Research Article

The Journal of Engineering Geology. September 2020. 289-302
https://doi.org/10.9720/kseg.2020.3.289


ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 연구지역 및 체계

  • 지표조사에서 관찰된 인장균열

  • 지층구조 파악

  •   시추 자료

  • 활동연약대 파악

  •   전기비저항 자료

  •   시추공 영상촬영

  • 안정성평가 해석

  •   활동연약대 설정

  •   한계평형해석

  • 결 론

서 론

우리나라는 지형의 기복이 심한 산지와 지질학적으로 취약한 지반이 전국적으로 넓게 분포하고 있는 상황에 연평균 강우량의 2/3 이상이 하절기에 태풍 및 집중호우 등의 형태로 집중되기 때문에 산지를 중심으로 군집형 산사태 및 토석류 발생이 필연적이다(NFCF, 2018). 2020년 8월에도 장기적인 집중호우로 인하여 전국 곳곳에서 크고 작은 산사태로 큰 피해가 발생하였다. 특히 노년기 산이 많아 기반암 상부의 표토층이 두텁지 않으므로 강우 시 물은 표토층을 쉽게 투과하여 대부분 풍화암 경계면에 머물게 되고 강우가 계속되면 물은 더욱 집중되어 점차 간극수압이 높아지고 동시에 전단력을 잃게 되어 미끌어지기 쉽다.

사면(slope)은 지구상에서 나타나는 가장 일반적인 지형의 한 형태이다. 외형적으로 안정화되어 정지해 있는 것으로 보이는 사면도 실제로는 하부 이동이 지속적으로 이루어지며 눈으로 보이지 않을 정도의 느린 속도로 움직이는 포행(creep)으로부터 갑자기 무너져 내리는 눈사태(snow avalanche)까지 여러 가지의 이동 형태를 가지고 역동적으로 진화하는 체계이다. 이를 포괄적으로 산사태(landslide)라고 하는데 이동의 형태에 따라서 절벽 등과 같이 노출된 사면에서 자유낙하 하는 낙석(falling), 지반물질이 전반적으로 하부로 이동하는 활동(sliding), 고결되지 못한 지반재료들이 액상으로 흘러내리는 흐름(flow) 등 3가지로 구분되며 대부분의 산사태는 흐름과 활동의 복합적인 형태로 나타난다(Kim et al., 2017b). 대중적으로 알려진 산사태는 비교적 짧은 시간의 국지성호우로 발생하여 잦은 피해를 입히기 때문에 관심이 높은 편이지만 아주 느린 형태의 활동인 땅밀림 산사태(land creeping)는 오랜 시간에 걸쳐 발생하므로 상대적으로 관심이 덜한 편이다. 그러나 땅밀림 산사태는 규모가 상당히 크며 발생한 후에는 큰 피해를 발생시키므로 사전에 피해를 예방하기 위해서는 지속적인 연구를 통하여 특성을 파악하여야 한다.

땅밀림 산사태는 활동면 위의 토사층 일부 및 상당량이 활동면을 경계로 하부로 미끄러지는 산사태의 한 형태이다. 이는 토사층 내 점토층이 위치하거나 암반층 피압지하수의 영향으로 인하여 토사층 전체가 천천히 이동하는 현상이기도 하다. 이동하는 토사층의 두께는 일반적으로 10~20 m, 폭은 두께의 5~10배, 길이는 폭의 1.2~1.5배로 규모가 크고, 이동속도는 0.01~10 mm/day로 매우 느린 특징을 가지고 있다(Varnes, 1984; Woo, 1997; Shin et al., 2018). 사면붕괴와 산사태는 하절기 집중호우 및 태풍 등 강우 시에 집중적이고 급격히 발생하는 특징을 보이지만 땅밀림 산사태의 경우는 활동면이 깊고 서서히 진행되기 때문에 지질 암종의 풍화, 구성광물의 성질 및 지형적 특성에 더욱 밀접한 영향을 받는다(Stead and Wolter, 2015; Shin et al., 2018).

