토사사면 붕괴 원인

정의

토사사면 붕괴는 사면 안의 흙덩이가 중력에 의해 아래로 미끄러지는 현상이다.

흙을 미끄러뜨리는 힘은 전단응력이고, 흙이 버티는 힘은 전단강도다.

두 값의 비인 안전율이 1.0 미만이면 붕괴가 예상된다.

안전율

안전율은 전단강도를 전단응력으로 나눈 값이다.

흙이 버티는 힘인 전단강도와 미끄러뜨리는 힘인 전단응력을 비교하는 것이다.

안전율이 1.0 미만이면 활동면을 따라 붕괴가 예상된다.

강우와 간극수압

전단강도는 점착력과 유효수직응력에 의한 마찰저항의 합이다.

강우가 지표에서 침투하면 간극수압이 올라 붕괴의 대표 원인이 된다.

간극수압 u가 커지면 유효응력이 줄어 전단강도가 떨어진다.

이 과정은 전단응력이 거의 변하지 않은 채 전단강도만 낮춘다.

원인 구분

붕괴 원인은 전단응력을 키우는 요인과 전단강도를 낮추는 요인으로 나뉜다.

전단응력은 경사 급화, 절토, 상부 과적재, 지진 하중에 커진다.

전단강도는 점착력 저하와 풍화, 연화로 줄어든다.

강우 침투와 급속수위강하는 간극수압을 올려 전단강도를 떨어뜨린다.

얕은 토사층은 무한사면 식으로 전단응력을 구한다.

설계 안전율

설계 안전율의 구체 값과 해석 방법은 설계기준이 정한다.

장기 조건의 설계 안전율은 1.5 이상을 적용한다.

단기·강우 시와 지진 시는 관련 기준이 정한 값 이상을 적용한다.

계산 예제

예제로 무한사면의 안전율을 확인한다.

간극수압을 뺀 유효응력으로 마찰 항을 계산해 전단강도 15.65 kPa를 얻는다.

전단응력은 흙의 무게와 경사각 계산으로 23.38 kPa가 나온다.

안전율은 15.65를 23.38로 나눈 0.67이다.

0.67은 1.0보다 작아 포화 조건에서 붕괴 가능성이 높다. 이 값은 가상의 예다.

정리

토사사면 붕괴 원인은 전단응력 증가, 전단강도 감소, 간극수압 상승으로 정리된다.

원인과 대책을 짝지어 쓰면 감점을 줄일 수 있다.

직접 풀기의 정답은 0.67이다. 이 값이 1.0보다 작으므로 붕괴가 예상된다.