The Journal of Engineering Geology. September 2019. 315-327
https://doi.org/10.9720/kseg.2019.3.315


ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 연구 현장 및 방법

  •   현장조사

  •   연구방법

  • 연구 결과

  •   콘관입시험

  •   시추조사

  •   연 X-선 영상

  •   밀도검층

  •   초음파주사검층

  • 전단활동파괴면 위치 및 형태에 대한 분석

  • 결 론

서 론

지반의 전단파괴는 지반 강도 외 전단응력 증가, 사면형상, 지층분포, 강우강도 등도 파괴와 관련이 있다(Rahardjo, 2007; Yoo and Choi, 2002). 그러나 많은 경우 지반의 강도와 연과된 파괴가 발생하며, 특히 미고결 퇴적층으로 구성된 연약지반에 성토와 매립을 하는 경우 지반의 강도를 초과하는 하중 재하 시 원지반에서 전단파괴가 발생된다. 전단파괴가 발생되면 파괴가 발생된 원인을 규명하기 위해 역핵석을 주로 실시한다. 역해석은 주로 한계평형해석을 이용한 사면안정해석으로 파괴면을 원호(또는 비원호)로 가정한 절편법이 통상적으로 이용되고 있다(Bishop, 1955; Janbu, 1968; Duncan, 1996; Peng et al., 2016). 역해석에서 파괴면을 주로 원호로 가정하는데 이유는 점토 연약지반이 비교적 균질한 특성을 가지고 있고, 전단파괴가 발생된 현장에서 상황을 보면 직선 보다는 곡선의 파괴가 많이 관찰되기 때문이다. 하지만 역해석을 통해 산정된 원호활동면은 실제 현장에서 발생된 활동면과는 상이한 경우도 종종 존재한다(Varnes, 1978; Towhata, 2007; Day, 2011).

대상지역은 섬진강 하구의 미교결퇴적지에 조성된 매립지반으로 원지반은 하부로부터 기반암(연암) 상부에 기저역암에 해당하는 모래질자갈, 실트질모래, 실트질점토, 실트질모래의 순서로 분포하는 연약지반에 해당한다(Fig. 1a). 매립장의 기초지반은 슬래그치환과 쇄석다짐말뚝(GCP)으로 처리되었으며 바닥차수층은 벤토나이트 혼합토로 조성되었다. Fig. 1b는 역해석을 이용한 매립장 파괴시 사면안정역해석을 통해 안전율을 산정한 결과이다(Geo-Slope, 2004). 그림에서 안전율에 해당되는 원호파괴면을 볼 수 있는데 파괴의 시작위치는 매립장 상부 오른쪽 약 2/3위치에서 시작하여 실트질점토와 실트질모래층 경계면에서 발생된 것으로 분석되었다. 즉, 전단파괴활동면이 실트질점토층 최하단 영역를 통과하는 것으로 나타났다.

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Fig. 1.

One of examples of slope stability analysis on shear failure in landfill site using slope/w progam.

이러한 해석의 결과는 현장조사를 통해 확인된 파괴 형태와는 차이가 있다. 파괴현장의 관찰에서 지반의 파괴는 매립장 상부 1/2위치에서 시작되어 최대 4.1 m정도의 침하가 발생되었고(Fig. 2a), 매립장 제체 하단의 도로가 약 5 m 가량 수평으로 이동되었다(Fig. 2b). 또한 도로 바깥쪽 해저지반이 최대 3 m 정도 융기현상이 발생되었다(Fig. 2c). 그림에서 화살표는 활동시작점 및 지반 이동 위치 등을 나타내고 있다. 역해석으로 해석된 결과(Fig. 1b)와 현장 상황(Fig. 2)을 비교해 보면 파괴규모와 파괴 활동면 위치에서 차이가 존재하는 것을 알 수 있다. 일단 외연적으로 활동면 상부 시작점의 위치가 해석에 의한 원호 활동시작점과는 차이가 있는 것을 알 수 있다. 외연적으로 활동 시작점이 차이가 있다는 것은 짐작컨대 지반 내부적으로 파괴 활동면의 위치 또한 차이가 있을 수 있다고 볼 수 있다.