이 연구에서는 2016년 땅밀림 산사태가 일어난 경남 하동군에 대한 지하매질의 물성 정보 및 연약대를 파악하기 위하여 시추자료(borehole data)와 시추공영상촬영(borehole televiewer) 자료, 굴절법 탄성파 속도(seismic refraction velocity) 및 지표 전기비저항(electric resistivity) 자료를 복합해석하였고 해석한 단면과 지하정보를 바탕으로 사면의 안정성 해석(slope stability analysis)을 통하여 활동연약대(slip weak zone)를 분석하고자 한다.

연구지역 및 체계

연구지역의 지질은 시대미상 또는 전기 원생대로 알려진 회장암(anorthosite)이 기반암을 이루고 있으며, 이 암석은 하동과 산청 일대에 걸쳐 넓게 분포하는 것으로 알려져 있다(Kang and Lee, 2015)(Fig. 1a). 회장암은 풍화에 매우 취약한 사장석이 다량 함유되어 있는 것이 특징이며(Jung and Lee, 2003), 따라서 이 지역은 사장석의 풍화로 인하여 점토성분이 다량 함유된 붕적층과 토사층이 넓고 깊게 분포하고 있다.

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Fig. 1.

(a) Location and geology map of the study area including (b) the three boreholes (BH-1, BH-2 and BH-3), geophysical survey lines (a seismic refraction line and three electrical resistivity lines), observed reservoir tension crack, and Cheongyong reservoir. Note a tension crack observed just off the line L-2.

총 연장 약 180 m의 거리에서 60 m의 고도차를 보이는 20° 내외의 경사를 가지는 조사지역은 동쪽에 청룡저수지가 위치하고 있어 집중호우 시 산사태의 발생으로 저수지가 범람하면 하류에 위치한 인가들의 피해가 우려되는 곳이다. 또한 다섯 지점에서 북동-남서 방향으로 뚜렷하게 관찰된 총길이 약 170 m, 높이 0.5 m의 인장균열(tension crack)은 사면방향과 거의 직교하는 것으로 나타났다. 측선의 중앙 부근에서 뚜렷이 관찰된 인장균열은 동쪽 청룡저수지와의 경계 근처에도 일부 보이고 있다.

깊이에 따른 암반의 역학적 특성, 지질의 구조 상태, 지하수 분포상태, 지하매질의 물성 등을 파악하기 위하여 붕괴 구간을 기준으로 상부로부터 하부까지 각각 굴착한 시추공(BH-1, BH-2, BH-3)에서 시추조사 및 시추공 영상촬영(borehole televiewer)을 실시하였다. 또한 총길이 240 m의 측선에서 굴절법 탄성파탐사와 쌍극자배열 전기비저항 탐사를 수행하여 각각 시추공 지점들을 잇는 지층구조 및 활동연약대(slip weak zone)를 2차원 단면으로 해석하였다(Fig. 1b).

땅밀림 지역의 활동연약대를 파악하기 위한 연구체계(Fig. 2)는 시추조사와 굴절법 탄성파탐사로 지하의 층서구조를 파악하고 지표 상에 나타난 인장균열(tension cracks)을 기반으로 전기비저항 탐사와 시추공 영상촬영을 추가로 수행하여 인장균열의 지표 흔적에서 이어지는 활동연약대를 파악하고자 하였다. 파악된 층서구조와 이에 해당하는 각종 지반정수들을 기반으로 사면의 안정성 해석을 실시하여 땅밀림 산사태의 활동연약대를 확인해보았다.

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Fig. 2.

Flowchart of the research stream for this research.

지표조사에서 관찰된 인장균열

지표지질조사를 통하여 관찰된 인장균열은 경사면을 이루는 지반이 중력 방향 및 응력이 해소되는 방향으로 밀리는 현상에 따라 발생되는 것으로 사면의 붕괴 위험성을 높이는 핵심적인 인자로서의 역할을 한다(Leighton, 1966). 또한 인장균열에 의해 지반이 벌어지거나 단차가 발생되는 경우 지표수의 집중적인 침투를 유발할 수 있으므로 주의가 필요하다.

