강우침투 사면안정

강우와 사면 파괴

강우침투 사면안정은 강우로 생긴 간극수압이 사면의 안전율을 낮추는 현상을 해석하는 것이다.

건기 조건만으로 설계한 비탈면은 집중호우 때 얕은 표층부터 무너지기 쉽다. 그래서 침투 해석이 필요하다.

전단강도와 유효응력

핵심 원리는 Terzaghi 유효응력 원리다. 전단강도는 Mohr-Coulomb 식으로 나타낸다.

강우로 간극수압 u가 커지면 σ − u가 줄어 전단강도가 감소한다.

불포화토에서는 음의 간극수압인 부압이 흙 입자를 서로 당겨 겉보기 점착력이 된다.

침투가 지하수면까지 닿으면 부압이 사라져 안전율이 급격히 떨어진다.

무한사면 안전율

지표면까지 포화된 c′=0 사질토 무한사면은 이 식으로 안전율을 구한다.

γ′는 수중단위중량, γsat는 포화단위중량이다. 두 단위중량의 비가 안전율을 지배한다.

지하수면이 지표 아래 깊이 z에 있으면 안전율은 tanφ′/tan i에 가깝다.

깊이에 따른 감소가 없다는 점이 강우 침투 해석의 핵심이다.

계산 예제

가상의 사질토 사면으로 계산해 본다. 지표면까지 포화된 조건이다.

이 조건의 안전율은 tanφ′/tan i에 (1 − γw/γsat)를 곱해 구한다.

tan35°는 0.700, tan30°는 0.577이므로 두 값의 비는 약 1.213이다.

1.213에 0.484를 곱하면 FS는 약 0.59다. 1.0보다 작아 사면은 불안정하다.

지하수위가 지표 아래에 있으면 같은 사면의 안전율은 크게 올라간다.

파괴 형태 비교

얕은 표층 파괴와 깊은 활동 파괴는 파괴면의 깊이와 지하수 분포로 구분한다.

얕은 파괴는 파괴면이 지표와 거의 평행하므로 무한사면 식으로 간단히 계산한다.

깊은 파괴는 원호나 비원형 활동면을 가정해 모멘트 또는 힘의 평형을 계산한다.

강우 직후 단기 조건에서는 전응력 해석을 쓸 수 있으나, 침투가 지속되면 유효응력 해석이 기본이다.

전응력 해석을 쓸 때는 강우의 영향이 빠져 있다는 점을 답안에 적는다.

헷갈리는 점과 정리

헷갈리기 쉬운 실수부터 짚는다.

정상상태 가정으로 강우 중 지하수위를 지표면까지 올리는 것은 실수다.

사질토에 점착력 항을 남기거나 침투 방향을 연직으로 가정하는 것도 실수다.

채점은 식 선택의 근거와 정상상태 또는 비정상상태 가정을 명시했는지에 중점을 둔다.

강우 침투는 간극수압과 흡수력 소멸로 안전율을 떨어뜨린다. 해석은 최저 안전율을 함께 본다.