단력의 비교 325

그림 3.130. 10˚에서의 전단력의 비교 326

그림 3.131. 15˚에서의 전단력의 비교 327

그림 3.132. 20˚에서의 전단력의 비교 328

그림 3.133. 사면모형시험 순서도 332

그림 3.134. 모형벽체의 강성확인을 위한 시험 334

그림 3.135. 시험장치 개요도 335

그림 3.136. 사면모형 토조사진 336

그림 3.137. 사면모형 토조 상세도 337

그림 3.138. 옹벽형상 벽체 상세도 338

그림 3.139. 배면수위 조절용 급수탱크 및 유출량 측정용 물탱크 339

그림 3.140. 사면 배면측 Porous Stone 및 침투수 유출장치 339

그림 3.141. 사면모형 시험순서도 342

그림 3.142. 사면표적 배치도 343

그림 3.143. 지반조성시 캔 삽입 344

그림 3.144. 단위중량 시험과정 344

그림 3.145. 표준체와 전동식 체가름 시험기 345

그림 3.146. 대상 시료의 입경가적곡선 346

그림 3.147. 직접전단시험기 346

그림 3.148. 표준사 직접전단시험 순서 347

그림 3.149. 직접전단시험 결과 348

그림 3.150. 배면침투시 사면침투특성 및 안정해석 개요 349

그림 3.151. 사면경사에 따른 침투해석영역 요소망 352

그림 3.152. 주문진 표준사의 입도분포 곡선 352

그림 3.153. 표준사의 함수특성곡선 및 투수계수 352

그림 3.154. 국내 사면의 붕괴유형 395

그림 3.155. 지역별 사면 붕괴현황 395

그림 3.156. 강우의 영향 395

그림 3.157. 풍화의 영향 395

그림 3.158. 2차원과 3차원 사면 안정 해석시 이용되는 모델의 모식도 399

그림 3.159. 지반의 전단강도와 시험 전단강도와의 관계 404

그림 3.160. 안전율 계산과정의 흐름도 405

그림 3.161. 기본적인 Explicit 계산 순환도 407

그림 3.162. 요소의 분할 (콘크리트 댐 해석 예) 408

그림 3.163. 2차원 삼각형 요소의 변위 409

그림 3.164. 3절점 삼각형 요소에 대한 Isoparametric Master Elements 410

그림 3.165. 4절점 사각형 요소에 대한 Isoparametric Master Elements 410

그림 3.166. 유한요소법을 이용한 강도감소법의 해석절차 414

그림 3.167. 강도감소법 해석적용 예 414

그림 3.168. 단순사면에서의 한계평형법과 강도감소법의 비교 415

그림 3.169. 기존사면 대표안정해석 절차 423

그림 3.170. 기존사면 예시도 424

그림 3.171. 미보강사면 계획(해석단면) 424

그림 3.172. 미보강사면 유한요소메쉬 425

그림 3.173. 변위벡터 426

그림 3.174. 간극수압분포 426

그림 3.175. 미보강사면 시간경과별 소성영역 진행 427

그림 3.176. 미보강사면의 잠재 파괴영역 427

그림 3.177. 보강사면 해석모델 428

그림 3.178. 보강사면 유한요소 메쉬 428

그림 3.179. 안전율 430

그림 3.180. 증분 변위벡터 431

그림 3.181. 보강재 설치 전 소성영역 431

그림 3.182. 보강재 설치 후 시간경과에 따른 소성영역 432

그림 3.183. 비배수조건의 소성영역 433

그림 3.184. 케이스별 잠재 파괴영역 433

그림 3.185. 모형시험 대표 단면 435

그림 3.186. 모형시험 경계조건 435

그림 3.187. 시간에 따른 수압의 변화 436

그림 3.188. Accumulated seepage vector 437