지형측량과 육안정밀조사를 통해 관찰된 지역의 땅밀림 산사태의 흔적으로서는 대체로 북동-남서 방향으로 발달하고 있는 총 연장 170 m의 인장균열을 들 수 있다. 인장균열은 대체로 2시 방향으로 발달하고 있으며, 땅밀림은 4~5시 방향으로 진행되는 것으로 추정되었다(Fig. 3). 주요 인장균열은 총 5개로 시추공 BH-1과 BH-2 사이에서 가장 긴 인장균열이 나타나고 있다(Fig. 1b). 균열의 폭은 35~40 cm, 높이는 30~45 cm의 범위로 사면 하부의 저수지 부근에서 석축에서의 배부름 현상과 약 20° 정도로 기울어져 있는 석축은 땅밀림 산사태의 현상을 잘 설명해준다. 또한 사면의 상부 부근은 테일러스(talus) 지형을 형성하여 유사한 크기의 암괴들이 군집되어 분포하기 때문에 사면 안정성 측면에서 볼 때 위험요인으로 작용할 수 있다.

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Fig. 3.

Photographs of the site showing the tension cracks and land creeping scarp observed in surface geological mapping. Red crooked line and thick red arrows represent the tension cracks and the direction of land creeping, respectively.

지층구조 파악

시추 자료

지하지질의 구성 물질과 특성을 파악하기 위하여 붕괴 구간의 3개 위치에서 시추공(BH-1, BH-2, BH-3)을 착정하여 시추조사를 실시하였다(Fig. 4). 추가적으로 각 시추공들을 잇는 측선을 설정하여 굴절법 탄성파탐사(refraction seismic survey)를 수행하여 탄성파 속도자료를 얻고 이를 시추자료와 연계시켜 각 지층의 연장성을 확인하였다.

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Fig. 4.

Stratigraphic cross section reconstructed from the borehole (BH-1, BH-2 and BH-3) data. Groundwater levels are indicated by horizontal arrows. N-values are attached to the boreholes.

시추자료에서 시추공 하부의 지층은 약 0.6~6 m의 두께의 붕적층(자갈이 섞인 실트질 점토)이 존재하고 그 밑으로 약 11~19.4 m 두께의 회장암(anorthosite)이 완전풍화된 풍화토(실트질 점토 및 모래)가 있다. 풍화토 하부로 약 0.3~0.9 m 두께의 풍화암(회장암이 심하게 풍화되어 토사화로 진행 중인 상태로 암편이 섞인 실트질모래 분포)이 있고 그 이하에서는 연암이 나타났다.

조사기간 중 측정된 지하수위는 지형의 고도와 거의 평행으로 형성되며 대체로 풍화암의 기저면과 일치되게 나타난다(Fig. 4). 이곳의 지하수위는 인접한 저수지의 영향을 많이 받을 것으로 예상하여 저수지 수위변화에 따른 지하수위 변동사항을 확인하기 위하여 인위적으로 저수지의 수위를 5일에 걸쳐 3 m 하강시켜 각 시추공에서의 수위변화를 확인하였다. 시추공 BH-1과 BH-3에서의 수위변화는 작았지만 시추공 BH-2에서의 수위변화는 1.13 m로 가장 크게 하강된 것으로 나타났다(Kim et al., 2017a). 수위변화가 큰 현상은 그 주변에 다수 존재하는 인장균열(Fig. 1b)과 시추공 영상촬영에서 확인된 집중파쇄대 등으로 설명된다. 즉 시추공 BH-2 부근은 다른 구간의 지반에 비해 상대적으로 공극 및 집중파쇄대가 상대적으로 많이 분포함에 따라 자연적으로 빠져나가는 지하수량이 많았을 것으로 추정된다.

탄성파속도 자료

굴절법 탄성파탐사는 직접파와 임계굴절파를 이용하여 지하의 속도구조를 파악하는 토목지질조사에서 가장 많이 쓰이는 지구물리탐사 방법이다. 지오폰 간격 7.5 m, 총연장 240 m로 설정하여 탐사를 수행하여 수집된 자료에 대한 토모그래피 역산으로 해석된 지층의 구조는 700 m/s 이하의 토사층, 700~1,200 m/s의 풍화암층, 1,200 m/s 이상의 기반암으로서(Fig. 5) 구분의 기준은 자연사면에서 일반적으로 제시되는 속도분포(Park, 2009)를 사용하였다.

