절토사면 붕괴

정의와 키워드

절토사면 붕괴는 지반을 깎아 만든 비탈면이 스스로 무너지는 현상이다.

붕괴는 사면 내부의 전단응력이 활동면의 전단강도를 넘어설 때 일어난다.

핵심 키워드는 전단응력, 전단강도, 간극수압, 풍화 등이다.

붕괴 발생 메커니즘

외적 원인은 하중 증가, 진동, 지하수위 변동에 따른 수압 변화다.

내적 원인은 풍화, 균열, 내부수압 증대 등이다.

두 원인이 누적되면 전단응력이 늘고 전단강도가 줄어든다.

전단응력이 전단강도를 넘어서면 사면이 붕괴된다.

안전율과 전단강도 식

안전율 F_s는 활동면의 전단강도를 전단응력으로 나눈 값이다.

흙의 전단강도는 쿨롱 식으로 쓰며, c'는 유효점착력, φ'는 유효내부마찰각이다.

간극수압 u가 커지면 유효응력이 줄어 F_s가 떨어진다. 강우와 지하수가 붕괴를 일으키는 이유다.

F_s가 1보다 작으면 붕괴 가능성이 크다.

붕괴 유형 비교

붕괴 유형은 불연속면의 방향과 사면 경사의 관계로 먼저 나눈다.

평면파괴는 불연속면이 사면보다 완만하고 마찰각보다 급할 때 생긴다.

쐐기파괴는 두 불연속면의 교선이 사면 방향으로 함몰할 때 생긴다.

전도파괴는 절리가 사면과 거의 평행하고 사면 안쪽으로 기울 때 나타난다.

토사와 풍화암 사면에서는 원호파괴가 대표적이다.

정답은 전도파괴다. 절리가 사면과 평행하고 안쪽으로 기울어 있기 때문이다.

대책의 순서

절토사면 대책은 현장·지질 조사와 안정해석에서 시작한다.

배수공은 가장 먼저 검토하는 대책이다. 간극수압을 낮추면 구조물 없이도 F_s가 회복되기 때문이다.

배수 다음에는 구배 완화, 소단, 옹벽 같은 구조적 보강을 적용한다.

이어서 앵커와 낙석방지망 같은 표층 보강을 시행한다.

마지막으로 변위와 간극수압을 계측해 대책 효과를 확인한다.

정리와 확인 문제

절토사면 붕괴의 핵심은 전단응력과 전단강도의 관계다.

원인, 유형, 대책을 같은 틀로 정리하면 어떤 문항에도 답할 수 있다.

배수는 근본 대책이므로 보강보다 앞에 둔다. 계측은 변위와 간극수압을 함께 본다.

마지막으로 배수공을 가장 먼저 검토하는 이유를 확인해 보자.

정답은 간극수압을 낮춰 안전율을 회복시키기 위해서다.