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Fig. 2.

Description of the shear failure landfill site.

파괴 활동면의 결정은 지반의 외연적 내부적 파악이 필요하고 정확하게 결정된 파괴활동면은 파괴 형태와 원인을 규명하는데 중요한 단서가 된다(Day, 2011; Mitchell et al., 1993). Klar et al.(2011)은 외연적으로 파괴규모와 활동면의 관계를 추정하는 연구를 수행하여 파괴 깊이를 알면 활동면의 길이를 추정할 수 있는 관계식을 제안하였다. Katz and Aharonov (2006)Stark and Guzzetti(2009)도 유사한 연구를 실험과 모델링을 통해 수행하였다. 하지만 이들 연구는 균질한 지반을 대상으로 수행한 것으로 본 연구에 직접적인 적용에는 한계가 있다.

연구는 Fig. 2에 제시된 현장 상황을 최대한 참조(활동면 시작점, 제체 하단의 도로의 수평이동, 도로 인접된 해저지반의 융기)하여 활동면에 대한 지반의 내부 상태변화를 파악하기 위한 목적으로 수행되었다. 즉 파괴면으로 예상되는 실트질점토층에 대하여 콘관입시험, 시추조사, 연 X-선 영상 분석, 밀도검층, 초음파주사검층 등의 현장 및 실내실험을 실시하여 해당 지층에서의 전단활동면의 흔적을 찾는 것이다. 몇 가지 예상되는 현상으로는 간극수압의 감소, 비배수전단강도의 저하, 층리의 교란(경사)현상 발생, 밀도의 저하 등이며 연구의 지반내 전단활동파괴면의 위치 파악은 매립지 파괴원인 및 규모의 추정과 해석의 신뢰성을 높이는 중보한 정보를 제공할 것이다.

연구 현장 및 방법

현장조사

연구대상 지역은 연안에 건설되는 일반적인 형식의 매립장으로 오른쪽에 바다와 접하고 왼쪽은 담수호와 접하는 호안도로 내측에 조성된 매립장이다(Fig. 3). 매립장 면적은 30,000 m2이며 200,557 m3의 폐기물을 10.5 m 높이로 적재하였고 매립 4개월 후에 전단파괴가 발생하였다.

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Fig. 3.

Site and boring locations of the study area.

실험 및 시료 채취는 매립장에서 직접 이루어지지는 못하고 매립장과 도로 사이에서 실시되었다. 매립장에서 시추시 바닥차수층 파괴로 인한 침출수 유출문제가 있을 수 있어 직접 시추조사는 이루어지지 못하였다. 조사 지역을 크게 구분하면 전단파괴가 발생하지 않은 구역(BH-1, BH-2, BH-3) 전단파괴가 발생된 구역(BH-4, BH-5)에서 시험과 시료가 채취 하였고 주요 조사 및 연구는 BH-4과 BH-5를 이용하여 수행하였다.

연구방법

전단파괴면은 Fig. 4의 흐름에 따라 진행되었다. 먼저 콘관입시험을 실시하여 실트질점토층의 원위치 지반특성을 파악하여 1차적으로 전단파괴 활동면을 추정한다. 그 다음 시추조사를 통해 지층분포를 확인하고 예상 전단활동면에 대한 시료를 채취한다. 이 시료는 연 X-선 영상을 이용되어 지반교란현상을 확인하는데 활용되었다. 시추조사에서 설치된 PVC를 통해 각 지층에 밀도검층이 이루어졌다. 밀도검층은 전단활동면에서 밀도변화를 확인하기 위해서 실시되었다. 마지막으로 초음파주사검층이 전단활동면에서 주변지반과의 상대적 강도변화 확인을 위해 실시되었다.

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Fig. 4.

Flow chart of investigation process to determine the shear failure plane.