그림 3.189. 증분 변위벡터 438

그림 3.190. 누적 변위벡터 438

그림 3.191. 시간경과별 소성영역 확대과정 439

그림 3.192. Incremental strain velocity characteristics 439

그림 3.193. 사면의 파괴메커니즘 440

그림 3.194. 파괴메커니즘 비교 440

그림 3.195. Case별 수압조건 441

그림 3.196. Case별 수압에 따른 강도감소율 변화 441

그림 3.197. 안정성 평가체계 방재활용 순서도 443

그림 3.198. 연계해석을 통한 안정해석 평가체계 445

그림 3.199. Coupled-Analysis 지배방정식 구성 448

그림 3.200. 철근 콘크리트 옹벽 450

그림 3.201. 중력식 옹벽 450

그림 3.202. 캔틸레버식 옹벽과 부벽식 옹벽 451

그림 3.203. 보강토 옹벽 451

그림 3.204. 석축 452

그림 3.205. 개비온 옹벽 452

그림 3.206. 부산 동구 석축 붕괴 사례 454

그림 3.207. 경기도 광주시 옹벽 붕괴 사례 454

그림 3.208. 경남 마산시 옹벽 붕괴 사례 455

그림 3.209. 경기도 ○○시 공사장 옹벽 붕괴 사고 455

그림 3.210. 전북 군산시 A지역 콘크리트 옹벽의 손상현황 461

그림 3.211. 전북 군산시 B지역 콘크리트 옹벽의 손상현황 461

그림 3.212. 전북 군산시 C지역 콘크리트 옹벽의 손상 현황 461

그림 3.213. 전북 군산시 D지역 콘크리트 옹벽의 손상 현황 462

그림 3.214. 모르타르 탄산화 깊이에 미치는 상대습도와 온도의 영향 464

그림 3.215. 콘크리트의 배합 473

그림 3.216. 압축강도 시험 473

그림 3.217. 탄산화 촉진 시험 474

그림 3.218. 탄산화 깊이 측정 474

그림 3.219. 탄산화 촉진 시험 결과 474

그림 3.220. 동결융해 시험 475

그림 3.221. 동탄성계수 측정 시험기 475

그림 3.222. 동결융해 시험 결과 475

그림 3.223. 염화물 측정을 위한 시료 채취 476

그림 3.224. 염화물량 측정 476

그림 3.225. 21MPa 염화물 침투 시험결과 476

그림 3.226. 24MPa 염화물 침투 시험결과 477

그림 3.227. 암반사면부 굴착영역 분류 484

그림 3.228. 발파공 주위 암반의 손상영역 구분 485

그림 3.229. 암반 사면부 굴착영역 분류 488

그림 3.230. 화약의 폭발상황 493

그림 3.231. 화약의 폭굉에 의한 상태변화 494

그림 3.232. 가스팽창에 의해 수행되는 일 494

그림 3.233. 방사상 균열의 형성 495

그림 3.234. 발파공 주위에서의 인장응력파 발생 495

그림 3.235. 균열내부로의 가스 침투 495

그림 3.236. 시간에 따른 발파공의 팽창 496

그림 3.237. 암반 파괴 3가지 형태(Wedge, Planar, Toppling failure) 497

그림 3.238. 암반 손상권 개요도 498

그림 3.239. 임의의 관측점에서 입자속도를 계산하기 위한 장약길이에 대한 적분 499

그림 3.240. 시험에 사용된 borehole geophone 및 시험개요도 501

그림 3.241. 시험 모식도 및 수행 광경 502

그림 3.242. 시험에 사용된 Pundit-plus 502

그림 3.243. 용도별 적용 발파공정 512

그림 3.244. 화약류별 암반 손상영역 및 공법에 미치는 압력 515

그림 3.245. 비탈면 사례 조사 현황 520

