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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 신호성
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 울산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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최근 전세계적으로 이상기후의 영향으로 인한 집중강우의 발생빈도가 증가되고 있는 추세이다. 우리나라는 지리적인 영향으로 인하여 연강수량 중 대부분이 6~9월에 집중되는 게릴라성 집중강우를 보이고 있으며, 강우의 침투로 인한 사면의 붕괴가 빈번히 발생되고 있다.
기존의 사면의 설계는 건조상태와 포화상태로 해석하는 포화 토질역학의 이론이 적용되고 있다. 그러나 실제 지반은 불포화 상태로 존재하므로 불포화 상태에 대한 지반의 안정성 평가가 필요하다. 불포화토는 부의 간극수압의 영향으로 인해 지반의 유효응력을 증가시키지만 강우에 의한 물의 침투에 의해서 부의 간극수압이 감소하게 되면 사면의 불안정을 초래하게 된다.
지반의 안정성 해석시 대상지반에 지질 및 지반공학적 특성, 지형적 특성, 강우 특성 등 많은 변수들을 고려해야 한다. 특히 강우 특성은 지반의 안정성에 많은 영향을 준다. 현재 강우 특성에 대한 사면의 안정성 분석에 대한 연구는 매우 활발히 이루어지고 있는 반면 선행강우를 고려한 해석은 매우 미비한 실정이다. 또한 선행강우에 대한 선행연구자들은 상용프로그램을 이용한 사면의 안정성 평가만 이루어질뿐 실제 지반에 대한 실험적 연구는 전무한 현실이다.
따라서 본 연구에서는 선행강우를 고려한 불포화토의 침투특성에 알아보기 위하여 일차원 실내실험을 수행하였다. 연구에 사용된 시료는 변성암 풍화토로 각각 물리적, 역학적 특성이 다른 춘천지역과 충주지역의 시료를 사용하였다. 턴시오미터와 전기저항 탐침 계측기기를 하여 강우 침투시 시간 경과에 따른 깊이별 간극수압의 변화 및 포화도의 변화를 통해 습윤전선의 하방향 진행을 확인할 수 있었다. 침투속도의 산정은 계측기기의 구간별 탐지시간차와 계측기기 사이의 거리로써 평균화하였으며 유출속도에 따른 침투속도도 비교 분석하였다. 강우강도의 증가에 따라 두 시료 모두 침투속도가 증가하였으며 충주지역에 비해 춘천지역의 침투속도가 비교적 빠르게 나타났다. 이는 두 시료의 물리적, 역학적 특성 및 수리학적 특성(투수계수, 함수특성곡선)의 차이 때문으로 판단된다.
선행강우의 영향을 고려하기 위하여 선행강우 후 일정 비강우 기간을 거친 후 다시 강우를 재현하였다. 선행강우기간동안 부의 간극수압 소산을 확인할 수 있었으며 비강우기간 동안 소산된 간극수압이 회복하는 것을 확인하였다. 춘천 시료의 경우 17kpa의 값까지 회복하였으며 충주 시료의 경우 7kpa의 값까지 회복하였다. 선행강우시와 강우시의 침투속도를 비교해본 결과 선행강우시보다 강우시의 침투속도가 더욱 빠른 것을 확인할 수 있었으며 춘천지역의 경우 60mm/hr의 강우강도에서 선행강우시보다 3배정도 큰 침투속도를 보였다.
기존의 사면의 설계는 건조상태와 포화상태로 해석하는 포화 토질역학의 이론이 적용되고 있다. 그러나 실제 지반은 불포화 상태로 존재하므로 불포화 상태에 대한 지반의 안정성 평가가 필요하다. 불포화토는 부의 간극수압의 영향으로 인해 지반의 유효응력을 증가시키지만 강우에 의한 물의 침투에 의해서 부의 간극수압이 감소하게 되면 사면의 불안정을 초래하게 된다.