콘관입시험은 BH-1, BH-2, BH-4, BH-5 총 4개소에서 실시되었다. 전기식 콘이 콘관입저항력(qc), 슬리브마찰력(fs), 관입간극수압(ubt)을 측정하기 위해 사용되었다. 콘의 규격(ASTM D5778)은 선단각이 60°, 선단면적은 10 cm2, 선단직경은 35.7 mm, 마찰슬리브단면적이 150 cm2, 다공질엘리먼트 위치가 콘 tip 바로 뒤에 위치되어 있다. 시험에 사용된 관입속도는 2.0 ± 0.5 cm/sec 이다.

시추조사는 BH-2, BH-3, BH-4, BH-5 총 4개소에서 실시하였다. 시추조사는 현장의 지층의 분포 경향 확인, 콘관입시험에서 추정된 파괴활동면 심도의 자연시료 채취(연 X-선 영상에 사용), 공내검층(밀도검층, 초음파주사검층)을 위한 PVC설치의 목적으로 실시되었다.

연 X-선 촬영을 위하여 채취된 불교란 시료로부터 20 cm × 5 cm × 1 cm (가로 × 세로 × 두께)의 슬랩 제작하였다. 영상의 촬영은 VIX-60 TYPE의 X-선 촬영기를 이용하였다, 원리는 X-선 촬영 사진을 이용하여 시료의 내부구조를 관찰하는 것으로 비교란 시료의 경우 수평층리와 같이 퇴적당시의 구조가 보이지만 지반의 활동으로 인하여 교란된 지층은 층리가 교란된(경사진) 특징을 보이게 된다.

밀도검층은 각 지층의 원지반 상태의 체적밀도(in-situ bulk density)를 측정하여 콘관입시험에서 추정된 파괴활동면 의심구간의 주변 지반의 밀도변화를 분석하기 위해 실시하는 시험이다. 이 방법은 방사선의 일종인 감마선을 이용한 것으로 감마선은 물질에 방사되면 상호 작용(콤프톤 산란이나 광전효과 등)을 일으켜 그 에너지가 감쇠하며 이 현상은 물질의 밀도에 비례하는 것으로 알려져 있다. Sonde에 장착된 방사선 동위원소(Co60)로부터 시추공 주변의 공벽으로 방출된 감마선이 지반에 의해 산란, 감쇠하면서 검출기에 들어오며 이 때 산란된 감마선의 세기(계수율: 1초당 횟수로 CPS(count per second)로 표시)를 연속 측정하고, 측정된 계수율은 밀도검출기 교정 과정을 통해 지층밀도로 환산하였다. 이 때 측점간격은 2 cm로 설정하여 지반의 밀도를 측정하였다.

초음파주사검층은 초음파(주파수 약 1.2 MHz) 빔(beam)을 시추공 내벽에 주사하여 그로부터 얻게 되는 반사파의 진폭 및 주시를 분석함으로써 암반 내에 형성된 절리의 발달상태 및 불연속면의 크기, 경사방향 및 경사각, 암반의 변화 내지 암석의 물성(강도)을 정확히 규명할 수 있는 시추공 물리 검층 방법이다. 본 연구에서는 대상이 암반이 아니라 점토로 지반내의 상대적인 강도 변화를 보기위해 본 방법을 적용한 것이다.

연구 결과

해당 구역에서 파괴활동면의 위치를 확인하기 위하여 활동면 위치가 예상되는 실트질점토층을 대상으로 실시된 콘관입시험, 시추조사, 시료채취의 연 X-선 촬영, 밀도검층, 초음파주사검층 결과 및 분석내용은 다음과 같다.

콘관입시험

실트질점토층의 비배수전단강도는 측정된 콘관입저항력(qc)과 간극수압(ubt)을 토대로 추정하였다. 측정 콘관입저항력(qc)은 간극수압(ubt)에 대해 보정이 필요하며, 관계식은 식 (1)과 같다(Baligh et al., 1981; Campanella et al., 1982).

$$q_t=q_c+u_{bt}(1-a)$$ (1)

여기서, qt는 수정 콘관입저항력, a는 콘의 투영단면적과 로드셀의 횡단면적과의 비이다. 식 (1)에서 구해진 수정된 콘관입저항력을 토대로 비배수전단강도는 식 (2)를 이용하여 계산한다(Schmertmann, 1978; Lunne et al., 1985).

$$S_u=(q_t-\sigma'_{vo})/N_{kt}$$ (2)

여기서, σ'vo는 해당깊이의 유효응력, Nkt는 콘지수이다. 비배수전단강도를 평가를 위한 유효응력 산정을 위한 단위중량은 Table 1을 이용하였다. 콘지수값 NktKjekstad et al.(1978)이 제안한 Nkt = 17과 Lunne and Kleven(1981)이 제안한 Nkt = 11~19, Rad and Lunne(1988)이 제안한 Nkt = 8~29 등의 선행연구를 고려하여 Nkt는 14를 적용하였다.

