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지반투수특성과 강우특성을 고려한 토사사면 설계 및 안정해석 기법 = Soil slope design and stability evaluation methodology considering hydraulic conductivity and rainfall characteristics
서명 / 저자 지반투수특성과 강우특성을 고려한 토사사면 설계 및 안정해석 기법 = Soil slope design and stability evaluation methodology considering hydraulic conductivity and rainfall characteristics / 김윤기.
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2009].
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Many slope failures are induced by rainfall infiltration. A lot of recent researches are therefore focused on rainfall-induced slope instability and the rainfall infiltration is recognized as the important triggering factor. The rainfall infiltrates into the soil slope and hence the resisting shear strength to decrease. In Korea, a few public institutions suggested conservative slope design guidelines that assume a fully saturated soil condition. However, this assumption is irrelevant and sometimes soil properties are misused to fulfill the slope design requirement. In this study, a more relevant slope stability evaluation method is suggested to take into account the real rainfall infiltration phenomenon. Rainfall infiltration is influenced not only by hydraulic conductivity of soils but also by rainfall characteristics. The combination of saturated hydraulic conductivity and rainfall condition determines the wetting zone and stability of a slope. The variation in the factor of safety of a soil slope stability can be estimated by the suggested envelopes of saturated hydraulic conductivity and rainfall intensity. 1-D column tests were also conducted to select an appropriate infiltration model. The matric suction and water content at each depth were measured during an artificial rainfall simulation. Measured wetting depths were compared with the results of Green-Ampt, wetting band, Pradel-Raad, and Mein-Larson models. Among these models, the Mein-Larson model gave a good agreement with the experimental results. The inverse analysis of 1-D column tests was carried out to estimate a reliable saturated hydraulic conductivity for the infiltration simulation. The results show that the reliable coefficient of saturated hydraulic conductivity calculated by the back-analysis is closer to that from in-situ tests than that from laboratory tests. For real-time assessment of slope instability, failure warning criteria, based on deterministic analyses, were introduced to complement uncertainties of field measurement data. The slope stability evaluation technique can be combined with field measurement data of important factors, such as matric suction and water content, to develop an early warning system for probably unstable slopes due to the rainfall. Finally, the slope design and stability evaluation methodology suggested in this thesis was applied to embankment design and to stability evaluation of current slopes due to rainfall infiltration. A criterion of rainfall characteristics was also introduced, in which the rainfall infiltration reaches the critical wetting depth to induce the slope instability. To predict a slope failure by forecasted rainfall characteristics will be the final goal of this research.

강우침투로 인하여 많은 사면 붕괴가 발생하고 있다. 따라서 최근에는 많은 연구들이 강우로 인한 사면의 불안정성에 관한 문제에 초점을 맞추고 있으며 강우침투가 중요한 사면붕괴 발생인자로 인식되고 있다. 강우가 사면 내부로 침투하면서 지반의 강도를 약화시키게 된다. 국내에서는 많은 기관들이 사면 붕괴를 막기 위해 포화상태를 가정한 보수적 사면설계 가이드라인을 제시하였다. 하지만 이러한 가정은 현실과 맞지 않으며 때로는 사면설계 기준을 맞추기 위해 불적합한 물성을 사용하기도 한다. 본 연구에서는 실제적인 강우침투 현상을 고려할 수 있는 합리적인 사면안정평가기법을 제안하였다. 강우침투는 지반투수계수뿐만 아니라 강우특성에 의해서 영향을 받는다. 포화투수계수와 강우조건이 복합적으로 작용하여 습윤영역과 사면의 안정성이 결정된다. 사면 안전율의 변화는 본 연구에서 제안된 포화투수계수와 강우강도 상관성을 이용한 포락선을 통해 예상할 수 있다. 강우침투를 재현하기에 적합한 침투모델을 선정하기 위하여 일차원 원형토조 침투실험이 수행되었다. 인공강우를 가해지는 동안 각 깊이에서 모관흡수력과 함수비가 측정되었으며, 측정된 침투깊이는 Green-Ampt, 습윤대방법, Pradel-Raad, Mein-Larson 모델의 의해 예측된 결과와 비교하였다. 이 모델 중 Mein-Larson 모델이 실험결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다. 침투실험 결과를 이용하여 신뢰성 있는 포화투수계수를 산정하기 위하여 역해석이 수행되었다. 역해석을 통해 구한 투수계수는 실내실험에서 얻어진 것보다 현장실험을 통해서 구한 투수계수와 더 유사하게 나타났다. 사면의 불안정성을 실시간으로 평가하기 위해 결정론적 사면안정해석 기법에 기반한 사면 붕괴 경보 포락선이 제안되었는데, 현장계측 결과의 불확실성을 반영하였다. 사면안정성 평가기법은 모관흡수력과 함수비 등 중요한 요인의 현장계측 자료와 통합하여 강우에 따른 불안정한 사면에 대해 예경보 체계를 구축할 수 있다. 결론적으로 본 논문에서 제안한 사면설계와 사면안정성 평가기법을 제방설계와 강우침투로 인한 현 사면의 안정성 평가에 적용하였다. 사면의 불안정성을 야기하는 한계깊이까지 강우가 침투될 수 있는 강우특성 조건을 제시하였다. 예보되는 강우특성에 의해 사면의 붕괴를 예측하는 것이 본 연구의 최종적인 목표가 될 것이다.

서지기타정보

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청구기호 {DCE 09005
형태사항 xvi, 193 p. : 삽화 ; 26 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Yun-Ki Kim
지도교수의 한글표기 : 이승래
지도교수의 영문표기 : Seung-Rae Lee
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 건설및환경공학과,
서지주기 참고문헌 : p. 179-185
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