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Fig. 5.

Seismic velocity structure of weathering soil, weathering rock, soft rock, and hard rock.

Fig. 5에서 탄성파 속도는 깊이에 따라 완만하게 증가하고 있으며, 1,200 m/s 이상의 속도를 보이는 연암층은 지표로부터 13.07~25.22 m의 깊이에 분포한다. 풍화토의 두께는 사면의 하부로 갈수록 두꺼워지는 경향을 보이고 있으며 기반암 표면의 깊이는 약 1,900 m/s의 속도값을 기준으로 그었는데 이는 시추공 자료에서 보이는 기반암 표면의 깊이(BH-1 : 20.3 m, BH-2 : 17.0 m, BH-3 : 20.9 m)와 잘 부합한다.

활동연약대 파악

전기비저항 자료

지하매질의 수평적 ‧ 수직적인 전기비저항의 분포를 현장에서 보다 효율적으로 취득할 수 있는 장점을 가진 쌍극자배열 전기비저항 탐사(electrical dipole-dipole resistivity survey)를 실시하여 처리 해석된 단면도에서 활동연약대를 파악하였다. 쌍극자배열법은 측선 전 구간에 대한 2차원 전기비저항 단면을 제공하여 자연훼손 없이 비파괴적으로 용이하게 탐사를 수행할 수 있으며, 전극간격 조절을 통해 수십 m에 달하는 지하 매질에 대한 정보를 얻을 수 있다(Kim et al., 2014).

특히 점토의 경우에는 입자상 또는 입자들 사이에 매우 높은 전기전도도를 나타내는 분산이중층(diffuse double layer)이 폭넓게 형성되기 때문에 전기비저항 값이 더욱 복잡한 양상을 갖고 있다(Jackson et al., 1978). 또한 점토의 전기비저항은 함수비에 따라 크게 달라져 예를 들어 수분이 30~40% 포함된 점토는 1~100 Ω ‧ m로서 250~1,700 Ω ‧ m의 표토, 100~200 Ω ‧ m의 마른점토에 비해 훨씬 낮은 것으로 평가되었다(Reynolds, 1997). Table 1은 나이지리아 칸토 지방의 풍화토, 풍화암과 기반암에 대하여 해석된 전기비저항 값이다. 연구 지역은 특히 모암이 회장암(anorthosite)으로서 풍화침식에 취약한 사장석 광물이 대부분을 차지하므로 풍화토, 풍화암은 물론 연암 및 기반암도 파쇄 및 공극의 발달로 화강암에 비하여 훨씬 낮은 비저항 값을 보일 것이다.

Table 1.

Material type and their representative resistivity ranges for Kano State, Nigeria (modified from Reynolds, 1997)

Material Resistivity range (Ω ‧ m)
Sandy soil with clay 60~100
Clayey sand soil 30~60
Clay 10~50
Weathered biotite granite 50~100
Weathered granite 50~140
Fresh granite 750~8,000

연구지역에 대한 쌍극자배열 전기비저항 탐사는 사태의 원인이 되는 주된 토사층의 미끄럼 활동이 점토의 전단강도 감소에 의해 일어날 수 있다는 점토융기 해석(Kim et al., 2001)을 참조하여 이와 관련된 지질의 연약대를 파악하는데 초점을 두고 실시하였다. 탐사는 붕괴된 사면을 대상으로 측정거리 240 m인 3개의 측선을 운용하였고, 이로부터 수집한 전기비저항 자료를 소프트웨어 Dipro(1996)를 이용하여 처리 ‧ 해석하고 이를 다른 자료들과 연관시켜 지질 연약대를 파악하였다(Fig. 6).

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Fig. 6.

Dipole-dipole resistivity structures for the lines (L-1, L-2, L-3). Geological weak zones of the lower resistivities (less than 150 Ω ‧ m) are associated with the wet silty clay in the weathering soil and rock. ★ indicates the natural toe abutment for preventing the downward development of slip weak zone.