지반의 안정성 해석시 대상지반에 지질 및 지반공학적 특성, 지형적 특성, 강우 특성 등 많은 변수들을 고려해야 한다. 특히 강우 특성은 지반의 안정성에 많은 영향을 준다. 현재 강우 특성에 대한 사면의 안정성 분석에 대한 연구는 매우 활발히 이루어지고 있는 반면 선행강우를 고려한 해석은 매우 미비한 실정이다. 또한 선행강우에 대한 선행연구자들은 상용프로그램을 이용한 사면의 안정성 평가만 이루어질뿐 실제 지반에 대한 실험적 연구는 전무한 현실이다.
따라서 본 연구에서는 선행강우를 고려한 불포화토의 침투특성에 알아보기 위하여 일차원 실내실험을 수행하였다. 연구에 사용된 시료는 변성암 풍화토로 각각 물리적, 역학적 특성이 다른 춘천지역과 충주지역의 시료를 사용하였다. 턴시오미터와 전기저항 탐침 계측기기를 하여 강우 침투시 시간 경과에 따른 깊이별 간극수압의 변화 및 포화도의 변화를 통해 습윤전선의 하방향 진행을 확인할 수 있었다. 침투속도의 산정은 계측기기의 구간별 탐지시간차와 계측기기 사이의 거리로써 평균화하였으며 유출속도에 따른 침투속도도 비교 분석하였다. 강우강도의 증가에 따라 두 시료 모두 침투속도가 증가하였으며 충주지역에 비해 춘천지역의 침투속도가 비교적 빠르게 나타났다. 이는 두 시료의 물리적, 역학적 특성 및 수리학적 특성(투수계수, 함수특성곡선)의 차이 때문으로 판단된다.
선행강우의 영향을 고려하기 위하여 선행강우 후 일정 비강우 기간을 거친 후 다시 강우를 재현하였다. 선행강우기간동안 부의 간극수압 소산을 확인할 수 있었으며 비강우기간 동안 소산된 간극수압이 회복하는 것을 확인하였다. 춘천 시료의 경우 17kpa의 값까지 회복하였으며 충주 시료의 경우 7kpa의 값까지 회복하였다. 선행강우시와 강우시의 침투속도를 비교해본 결과 선행강우시보다 강우시의 침투속도가 더욱 빠른 것을 확인할 수 있었으며 춘천지역의 경우 60mm/hr의 강우강도에서 선행강우시보다 3배정도 큰 침투속도를 보였다.
목차
제 1 장 서 론1.1 연구 배경 및 목적1.2 연구 동향1.2.1 국내 동향1.2.2 국외 동향제 2 장 이론적 배경2.1 불포화토의 특성2.1.1 기본 구조 및 체적-질량(Volume-Mass) 관계2.1.2 모관흡수력2.1.3 표면장력2.2 불포화토의 수리학적 특성2.2.1 함수특성곡선(SWCC)2.2.2 이력현상(Hysteresis)2.2.3 불포화토의 투수특성2.3 불포화토의 역학적 특성2.3.1 불포화토의 전단강도2.4 일차원 침투이론2.4.1 Green and Ampt 모델2.4.2 Richards 모델2.4.3 Philip 모델2.4.4 습윤대 방법2.4.5 Mein and Larson모델2.4.6 경험적 침투 모델제 3 장 일차원 실내 강우침투 실험3.1 실험 방법3.1.1 실험 장치3.1.2 계측 센서3.1.3 강우 조건3.2 분석 시료의 특성3.3 실내침투실험 결과3.3.1 시간에 따른 깊이별 간극수압 변화3.3.2 시간에 따른 깊이별 포화도 변화3.3.3 선행강우의 영향3.4 침투속도의 비교3.4.1 계측 센서별 침투속도 비교3.4.2 강우강도별 침투속도 비교3.4.3 선행강우의 영향에 따른 침투속도 비교제 4 장 결 론참 고 문 헌
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