사면 안정해석

사면 안정해석이란

사면 안정해석은 흙이나 암반 사면이 무너지지 않고 버티는지를 따지는 해석이다.

버티는 힘인 전단강도와 무너뜨리는 전단응력의 비가 안전율이다.

안전율이 1.0 미만이면 그 파괴면을 따라 사면이 불안정하다.

전단강도와 유효응력

흙의 전단강도는 Mohr-Coulomb 파괴기준으로 나타낸다.

유효응력은 전응력 σ에서 간극수압 u를 뺀 값이다.

간극수압이 커지면 유효응력이 줄고, 전단강도도 감소한다.

무한사면과 지하수

해석은 건기 상태만이 아니라 우기와 지하수 상승 상태도 함께 검토해야 한다.

건조한 사질토의 무한사면 안전율은 tan φ'를 tan i로 나눈 값이다.

지표면까지 포화되면 간극수압이 커져 유효응력이 줄고, 안전율도 낮아진다.

토사와 암반의 해석 차이

앞 문제의 정답은 안정하다. 사면각이 내부마찰각보다 작기 때문이다.

토사사면은 원호파괴를 주로 가정하고, 절편법으로 안전율을 구한다.

암반사면은 불연속면의 방향과 전단저항이 파괴 형태를 결정한다.

그래서 암반은 평면, 쐐기, 전도 파괴를 나눠 힘이나 모멘트 평형으로 검토한다.

헷갈리는 점과 채점 포인트

사면 안정 문항에서 자주 틀리는 부분은 세 가지다.

첫째, 우기 조건에서 전단강도를 전응력으로 계산하면 안전율이 과대평가된다.

둘째, 토사사면과 암반사면의 해석 대상을 혼동하지 않는다.

셋째, 안전율의 정의를 쓰지 않고 수치만 적으면 감점된다.

정리

이제 사면 안정해석의 핵심을 정리한다.

안전율은 저항 전단강도를 발생 전단응력으로 나눈 값이다.

토사는 원호파괴, 암반은 불연속면 방향으로 해석법을 나눈다.

대책은 배수, 경사 완화, 억지말뚝, 앵커, 소일네일링 중에서 고른다.