국내의 지반침하 발생은 2017년 1월부터 2021년 6월까지 총 1,176건이 발생하였으며 발생 원인은 지하 매설물 손상이 주된 원인으로 판단된다. 지반침하가 발생하게 되면 싱크홀이나 지하공동과 같은 현상이 발생하며 위와 같은 현상이 도심지에 발생하게 될 때 인명피해나 재산 피해를 발생시키게 되므로 지반 함몰평가의 수행이 요구된다. 하지만 국내에서는 세립토 유실에 관한 연구가 미비한 실정이며, 기존의 연구는 세립토 유실의 발생을 평가하는 정성적인 평가만 수행 가능하다는 한계점이 있다. 그러므로 본 논문에서는 세립토 유실에 대한 정량적인 해석 방법을 이용한 취약성 평가기법을 제안하고, 울산에 대한 취약도를 작성하였다. 본 평가 방법은 토양 내에서 세립토가 공극을 통해 이동하는 현상인 내부침식에 중점을 두어 세립토 유실 가능성을 판단하는 내부안정성 평가를 진행하였다.
내부안정성 평가 방법은 경험적 평가, 수치 해석적 평가, 축소모델 평가 방법이 존재하며 본 연구에서는 타 방법에 비해 적용성이 넓은 수치 해석적 평가 방법을 이용하여 해석을 수행하였다. 내부안정성 평가는 Geometric condition, Hydraulic condition, Mechanical condition 세가지 방법을 이용하여 해석을 수행하며 각각 토양구조, 물의 흐름, 응력 상태에 영향을 받게 된다. 본 연구에서는 Geometric condition에 중점을 두어 흙의 구조, 공극의 형성에 대해 지반의 내부침식에 대한 저항성을 결정하였다. 입도 분포 곡선을 이용하여 내부안정성을 평가하였으며, Geometric condition을 사용하여 해석을 수행하면 내부안정성은 토양의 밀도에 큰 영향을 받게 된다. 밀도는 공극의 크기와 관련이 있으며 밀도가 높을수록 작은 크기의 공극을 나타내어 내부침식 발생량이 적고, 밀도가 낮을수록 공극이 크고 발생량이 많으므로 내부 침식발생량이 많다고 판단한다.
토양구조에 중점을 둔 기존의 내부안정성 해석 방법은 Kenney & Lau의 H-F 평가 방법이 있다. H-F 방법의 경우 내부안정성에 대한 세립토 통과확률을 도출하는 정성적인 평가를 진행한다. 평가를 위해서는 입도 분포 곡선의 기울기에서 직경별 간격을 통해 세립토 통과에 대한 취약도를 결정한다. H-F 방법의 경우 침투시험을 이용한 반 경험적인 방법이며 F(mass fractions smaller than)과 H(mass fraction between D and 4D)를 이용하여 발생 가능성을 평가한다. 하지만 세립토가 많을 때 지나치게 불안정하다고 판단하는 경향이 존재하지만, H-F 방법의 경우 다른 방법(Kezdi (1969, 1979), Sherard (1979))에 비하여 높은 정확도를 나타낸다. 현재까지 제안된 내부안정성 평가 방법의 경우 세립토 유실 발생 유무에 대한 정성적인 평가만 수행할 수 있으므로 세립토 유실 발생량에 대한 정량적인 평가의 수행이 요구된다.
본 연구에서는 세립토 유실 중랑비를 결정하기 위해 공극의 크기와 공극의 발생확률(입자가 만날 확률)을 이용하였다. 흙 입자가 3개로 이루어지면 Densest 한 상태로 판단하며 공극의 크기가 비교적 작으며 흙 입자가 4개로 이루어지면 Loosest 한 상태로 판단하여 공극의 크기가 크므로 공극을 원으로 가정하여 해석을 수행한다. 공극의 크기가 세립토보다 클 때 유실이 발생하였다고 판단한다. 세립토가 한 층에서 좌·우로 무한히 이동하다가 아래로 떨어지는 경우 세립토의 유실이 발생하였다고 판단하며, 세립토 유실 확률에 대해 유실 중량비를 결정하게 된다. 위 방법을 이용하여 울산에 대해 세립토 유실 해석을 수행하였다.
울산지역에 대해 1,349개의 입도 분포 곡선을 이용하여 기존의 방법과 본 연구에서 제안된 정량적인 방법을 이용하여 해석을 수행하였으며, 정성적인 방법으로 해석 수행 결과 전체적으로 유실이 발생할 수 있다고 판단된다, 정량적인 방법을 이용한 해석 결과 발생하는 세립토 유실 중량비 값에 대한 상대적인 차이를 나타내었다. 해석결과 중구와 울주군이 비교적 높은 세립토 유실 중량비를 나타내었다. 해석을 수행하였을 때 정성적인 평가와 정량적인 평가에 대한 세립토 유실 발생 가능성과 발생중량비의 상관성이 뚜렷하게 나타나지 않았으며, 이에 관한 상관성 연구가 사료된다.