측선 L-1과 L-2에서 사면 상부의 거리 60 m 지점 부근까지의 고비저항 이상대는 테일러스(talus) 지형의 영향으로 판단된다. 이후부터는 상부 심도에서 저비저항대가 우세하게 분포하는데 이는 풍화대의 분포로 인한 것으로 판단되며 하부 심도로 갈수록 점진적으로 비저항이 기반암의 영향으로 높아지는 것을 확인할 수 있다. 또한 측선 L-2 인장균열 부근의 고비저항 양상은 지표에 노출된 암편에 인한 것으로 보인다. 지표에서 관찰된 인장균열을 시점으로 150 Ω ‧ m의 등고선을 따라가며, 특히 측선 L-2에서는 시추공 BH-2의 약 8 m 깊이의 집중파쇄대를 지나가는 휘어진 형태로 파괴면을 추정하였다.

각 측선의 190 m 부근에 보이는 비저항이 상대적으로 높은 기반암 표면의 돌출부분(★로 표시됨)은 땅밀림 사면활동의 심부 진행을 가로막고 상부로 회전시키는 자연적인 바닥 받침대(natural toe abutment)(Yilmaz, 2015)의 역할을 한 것으로 해석된다. 특히, 측선 L-2에서의 휘어진 파괴면의 추정은 청룡저수지의 경계면에서 관찰된 인장균열의 흔적(Fig. 1b)으로 뒷받침될 수 있다.

시추공 영상촬영

시추 코어자료, 시추공탐사자료 및 물리검층 자료를 분석하여 분해능이 낮은 지표탐사 자료 외에 지하 현지(in-situ) 물성을 강조하는 지층구분 연구는 다양하게 진행되고 있다. Song et al.(2002)은 시추공 영상촬영과 시추코어 자료, 완전파형 음파검층 자료를 분석하고 지층 구분과의 상관성을 밝히는 연구를 하였고 Lee et al.(2011)은 시추코어 자료와 완전파형 음파검층, 밀도검층 자료를 이용하여 청주 화강암의 물성을 분석하고 절리분포를 파악하는 연구로 지층을 세분하였다.

시추공 영상촬영은 광원과 CMOS 영상 센서를 이용하여 시추공벽을 이미지로 구현하는 물리검층 기술로 지하의 불연속면에 대한 여러 가지 원위치 정보를 고분해능으로 제공한다. 특히 시추공벽의 색깔을 그대로 재현함으로써 불연속면뿐만 아니라 암층의 구분, 집중파쇄대 확인 등 여러 가지 정보 수집에 적극 활용되고 있다(Kim, 2015). 이 연구에서는 시추공영상화검층 중에서 광학 영상촬영(optical televiewer, OTV)을 이용하여 각층의 지질에 대한 이상대를 찾아내고자 하였다.

주된 절리는 진폭이미지에서 정현곡선(sine curve)으로 뚜렷이 보이는 불연속면과 관련이 있다. 파쇄가 집중적으로 일어날 경우 불연속면이 영상에서 선의 형태로 표시되지 않고 구간으로 표시된다. 지표지질조사를 통하여 확인한 인장균열 인근의 시추공 BH-2에서 8.3~8.8 m 지점의 약 50 cm 구간의 집중파쇄대를 관찰할 수 있었으며(Fig. 7) 이는 지표지질조사를 통하여 발견한 인근 인장균열의 영향인 것으로 판단하였다.

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Fig. 7.

Optical televiewer images of BH-2. The dark zones at depths of 8.3~8.8 m are caused by intensively fractured material.

안정성평가 해석

활동연약대 설정

지표지질조사의 인장균열과 시추조사와 굴절법 탄성파탐사에서 구분한 지하경계면, 그리고 전기비저항 탐사에서 파악한 지질 연약대를 기반으로 활동연약대를 설정하였다(Fig. 8). 땅밀림 현상의 주요 지시자인 인장균열이 발생한 지점부터 활동연약대의 시작 위치를 선정했으며 시추공 BH-2의 시추공 영상촬영에서 확인한 집중파쇄대 약 8 m 부근을 지나는 휘어진 형태의 활동연약대를 점선으로 표시하였다. 이 활동연약대를 기반으로 사면에 대한 안정성 평가를 실시하여 안전율을 결정하였다.

