불포화토 – 사면안정

- 수평적 침윤선
- 집중호우 : 토층내 간극수압 급격히 증가
- 우리나라 : 자연사면 내 토층의 두께가 2m 이내로 얇음.
- 토층 내 강우침투로 인한 침윤선과 파괴면이 일치
- 사면안정 : 강우, 강우지속시간, 토층내 침투속도, 포화깊이
- 무한사면 : 사면경사, 점착력, 내부마찰각
- 시간 당 포화깊이를 통해, 침투 속도를 통해 안전율을 변화시키면서 안정성 검토.

- 집중호우
* 지반내 침투 - 모관흡수력(matric suction, ua-uw) – 전단강도 증가 – 감소 (모관흡수력 감소 및 지반의 포화)

모관흡수력, 불포화토 관련 참조 :
https://huedor2.tistory.com/804

* 지표면 부근 투수특성 변화로 일시적인 지하수위 – 안전율 감소 or 파괴
* Peak 강우 강도 후 안전율 회복
- 해석 : 간극수압 분포, 한계평형기법, 침투해석 (함수특성, 투수계수 등 고려), SEEP/W, SLOPE/W, GeoStudio
- 지표면까지 포화로 가정하는 비현실적인 보수적 설계기준(실제 현장과 맞지 않는)을 효율적으로 변경하기 위해 임계포화깊이를 산정하는 것이 중요.
- 입력값 : 강우강도, 강우지속시간, 토질정수, 투수계수
- Wetting Band (습윤대) : 포화깊이 (간극수압을 가정하여 수치해석으로 Band 를 형성). 강우시간에 따라 습윤대가 커지면(깊어지면) 안전율이 작아지는 그래프. 강우는 사면에 수직으로 침투. 포화층, 불포화층을 나누어 계산.

공식과 비교해볼 수 있다.
- 건기 안전율 1.5, 우기 안전율 1.3, 지진 등 1.2 이하
- 보강 : Anchor, Shotcrete, 경사완화공법, Soil Nailing, 계단식옹벽 등
- 침투 깊이를 수치화/모델화 하여 예측하고 설계에 반영하여 불포화

침투(Seepage) 해석의 목적

- 침투는 수두차와 간극에 의해 결정됨. (토립자 사이의 빈공간을 수로로 하여 흐름)

- 터널 막장면의 침투 시 안정성 저해,

- 침윤선이 제내지까지 발달되면 누수가 시작되고, Piping 으로 이어짐.

- 지하수위 저하 및 흐름 파악

- 터널 굴착 시 응력이완, 막장에서의 용수에 의한 침투수압을 확인 및 계산할 필요가 있음.

- 제체의 건조한 정도(함수비)에 따른 침투량 및 수압파쇄 발생여부 확인.

침투 및 지하수의 흐름

- 침투 속도 : Q/Av = V’ (Av : 단면적에서 공극의 평균면적), V’ = V/n (Darcy 의 법칙, 완전포화, 정상흐름 가정, 침투유속이 흙속의 간극을 흐르는 실제 유속으로 보통 더 크다.)

- 포화도가 떨어지면 표면장력의 영향으로 인장상태의 발전으로 흡입압(부의 간극수압) 발생.

- 비배수터널 : 지중응력 = 유효응력 + 정수압, 라이닝 단면 보강 필요. 배수터널은 유효응력(=전응력) 만 고려. (완전배수라는 가정 필요.)

- 배수터널이라도 지하수위가 주변에 높이 있거나, 투수 계수가 낮은 숏크리트 층이 정수압을 유발.

- 양압력도 고려할 필요 있음. 바닥 쪽 인버트 해석 시 고려할 필요 있음.

- 흙의 성질, 흐름, 경계조건 고려하여 침투 해석.

- 정상류 : 지반의 투수성 영향을 받지 않아 지하수와 배출수량이 동일.

- 부정류(비정상류) : 배출수량 > 지하수량. 시간에 따라 유량이 감소. 지반내 함수비/공극률을 알아야 상승/하강에 따른 유량 계산 가능. 제체 내 수위 변동 있는 경우(홍수위 도달 시간, 평수위 도달 시간)

- 해석방법 : 도해법, 시험법, 근사해법 (유한요소), 잔류응력을 위한 수치해석 (FEM, FDM)

- 프로그램 : SEEP/W, SEEP2D, TRUST, Midas SoilWorks

- 투수계수가 동일한 같은 지반조건에서도 해석영역, 요소크기, 경계조건에 따라 수압이 다르게 나타남.

투수계수 산정 시험

- 수압시험 : double packer, 9 단계시험 (1-3-5-7-9-7-5-3-1 kg/cm2), 5m 간격, 10분간 주수량 측정.

- 토사 : 10-3 cm/s, 풍화암 : 5x10-4 cm/s, 경암 : 5x10-6 cm/s (D10(mm) ^2 = k (cm/s) )

침투 안정검토

- 월류, 세굴, 비탈면(잔류수압), 연약지반 침하, 누수/파이핑/수압파쇄, 강우에 따른 함수비 증가

- 누수 : 투수성 지반 – 수위상승 – 침투수압 증가 – 침투수 유출 (파이핑), 재료의 불균일성, 시공상 다짐 불량, 부주의

- 한계동수경사 검토 : 유효응력 (상향침투시) = z r – h rw. 0 이되는 경우 파이핑/Quick Sand. 안전율 2 이상.

- 한계유속 검토 : 입자가 밀려나가는 속도 (한계침투유속, 20~2.0 cm/s) Vcr = 2 D10^1/2, V lim = 5x10-2 k^1/4. V actual 이 V cr 의 1/100 아래가 되도록 관리.

비배수터널 안정대책

- 그라우팅 공법 (JSP, CGS)

- 강관 다단 그라우팅

- 굴진장의 조정, 분할굴착

- 계측 관련 내용.





PI=0 은 해성점토로

물을 어느 이상 머금으면 소성상태를 거치지 않고 바로 액체가 되면서 부풀어 오르거나

흐트러지는 현상. Dispersive Soil 의 경우 Test 를 통해 흐트러짐의 정도를 확인할 수 있다.