그림 3.246. 암종별 비탈면 분포 520

그림 3.247. 보강·보호 공법별 적용 사례 분석 521

그림 3.248. Soil Nailing의 인발시험 시 파괴기준(Recommendations Clouterre, 1991) 526

그림 3.249. 네일 인발시험용 기구의 설치 526

그림 3.250. 인천시 ○○ 지방도로(1) 인발 시험 전경 527

그림 3.251. 경상남도 ○○ 부지조성 공사인발 시험 전경 527

그림 3.252. 풍화토의 인발시험 결과 534

그림 3.253. 풍화암의 인발시험 결과 534

그림 3.254. 플로우 시험 (Type 1) 시험 결과 538

그림 3.255. 플로우시험(Type 2) 시험 결과 539

그림 3.256. 패커 제작 설치 전경 544

그림 3.257. 게이지 부착 위치 545

그림 3.258. 게이지 부착 과정 545

그림 3.259. 시험결과분석의 원리 개요도 547

그림 3.260. 발포 우레탄 패커의 팽창압 시험 결과 547

그림 3.261. 풍화 단계에 따른 광물 변화 551

그림 3.262. 암종별화학적변질지수 및 풍화경로 553

그림 3.263. 암종별 X-선 회절(XRD) 분석결과 554

그림 3.264. 산침수 후 광물 조성 변화 555

그림 3.265. 신공법 모식도 560

그림 3.266. 경사완화공법 562

그림 3.267. Anchor 공법 (+격자 공법)의 시공전경 564

그림 3.268. Anchor 공법 (+격자 공법)의 개요도 564

그림 3.269. FRP 비탈면보강 그라우팅공법의 개념도(좌)와 FRP관의 인장력 분포(우) 566

그림 3.270. 압력식 쏘일네일링 공법 개념도 568

그림 3.271. 압력식 쏘일네이링 공법 시공순서도 568

I. 제목

기존 사면의 안정성 조사 및 평가기술개발

II. 연구개발의 목적 및 필요성

사면재해 발생시 인명피해 및 경제적 손실 등의 천문학적인 사회적 비용손실을 유발시키고, 경우에 따라서는 사면건설 및 설치비용보다 큰 보수유지비용을 발생시키기도 한다. 사면붕괴에 따른 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 현실적인 설계와 이에 대한 적절한 검증이 필요하며, 붕괴위험 사면에 대하여 효율적인 관리를 도모하여 사면붕괴에 따른 재해를 저감시키며, 기준에 의한 사면붕괴 위험지역의 체계적인 관리와 붕괴방지를 위하여 합리적이고 신뢰성 있는 안정성 평가기법의 도입이 시급한 실정이다. 대부분의 사면붕괴가 우기에 강우침투에 의하여 발생하는 것으로 강우침투에 따른 수위증가로 인한 사면내의 수압작용은 사면의 붕괴와 매우 밀접한 상관성이 있다. 본 연구에서 제시한 기존사면의 의미는 'Engineered Slope'으로써 조성된 지 수년이 경과하여 지반의 풍화, 수리적 열화에 의한 경계조건의 변화 등 복합적인 공학적 검토요소를 내포한 사면으로써 본 연구에서는 지표침투가 아닌 배면 수압증가 혹은 배면침투에 따른 사면파괴 메커니즘 및 배면침투에 따른 사면의 거동특성에 대하여 연구하고자 한다. 따라서 사면재해에 대한 피해를 저감시키고 사면붕괴를 예측하기 위해서는 전국에 분포된 사면에 대한 정량적인 조사와 사면과 사면구조물에 대한 안정해석 및 위험도 평가가 동반된 안정성 평가가 이루어져야 할 것이다. 따라서 기존에 제시된 사면의 조사기법들과 각 기관별, 국가별 사면 안정성 평가 사례들을 분석하여 사면 재해로 인한 재산 및 인명 손실을 줄이기 위한 기존사면과 사면구조물에 대한 안정성 평가방안을 제시하고 사면재해를 저감시키는데 신뢰성 있는 예측과 대응방안을 모색하고자 한다.