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Fig. 8.

Slip weak zone reconstructed with seismic refraction velocities and electrical resistivities, starting from the position of tension crack.

한계평형해석

사면안정해석은 한계평형방법(limit equilibrium method)을 주로 사용하고 있는데 이 방법은 직선, 원호, 대수나 선으로 가정된 표면이나 불규칙적인 표면을 따라 Coulomb의 파괴표준이 만족된다는 기본가정으로 활동면을 따라 파괴가 일어나려는 순간에 있는 토사체의 안정성을 해석하는 것이다. 절성토 사면의 안정해석에 널리 사용되고 있는 한계평형법의 적용성과 신뢰성은 현재까지 축적된 경험을 통하여 잘 알려져 있다. 한계평형이론에 의한 사면안정 해석방법은 여러 가지가 있으나 그 정확성은 강도정수와 사면의 기하학적 조건의 정확도 및 각 해석방법 고유의 정밀도에 따라 좌우되는데 대부분의 경우에는 각 해석방법의 차이보다는 강도 정수와 기하학적 조건이 결과에 더 큰 영향을 미치게 된다(Paik, 2007).

해석방법으로는 ∅= 0 해석법, Fellenius 방법, Bishop방법, Janbu의 방법, Spencer의 방법, Morgenstern and Price 방법, 일반한계평형(GLE) 방법, 대수나 선형해석방법, 무한사면해석법, 흙쐐기 해석법 등이 있으며(Paik, 2007) 이 연구에 활용한 프로그램은 SoilWorks를 안정성 검토의 해석은 Bishop의 간편법을 사용하였다.

Bishop의 방법은 정역학적으로 해를 얻기 위하여 설정한 가정 때문에 정해가 될 수 없으나 여기서 구해진 안전율(factor of safety, FS)은 실제 현장자료에 비교적 정확히 근접하기 때문에 사면 안정해석에 많이 이용하고 있다. Bishop의 간편법에 의한 안전율은 다음 식으로 계산된다(Bishop, 1955).

$$F_S=\frac{\Sigma c'b+(W-ub)\tan\phi'/m_\alpha}{\Sigma W\sin\alpha}$$ (1)
$$m_\alpha=\cos\alpha\left(1+\frac{\tan\alpha\;\tan\phi'}{F_S}\right)$$ (2)

위 식에서 W는 절편 흙의 전체중량(kN/m3), α는 경사도(°), c는 흙의 점착력(kPa), u는 간극수압(kN/m2), b는 절편 폭(m), Φ는 흙의 내부마찰각(°)이다.

연구 지역은 붕적층 및 풍화토층이 두껍게 분포하고 있음에 따라 토사비탈면의 한계평형해석을 통해 안정성을 검토하였다. 안정해석 대상 지층은 시추 및 물리탐사 결과를 바탕으로 하여 붕적층/풍화토, 풍화암, 기반암(연암, 경암)으로 구분하였으며, 각 지층에 대한 지반정수(ground constants)는 현장시험, 실내시험, 문헌자료 등을 종합적으로 고려하여 결정하였다(Table 2).

Table 2.

Ground constants applied to slope stability analysis

Rock type Wet unit weight
(kN/m3)
Saturated unit weight
(kN/m3)
Cohesion
(kPa)
Internal friction angle
(deg.)
Colluvial soil/Weathering soil 18 19 15 22
Weathering rock 20 21 50 28.5
Soft rock/Hard rock 22 23 150 40

지금까지 해석한 지하구조와 활동연약대를 기반으로 모델을 설정하여 사면에 건기(풍화암 이하일 때의 보통 지하수위)와 우기(물로 완전포화된 사면)에 대한 안정성 평가를 실시하였다. 일반적인 비탈면 기준안전율에 따르면 건기일 때의 안전율은 1.5보다 높고, 우기일 때는 1.2보다 높아야 사면이 안정하다고 말할 수 있다(Paik, 2007).

