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연구과제명 기후변화에 따른 사면구조물의 위험도 평가 및 재해 적응기술 개발 
성명 정상섬  소속 연세대학교 
E-mail soj9081@yonsei.ac.kr 
연구실명 기초시스템연구실  연구실홈페이지 http://www.geossil.com/korean/portal.php 
구분 제 2 총괄  1 세부 

연구의 당위성 및 필요성

  • 지반공학적인 관점에서 기후변화는 지반의 전단강도 특성 변화 및 불확실성 증대와 지반구조물 거동특성 전반에 예측하기 어려운 문제들을 야기 시킬 수 있음.

  • 이중 국내의 경우에는 전체 국토의 70%가 산지이고 경제적, 기술적 측면에서 그 활용이 증대되고 있으나 사면 재해로 인한 인명과 재산피해가 막대하고 그 규모가 꾸준히 증가하고 있기 때문에 기후변화에 따른 강우특성과 기온특성을 고려한 불포화 풍화토 사면에 대한 연구가 절실히 필요한 실정.

  • 실례로 올해 7~8월과 지난해 9월중의 집중강우로 인하여 도로 주변의 절개지 붕괴로 인해 도로가 유실되어 경제적·사회적인 큰 손실이 있음.

  • 특히, 국내 사면은 천층 및 표층의 50% 이상이 풍화된 계열로 화강토, 편마암토, 그리고 붉은 산토 등으로 구성되어 있으며 풍화정도와 포화정도에 따라 사면 거동이 매우 다르게 나타남.

  • 따라서 불포화 풍화토로 구성된 사면의 위험도 및 안정성을 평가하기 위해서는 불포화 풍화토사면 특성 및 보강재와의 상호 Coupling에 관한 연구 및 관련기술의 개발 필요성이 요구됨.

국내외 연구현황 및 한계점

  • 불포화 지반 모델이 제안되고 있으며(이승래, 2001), 풍화토의 세립함유량에 따른 함수특성과 강우 재현기간과 포화깊이에 따른 불포화 초기투수계수 등에 대한 연구가 진행됨(강인규 등, 2007; 김재홍 등, 2010).

  • 함수특성곡선, 불포화 투수계수·전단강도에 관한 실험과 개념에 대한 연구가 진행됨(정상섬 등, 2004).

  • 국외에서는 불포화토의 함수특성 정량화 및 강우침투로 인한 불포화 사면의 안정성 평가에 대한 연구 결과를 실제 현장에 적용하고 있으며, DB를 구축하여 이를 종합적으로 관리 운영하고 있음(Kun 등, 2009; Rong 등, 2010).

  • 불포화 풍화토 지반정수가 실제 사면설계에 반영되지 못하고 있으며, 건조·습윤 및 혹서·혹한에 따른 시간이력현상을 반영한 함수특성 및 흡수력의 정량화 기술이 매우 미흡함.

  • 강우 및 기온 특성에 따른 국내 불포화 풍화토 사면의 파괴 메커니즘 규명 및 사면 보강재와 활동지반간의 상호 Coupling을 고려한 해석기법에 대한 연구가 미약함.

  • 국내의 경우 기후변화에 따른 강수량과 기온특성이 지역적으로 다르게 나타나고 있기 때문에 이를 고려한 사면설계 기술이 개발되지 못하고 있음.

차별성

  • 강우·기온 특성 및 시간개념이 고려된 불포화 풍화토의 대표 물성치를 정량화하여 DB 구축

  • 기존 산사태 예보 기준 및 시스템을 바탕으로 불포화 풍화토사면의 지반특성(풍화, 투수·함수특성, 흡수력 등)과 기후변화 요소(강우강도, 강우지속기간, 기온 및 지하수위 변화 등)가 복합적으로 고려된 사면안정관리 시스템 구축 및 산사태 위험도 예보기준 정립

  • 지속적인 모니터링을 통해, 국내 사면재해 대응기술을 사후 대응 중심에서 적응기술로의 전환

연구과제 추진방법 및 추진체계

  • 본 연구과제는 강우 시 국내 풍화토 사면 재해저감을 위해 불포화토의 특성 정량화 및 사면안정성 평가기법 개발, 그리고 사면의 사전붕괴거동을 예측하는 시스템 개발을 목표로 연구를 진행할 계획임. 종합적인 연구추진 방법과 체계는 다음과 같음.

    • 불포화 함수특성 정량화 기술 개발 
      • 국내 풍화토 사면 지반의 특성을 반영하고 불포화토의 건조/습윤 및 혹서/혹한에 따른 이력현상을 반영한 흡수력 및 함수특성의 정량화가 매우 미흡한 실정임. 
      • 본 연구에서는 불포화 풍화토 사면의 기후인자 특성 정량화 기술 개발을 위해 불포화토의 흡수력 및 풍화도를 측정할 계획이다. 이를 통해 불포화토 함수특성곡선을 구축하고, 실내·외 실험을 통한 풍화도 특성을 정량화하며, 현장검증을 통해 기후변화에 따른 강우특성을 파악하고자 함.

    • 불포화 사면구조물의 안정성 평가 및 안정화 기법 개발 
      • 함수특성곡선, 불포화 투수계수, 불포화 전단강도에 관한 실험과 개념이 공유되며 연구가 진행되는 중이나, 불포화 지반정수가 실제 사면설계에 반영되지 못하고 있는 실정임. 
      • 따라서 강우특성 및 시간개념이 도입된 보강기법 및 보강재-지반의 상호특성을 고려한 해석기법을 개발하고자 함.

    • 위험도 조사기법 및 예보시스템 개발 
      • 요소기술의 개발을 통해 사면구조물의 위험도 평가 및 재해적응기술의 실용화를 목표 함. 
      • 개발된 요소기술을 바탕으로 현장계측을 통해 DB를 구축하고, 불포화 풍화토 사면의 재해저감을 위한 평가·예보·보강시스템을 구축하고자 함. 
      • 지속적인 모니터링을 통해, 국내 사면재해 대응기술을 사후 대응 중심에서 적응기술로의 전환이 가능할 것으로 사료됨.

<연구추진체계(제 2 총괄 제 1 세부)>


기대효과

  • 본 연구 성과를 바탕으로 현재 국내 풍화토 사면구조물의 불포화토의 특성을 고려한 시공사례 확보를 통하여 점차 국제 기준에 부합하는 대표적 설계기법을 제시
  • 지속가능한 예보시스템을 통하여 신뢰도 있는 연구 데이터 확보 및 계속적인 설계법 향상 연구를 추구
  • 관련학회 및 시공사례 발표 등을 통하여 불포화 특성을 고려한 설계법의 효용성과 시공사례를 통한 적용성을 홍보 및 교육하고, 정기적인 교육의 기회를 마련하여, 국내 지반공학 기술자들의 관련 연구능력을 배양
  • 강우시 시간변화에 따른 침투 및 응력 해석기법 개발 및 풍화토 사면의 최적 보강기법 선정
  • 국내특성을 고려한 불포화 풍화토 사면의 위험도 평가 및 예보 시스템 개발
  • 강우로 인한 산사태 및 사면붕괴를 미리 예측하여 인명피해 및 재산피해를 미연에 방지
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