비탈면 붕괴

정의

비탈면 붕괴는 흙이나 암반으로 된 사면이 스스로 무너지는 현상이다.

흙을 아래로 미는 힘인 전단응력이 버티는 힘인 전단강도보다 커지면 붕괴가 일어난다.

이 개념은 1교시 용어 문제와 4교시 논술 문제에 반복해 출제된다.

안전율

안전율은 전단강도와 전단응력의 비로 정의한다.

F가 1보다 크면 전역적으로 안정하고, 1보다 작으면 붕괴로 본다.

활동면 전체에서 가장 작은 F가 그 비탈면의 안정성을 대표한다.

F가 1 근처이면 한계 상태로 보고 보강이 필요하다.

정답은 불안정이다. F가 1보다 작기 때문이다.

붕괴 과정

붕괴는 대부분 강우와 지하수에서 시작되는 연쇄 과정으로 진행된다.

강우와 지하수가 들어오면 간극수압이 커지고, 흙의 유효응력과 전단강도가 줄어든다.

활동면이 서로 이어져 변위가 가속되면 토사가 하부로 쏟아진다.

이 과정을 알면 어디를 막아야 하는지 보인다. 배수가 기본 대책이다.

붕괴 형태

붕괴 형태는 파괴면의 모양에 따라 네 가지로 나뉜다.

회전파괴는 곡면 활동면으로 흙 사면에서 가장 흔하다.

병진파괴는 얕은 풍화층이 기반암 위에서 평면으로 미끄러질 때 생긴다.

복합파괴와 쐐기파괴는 각각 곡면과 평면의 결합, 두 불연속면의 교선에서 생긴다.

형태를 구분해야 대책 공법을 고를 수 있다.

계산 예제

무한사면의 안전율을 간단히 계산해 보자.

주어진 값은 γ 18kN/㎥, z 3m, β 30°, c 10kPa, φ 30°이고 간극수압 u는 0이다.

분자는 γz cos²β가 40.5kPa이고, 여기에 tan30°를 곱해 23.4kPa이 된다. 점착력 10kPa를 더하면 33.4kPa이다.

분모는 γz sinβ cosβ로 23.4kPa이다. 따라서 F는 33.4를 23.4로 나눈 1.43이다.

F는 1.0보다 크므로 이론상 안정이다. 다만 영구 사면 기준 1.5 이상과 비교하면 기준에는 못 미친다.

실수와 정리

시험 답안에서 점수를 잃는 대표적인 실수가 몇 가지 있다.

원인은 지질, 지형, 수리 세 축으로 나눠 쓰고, 원인마다 대책을 짝지어 쓴다.

회전활동은 곡면, 병진활동은 평면 활동면이다. 두 형태를 혼동하지 않는다.

안전율은 값만 쓰지 말고 정적·동적, 장기·단기 조건을 함께 적는다.

사면 붕괴는 강우, 지하수, 지질 구조가 함께 작용하는 복합 현상이다.