프로그램 해석을 통한 연구지역의 사면 안전율은 건기일 때는 1.69로 비교적 안전한 것으로 평가되었지만 우기일 때는 0.89로 1.2보다 현저히 떨어져 허용안전율에 못 미치는 결과가 나왔다. 또한 프로그램에서 출력된 휘어진 파괴면(Fig. 9)과 Fig. 8에 표시한 활동연약대는 거의 같은 형태로 표현되는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 점은 전기비저항 단면, 시추공 영상촬영, 인장균열 흔적으로 설정된 활동연약대가 적합하다는 점을 뒷받침해주며, 조사지역의 지질환경이 특히 집중호우에 허용안전율에 못 미치는 불안정한 사면이라는 점을 시사해준다.

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Fig. 9.

Slope stability analysis of slip weak zone for (a) dry season and (b) rainy season. The symbol ∇ indicates the ground-water level. Vertical arrow indicates the position of tension crack.

결 론

2016년 경남 하동군에서 발생한 땅밀림 산사태와 관련된 활동연약대를 파악하기 위하여 시추 ‧ 검층 및 지구물리탐사 자료들을 복합적으로 해석하였다. 시추조사와 굴절법 탄성파탐사로 지하의 층서구조를 파악하고 지표 상에 나타난 인장균열을 기반으로 전기비저항 탐사와 시추공 영상촬영을 수행하여 인장균열 지점으로부터 이어지는 활동연약대를 매핑하였다. 또한 파악된 층서구조와 이에 해당하는 각종 지반정수들을 기반으로 사면의 안정성 해석을 실시하여 활동연약대를 확인하였다.

시추 및 탐사 결과 붕적층과 풍화토를 포함한 토사층이 땅밀림이 일어난 남동방향을 따라 점진적으로 두꺼워지고, 곳에 따라 1 m까지 얇아지는 풍화암의 표면은 지하수로 포화된 것으로 나타났다. 따라서 수분을 많이 함유한 풍화암은 전단력을 감소시켜 단단한 기반암 상부 토층의 슬라이딩을 야기시킬 가능성이 있는데 이러한 지질환경이 땅밀림을 발생시킨 활동연약대와 관련된 것으로 해석된다.

시추공 영상촬영을 통해 지표면 아래 8.3 m 깊이에서 탐지된 집중파쇄대는 전기비저항 자료에서 해석된 활동연약대의 한 부분으로서 전기비저항 단면도의 인장균열을 시점으로 약 150 Ω ‧ m의 비저항 등고선을 따라 휘어진 형태의 파괴면을 설정하였다. 또한 기반암 표면의 고비저항 돌출부는 하부로 진행하는 파괴면을 억제하여 위로 회전시키는 자연적인 바닥 받침대(natural toe abutment)의 역할을 한 것으로 해석하였다.

시추조사와 복합 지구물리탐사로 파악된 층서구조와 활동연약대를 기반으로 사면의 안정성 해석을 실시한 결과, 사면이 물로 포화됐을 때 즉, 강우나 국지성호우가 온다고 가정할 경우 해당 허용안전율에 못 미치는 0.89의 안전율이 산출되어 불안정한 사면으로 해석되었다. 또한 프로그램에서 산출된 파괴면이 지표지질조사의 인장균열로부터 시추공 BH-2까지 휘어진 형태에 근접되는 점을 고려할 때 탄성파 굴절법과 전기비저항, 시추공 영상촬영 방법으로 땅밀림 산사태의 휘어진 파괴면이 충분히 파악된 것으로 보인다.

Acknowledgements

이 논문은 충북대학교 국립대학육성사업(2020) 지원을 받아 작성되었습니다. 또한 사면 안정해석에 도움을 준 문성우 박사에게 감사의 뜻을 전합니다.

References

1

Bishop, A.W., 1955, The use of the slip circle in the stability analysis of slopes, Geotechnique 5(1), 7-17.

10.1680/geot.1955.5.1.7
2

Dipro, 1996, Electrical resistvity dipole-dipole processing software, Hisong Ltd.