Table 1. Unit weight for estimation of undrained shear strength

Zone Soil behaviour type Unit weight (γ, kN/m3) Zone Soil behaviour type Unit weight (γ, kN/m3)
1 Sensitive fine-grained 17.5 7 Silty sand to sand silt 18.5
2 Organic material 12.5 8 Sand to silt sand 19.0
3 Clay 17.5 9 Sand 19.5
4 Silty clay to clay 18.0 10 Gravelly sand to sand 20.0
5 Clayey silt to silty clay 18.0 11 Very stiff fine grained 20.5
6 Sandy silt to clayey silt 18.0 12 Sand to clayey sand 19.0

BH-1과 BH-2에서 콘관입저항치, 주면마찰력, 간극수압 측정값이 통상적인 현장시험에서 관찰되는 미세한 변화만을 보이며 비배수전단강도 역시 지층의 변화를 지시할만한 특별한 변화는 확인되지 않았다(Fig. 5).

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Fig. 5.

Test results of cone penetration test on BH-1.

BH-4의 콘관입시험은 GL.-18.2~-18.5 m 구간에서 콘관입저항치(qc: 5.61~8.36 kg/cm2), 간극수압(ubt: 2.27~6.69 kg/cm2)이 주변 지층에 비해 구간보다 현저히 감소하였고 비배수전단강도(Su: 0.27~0.51 kg/cm2)도 소하였다. 또한 GL.-20.9~-21.0 m 구간에서도 콘관입저항치(qc: 6.93~8.77 kg/cm2), 간극수압(ubt: 5.47~7.47 kg/cm2)이 이외의 구간보다 상대적으로 감소하며 비배수전단강도(Su: 0.37~0.54 kg/cm2)도 다른 구간보다 감소하였다(Fig. 6).

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Fig. 6.

Test results of cone penetration test on BH-4.

BH-5의 콘관입시험은 GL.-20.6~-21.0 m 구간에서 BH-4와 유사하게 콘관입저항치(qc: 7.14~8.77 kg/cm2), 간극수압(Ubt: 5.65~7.17 kg/cm2)이 이외의 구간보다 상대적으로 감소하였고 비배수전단강도(Su: 0.41~0.52 kg/cm2)도 주변 지반보다 감소하였다(Fig. 7).

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Fig. 7.

Test results of cone penetration test on BH-5.

콘관입시험에서 파괴활동면으로 의심되는 구간은 BH-4의 2개 구간(18.2~18.5 m, 20.9~21.0 m)과 BH-5의 1개 구간(20.6~21.0 m)이며, 이 구간에서 획득한 자료를 확대하면 이상대를 더욱 뚜렷하게 볼 수 있다(Fig. 8). 따라서 이 심도를 중심으로 파괴활동면 확인을 위하여 시추조사, 시료채취 및 공내검층을 실시하였다.

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Fig. 8.

Estimated shear failure plane based on cone penetration test results of (a) BH-4 and (b) BH-5.

시추조사

지층에서 간극수압 및 강도 등의 변화는 지반의 교란에 의한 원인 이외에도 지층을 구성하는 물질의 변화, 즉 입도변화 또는 점토층을 구성하는 광물 또는 조직의 변화에 의해서도 발생할 수 있다. 또한 동일한 점토층 내에서도 점토광물의 조성, 염도특성 등에 따라 간극수압 및 전단강도의 증․감이 발생할 수 있다. 활동파괴가 발생한 경우에는 지반의 교란이 발생되므로 단지 점토광물의 조성이나 염도 변화에 의한 것과는 구분이 가능하다.