III. 연구개발의 내용 및 범위

1. 기존사면 조사방법 및 계측기술 연구

- 국내사면 조사 기법 분석

- 기존사면 조사의 현황과 문제 분석

- 국내·외 계측기술 및 시스템 현황 분석

- 사면의 최신조사기술 제시

2. 기존사면의 위험도 평가기술 연구

- 국내·외 사면안정성 평가기법 분석 및 요소선정

- 기존사면 안정성 평가 요소배점 및 가중치 제시

- 사면 안정성 영향 선정요소간 연계성 분석

- 가중치를 이용한 기존사면 안정성 평가기법 제시

- 기존사면의 위험도 평가에 따른 사면보강 선정기법 제시

- 사면상태에 따른 보강대책기법 제시

3. 기존사면 안정해석기술 연구

- 기존사면의 풍화 및 수리적 열화특성의 모델링 기법 연구

- 기존사면 거동의 수리상호작용 모델링 기법

- 기존사면의 보수보강 등 수리 구조적 거동의 모델링 기법

- 기존사면의 수리경계조건 변화의 고려방안 도출

- 안정해석과 모형시험을 결합한 기존사면 안정성평가 기술 도출

- 방재활용을 위한 기존사면 안정성 해석지침 제시

4. 모형시험에 의한 사면의 안정성 평가기술 연구

- 기존사면의 붕괴 사례를 통한 붕괴원인 분석

- 강우에 의한 사면안정성에 영향을 미치는 요인분석

- 기존사면 안정평가를 위한 사면모형토조 제작

- 중요요소(사면경사, 수위상승속도, 배수재)의 사면모형시험을 통한 거동 규명

- 배면침투시 사면의 침투거동 특성 평가

- 모형시험에 의한 사면의 안정성 평가방안 제시

5. 사면구조물의 안정성 평가기술 연구

- 국내 사면구조물에 대한 현황 및 붕괴사례 분석

- 사면구조물의 내구성능 저하요인 분석

- 콘크리트 옹벽의 단일 내구성능 저하 요인별 평가가법 제시

- 사면구조물의 내진성능 예비평가 기법 정립

6. 암종별 사면절취 및 보강기술 연구

- 국내외 굴착대상 지반의 분류체계 분석

- 각 기관별 굴착 시방서 비교분석

- 발파와 암반 파괴 메커니즘 분석

- 사면의 안정성과 발파작업의 상관관계 제시

- 국내 사면굴착과 관련된 제도적 문제점 도출 및 보완

IV. 연구개발결과

- 국내사면조사기법의 현황과 개선방향제시

- 기존사면에 적용 가능한 최선조사기술 제시

- 기존사면에 대한 평가방법 제시 및 개선방향 제시

- Interaction Matrix를 이용한 새로운 평가방법 제시

- 기존사면의 위험도 평가방안 제시

- 기존사면의 위험도 평가에 따른 사면보강 선정기법 제시

- 사면상태에 따른 보강대책기법 제시

- 모형실험을 통한 사면붕괴 거동 예측기법 제시

- 방재활용을 위한 기존사면 안정성 해석지침 제시

- 탄산화, 염해 및 동결융해 현상에 대한 내구 성능 저하 예측 모델 제시

- 사면구조물의 내구성능을 고려한 평가기법 제시

- 사면의 안정성을 확보할 수 있는 보강공법 제시

V. 연구개발결과의 활용계획

- 자연재해 저감기술개발사업의 연구성과로 기존사면, 즉 공용중인 사면에 대한 안정성 평가 기법으로 통합체계화 기술에 기여

- 사면 붕괴 예측 기술 전반에 대하여 사면관리의 기본 자료로 활용

- 국내 지층 특성을 고려한 조사 결과를 통하여 특정지역에 관한 조사자료를 DB 화하여 비용을 줄이고 재해저감기술 활용

- 국내 기존사면의 붕괴원인을 위험도 평가기법을 활용하여 재난을 효율적으로 평가 예방하는 방재시스템 제시

- 비전문가를 위한 붕괴의 위험성과 대처방안에 대한 홍보를 통하여 인명피해와 재산피해를 저감

- 사면안정에 대한 비전문가용 지침서 제시를 통한 사면재해 피해저감

- 각 지방자치단체 및 관리부서에 배포하여 공용중인 사면에 대한 예비평가 활용

- 배면침투를 고려한 사면모형시험을 통하여 사면안정성 평가 신뢰 향상

- 수리영향을 고려한 사면의 안정해석의 평가체계 구축

- 모형시험과 안정해석 기술 개발로 재해예방에 따른 사회비용손실 저감

- 사면구조물의 내구수명을 고려한 안정성 설계방안적용

- 활용결과를 DB화하여 기존사면 안정성에 관한 지침을 보완 발전

- 발파에 의한 암반 파괴 메커니즘 및 사고사례를 통한 사면절취 기술을 검토하고 암종별 절취사면 보강공법의 개발로 인하여 사면형성 및 유지관리에 활용.