3

Jackson, P.D., Taylor, S.D., Stanfords, P.N., 1978, Resistivity-porosity-particle shape relationships for marine sands, Geophysics, 43(6), 1250-1268.

10.1190/1.1440891
4

Jung, J.G., Lee, J.M., 2003, Igneous petrology, Sigmapress, 390p (in Korean).

5

Kang, J.H., Lee, D.S., 2015, Formation process and its mechanism the Sancheong anorthosite complex, Korea, Economic and Environmental Geology, 48(6), 431-449 (in Korean with English abstract).

10.9719/EEG.2015.48.6.431
6

Kim, H.G., Kim, M.I., Lee, M.S., Park, Y.S., Kwak, J.H., 2017a, Correlation of deep landslide occurrence and variation of groundwater level, Journal of The Korea Society of Forest Engineering and Technology, 15(1), 1-12 (in Korean with English abstract).

7

Kim, J.S., Han, S.H., Jeong, G.C., 2001, Surface geophysical investigations of a slope-failure terrane at Wiri, Andong, Korea, Economic and Environmental Geology, 34(2), 193-204 (in Korean with English abstract).

8

Kim, J.S., Lee, J.H., Kim, Y.S., Jung, H.S., Yun, S.H., Kim, J.K., Park, D.K., Kim, G.W., Gil, Y.W., Youn, D.O., Youn, S.O., Lee, J.E., Ha, J.W., Lee, D.J., 2017b, Natural hazards and disasters prevention, 4th Edition, Sigmapress, 559p (in Korean).

9

Kim, J.S., Song, Y.S., Yoon, W.J., Cho, I.K., Kim, H.S., Nam, M.J., 2014, An introduction to applied and environmental geophysics, 2nd Edition, Sigmapress, 729p (in Korean).

10

Kim, J.Y., 2015, Next-generation geophysical exploration and measurement methods, CIR, 452p (in Korean).

11

Lee, S.J., Lee, C.H., Jang, H.S., Kim, J.S., 2011, Physical properties of and joint distribution within the Cheongju granitic mass, as assessed from drill-core and geophysical well-logging data, The Journal of Engineering Geology, 21(1), 15-24 (in Korean with English abstract).

10.9720/kseg.2011.21.1.015
12

Leighton, F.B., 1966, Landslide hazard assessment in the context of development, In Engineering Geology in Southern California, ed., R. Lung and R. Proctor, 149-97.

13

NFCF (National Forestry Cooperative Federation), 2018, Final report on basic survey of areas concerned with landslide occurrence in 2018, Korea Forest Service, 213p (in Korean).

14

Paik, Y.S., 2007, Soil mechanics written and released in lecture style, Gumibook, 973p (in Korean).

15

Park, J.O., 2009, Geophysical investigation for detecting a bedrock and geological characterization in natural slope, The Journal of Engineering Geology, 19(1), 1-8 (in Korean with English abstract).

16

Reynolds, J.M., 1997, An introduction to applied and environmental geophysics, John Wiley and Sons, New York, 789p.

17

Shin, H.O., Kim, M.I., Yoon, W.J., 2018, Application of geophysical exploration technique to the identification of active weak zones in large scale mountainous region, Journal of Korean Geophysical Society, 21(3), 162-170 (in Korean with English abstract).

18

Song, M.Y., Kim, H.S., Park, J.O., 2002, Relationship between lithology and rock physical property using borehole prospecting, The Journal of Engineering Geology, 12(2), 127-135 (in Korean with English abstract).

19

Stead, D., Wolter, A., 2015, A critical review of rock slope failure mechanisms: The importance of structural geology, Journal of Structural Geology, 74, 1-23.

10.1016/j.jsg.2015.02.002
20

Varnes, D.J., 1984, Landslide hazard zonation : A review of principle and practice, United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization, 9-59.

21

Woo, B.M., 1997, Erosion control engineering, Hyang-moon Corp, Seoul, 310p (in Korean).

22

Yilmaz, 2015, Engineering seismology with applications to geotechnical engineering, SEG, 964p.

10.1190/1.9781560803300
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