시추조사는 BH-2, BH-3, BH-4, BH-5에서 실시하였고 원지반 퇴적토는 하부로부터 모래질자갈층, 하부모래층, 점토층, 상부모래층의 순서로 구성되어 있고 최상부에 매립층이 분포한다(Fig. 1). 이 중 매립층은 매립장 조성을 위하여 인위적으로 슬래그 및 토사를 매립한 지층이다. 매립된 슬래그의 크기 및 함량은 시추위치 및 심도에 따라 변화를 보인다. 지층의 두께는 3.5~7.6 m이며, 표준관입시험결과 N 값은 18/30~50/12(회/cm)로 원지반과는 구별된다. 매립층 하부에 상부모래층은 3.2~7.4 m로 층후를 보이며 표준관입시험의 N 값은 4/30~19/30(회/cm)로 측정되었다.

상부모래층 하부의 점토층은 대표적인 연약지층으로 점토의 토성을 보인다. 중소성~고소성의 높은 점성과 중간정도의 함수비를 보이며, 패각 및 패각편 등이 함유되어 분포하는 특징을 보인다. 특히 앞의 콘관입시험에서 파괴활동면으로 의심되는 구간에서 sand seam이나 조립재의 존재는 없는 것으로 나타났다.

하부모래층은 점토층 하부에 분포하는 미고결퇴적토층인 모래층으로서 세립질 입경의 석영사, 암편사, 운모편 등으로 구성된다. 하부모래층은 BH-2, BH-3에서만 분포하며 BH-4, BH-5에서는 확인되지 않는다. 지층의 두께는 0.7~1.3 m이나 이는 시추종료에 의한 것으로 실제로는 더욱 두꺼울 것으로 판단된다. N 값은 50/16~50/10(회/cm)로 자갈의 영향으로 인하여 높은 범위로 측정되었다.

연 X-선 영상

콘관입시험에서 지층파괴면으로 추정되는 층서 구조를 파악하기 위해 불교란 시료를 획득하고 연 X-선 영상을 이용하여 퇴적구조를 관찰하였다. Fig. 9는 BH-4, BH-5의 퇴적구조를 나타낸 것으로 BH-4의 상부 퇴적토는 대부분 수평의 층리구조를 보이는 반면 18.2~18.5 m, 20.9~21.2 m은 층리의 경사각이 20°내외로 경사져 있고 지층의 두께가 일정하지 않고 교란된 퇴적구조는 지반의 전단의 활동에 의한 영향으로 추정된다. 인접한 BH-5의 경우도 상부는 괴상의 퇴적구조를 보이는 것에 반해 20.9~21.2 m 구간은 경사 층리와 교한된 지층구조가 나타난다. 점성토가 퇴적되는 환경에서 층리의 경사는 3° 미만의 수평층을 이루며 조성이 동일한 퇴적물이 지속적으로 공급되는 환경에서는 괴상의 퇴적구조를 보이는 것이 일반적이며 사면파괴와 같이 지반의 전단활동이 발생하면 미교결 지층은 교란되거나 원호활동의 경우 층리의 경사를 수반하게 된다, 심도별 지층의 연 X-선 영상에서 볼 수 있는 퇴적구조는 콘관입시험에서 추정된 파괴활동면 구간과 일치하며 지층으 교란은 사면 파괴에 수반된 구조로 판단된다.

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Fig. 9.

Soft X-ray image of BH-4 and BH-5.

밀도검층

밀도검층은 BH-4와 BH-5에서 실시되었다. 검층에서는 Co60을 사용하였다. 밀도검층에서의 밀도 환산은 식 (3)과 식 (4)의 이론식(Schlumberger, 1989)을 이용하였다.

$$\Upsilon_{obs}=\frac k{l_e}$$ (3)
$$l_b=l_e\left(\frac{2Z}A\right)$$ (4)

식 (3)에서 Υobs는 측정된 감마값, le 는 전자밀도, k 는 상수이며, 식 (4)에서 lb는 체적밀도, A는 원자량, Z은 원자번호이다. 감마 신호원으로부터 방출되어 암석속의 전자와 반응하여 콤프톤 산란 및 광전효과를 일으킨 후 검출기까지 도달한 감마선, 즉 측정된 감마선량 (ϒobs)은 지반의 전자밀도(le)와 비례관계를 보이므로 궁극적으로 감마선 값으로부터 체적밀도를 구하게 된다. 식 (4)를 분자량에 대하여 다시 표현하면 다음과 같다.

$${\mathcal l}_e={\mathcal l}_b\left(\frac{2\;\sum\;Z'\;s}{Mol.\;Wt}\right)$$ (5)

여기서, ΣZ's는 구성하는 원자번호의 합, Mol. Wt는 분자량이다. 식 (3)과 식 (5)로부터 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.

$${\mathcal l}_b\left(\frac{2\sum Z's}{Mol.\;Wt.}\right)=\frac k{\Upsilon_{obs}}$$ (6)

식 (6)에서 괄호 속의 값은 탄화수소를 제외한 대부분의 경우 1에 가까운 값이 되므로 식 (7)의 관계가 성립되며 밀도검층기에서 측정된 값으로부터 지층의 체적밀도가 구해진다.

$${\mathcal l}_b=\frac k{\Upsilon_{obs}}$$ (7)

BH-4호공의 밀도검층에서는 실트질점토층에서 주변 지반보다 낮은 밀도범위를 보이는 2개 구간이 관찰된다(Fig. 10a). 심도에 따라 18.36~18.44 m 구간은 14.1~15.4 kN/m3, 21.08~21.1 m 구간은 15.3~15.5 kN/m3의 밀도범위가 측정되었는데 이것은 주변 점토층의 밀도 17.9 kN/m3 보다 매우 낮은 값임을 알 수 있다. 이와 같은 결과는 콘관입시험과 퇴적구조 관찰에서 확인된 파괴활동면 추정구간과 잘 일치한다. 따라서 이 구간은 지반교란에 의해 지반의 물성이 변화되었음을 알 수 있다.

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Fig. 10.

Results of density log examination on BH-4 and BH-5.

BH-5호공의 층위별 밀도는 매립층: 19.1 kN/m3, 상부모래층: 18.2 kN/m3, 점토층: 17.8 kN/m3으로 측정되었다(Fig. 10b). 점토층 내에 분포하는 GCP 슬래그 구간의 밀도는 19.7 kN/m3, sand seam 구간의 밀도는 18.2 kN/m3로 측정되었다. BH-5호공에서는 콘관입시험에서 지층파괴면 추정구간이 확인되었으나 밀도검층에서는 주변지반보다 낮은 밀도의 구간이 확인되지 않아 콘관입시험와 대비되지는 않았다.

초음파주사검층

초음파주사검층은 BH-4와 BH-5에서 실시하였고 BH-4의 초음파주사검층에서 상대적 강도값은 매립층: 8.41, 상부모래층: 8.41, 점토층: 8.24으로 측정되었다(Fig. 11a). BH-4에서 주변 지반보다 낮은 강도 값을 보이는 구간은 18.0~21.9 m에 해당하며 지층 강도의 평균이 7.74러 상하부 지층의 평균 강도 8.24보다 낮은 범위를 보인다. 이는 콘관입시험, 밀도검층 등에서 확인된 파괴활동면 추정구간과 부합되는 구간으로 지반교란 등에 의한 강도저하로 인하여 상대적으로 낮은 강도값을 보이는 것으로 판단된다. BH-5의 초음파주사검층에서 상대적 강도값은 매립층: 9.84, 상부모래층: 9.73, 점토층: 9.69으로 측정되었으나(Fig. 11b) BH-4 시추공과 같은 주변지반에서 비해 낮은 강도을 타나내는 구간은 확인되지 않았다.

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Fig. 11.

Results of ultrasonic testing on BH-4 and BH-5.

전단활동파괴면 위치 및 형태에 대한 분석

미고결 지층의 전단파괴면 위치를 파악하기 위하여 콘관입시험, 시추조사, 연 X-선 영상, 밀도검층, 초음파주사검층을 수행하였고 일부의 구간은 교란 및 이완된 지층의 특성을 보여준다. 현장 시험의 결과를 종합해보면 지층의 특성 변화는 파괴활동과 연관되어 있고 전단활동파괴는 실트질점토층 구간에서 발생한 것으로 확인되었다. BH-4번 시추공은 실트질 점토층 GL.-18.0~18.5 m와 GL.-20.9~21.9 m의 2개소에서 파괴활동면이 의심되며, BH-5 시추공의 경우 실트질 점토층의 GL.-20.6~21.0 m에서 1개소에서 발생한 것으로 추정된다.

BH-4에서는 콘관입시험, 밀도검층, 연 X-선 영상, 초음파주사검층 등 모든 시험에서 활동파괴구간이 뚜렷하게 구분된다. 특히 GL.-18.0~18.5 m에서 파괴에 의한 지층의 물성 변화와 퇴적구조의 변화가 뚜렷하다. BH-5 시추공은 콘관입시험과 연 X-선 영상에서 활동파괴구간이 관찰되는 것에 반해 밀도검층과 초음파주사검층에서는 경향이 뚜렷하게 나타나지 않았다.

사면안정해석에 의한 활동파괴면(Fig. 1b)과 현장조사를 통해 얻어진 활동 상황(Fig. 2) 그리고 현장시험을 고려하면 지반내 전단파괴면 위치가 해석에 의한 원호활동 파괴면위치 보다 실트질 점토층 상부에 위치한다. 지반의 파괴가 수반된 지층의 심도는 사면안전해석의 원호활동의 심도와 상이하며 이는 매립지의 지반파괴가 미고결지층의 파괴에 적용되고 있는 역해석(Fig. 1b)과 같이 대규모 원호활동파괴가 아닐 확률이 높다. 그리고 BH-4의 분석에서 지반파괴면은 2개소로 서로 다른 깊이에서 발생되어 두 차례의 전단활동파괴를 보연준다. 즉 지반의 전단파괴는 대규모의 원호활동 보다는 소규모의 원호활동파괴가 발생하였고 이후 두 번째 파괴가 연속적으로 발생한 것으로 해석하는 것이 분석의 결과와 부합한다. 다만 현장의 여건 상 매립지에서 직접 조사는 할 수 없었고 매립지와 도로 사이에서 이루어진 관계로 정확한 전단파괴형태를 정확히 제시하는데 한계가 있음을 밝힌다.

결 론

매립지의 전단파괴시 주로 한계평형해석을 통한 역해석을 실시하여 파괴활동면을 추정하고 안전율을 산정한다. 하지만 현장 상황과 해석을 통해 산정된 원호파괴해석면 사이에는 서로 상이한 경우가 존재한다. 정확한 파괴면 추정은 파괴 유형과 원인을 규명하는데 매우 중요한 단서인 점을 감안하면 파괴면 추정에 많은 노력이 필요함을 알 수 있다. 본 연구는 정확한 전단파괴활동면 추정을 위해 콘관입시험, 시추조사, 연 X-선 영상, 밀도검층, 초음파주사검층 등의 조사를 실시하하고 역해석의 결과와 비교하였다.

연직방향으로 연속된 콘관입시험에서 콘관입저항치, 간극수압, 비배수전단강도가 주변 구간보다 현저히 감소하는 특정 구간을 파악할 수 있었다. 시료에 대한 연 X-선 영상을 이용한 퇴적구조 판독에서 수평의 층리구조와 달리 지반 활동으로 인해 교란된 구조와 경사 층리를 확인하였다. 콘관입시험에서 추정되는 파괴활동면과 교란된 퇴적구조의 심도는 일치하는 결과를 보였고 밀도검층과 초음파주사검층에서 파괴가 발생한 위치는 주변 보다 낮은 밀도와 지층강도를 보였다. 연구의 방법에 근거하여 콘관입시험, 공내 검층, 퇴적구조의 부석은 정확한 파괴면 추정에 효과적이며 분석의 신뢰성을 확보하는 방안이 될 수 있을 것으로 판단된다.

Acknowledgements

이 논문은 한국해양대학교 대학원 지원으로 이루어진 연구결과임.

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