침투거동에 대한 연구는 우기시 도로성토사면의 안정성 여부에 매우 중요하다. 본 연구는 도로성토사면의 몇가지 사례들에 대한 침투거동과 사면안정성의 분석을 근거로 하여 좀더 안정적인 도로성토사면의 유지 방안을 제안한 것이다. 본 연구 사례에서 선택한 도로붕괴단면은 가장 일반적인 평지부 도로성토사면의 경우와 산지부에 대한 도로성토사면인 경우이다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 평지부 성토사면은 강우시 표면으로부터 침투가 시작되어 점차 성토 제체 내로 확대되었으며, 이때 도로성토사면의 침투거동은 불포화 흐름이론을 근거로 해석하였다. 특히 평지부 성토사면은 호우기간동안 사면표면에서의 강우침투로 인해 좀더 불안정하게 되었다. 산지부 성토사면의 경우 사면표면부로부터의 침투거동을 고려하여 해석하였으며, 사면표면부로부터의 강우침투로 인해 사면불안정이 증가되었음을 알 수 있었다. 산지부 성토사면의 경우 투수성이 큰 재료를 이용하여 원지반에 설치한 배수층은 도로 성토사면의 안정성 증대에 유용한 영항을 줄 것으로 판단된다.
암석 버력으로 성토한 사면의 역학적 안정성을 한계평형해석법과 유한차분법으로 검토하였다. 암석 버력 성토사면의 높이는 약 40 m이고 사면의 구배는 1:1.5이다. 암석 버력 성토체의 강도정수 중 점착력은 없고, 내부마찰각은 43$^{\circ}$로 가정하고 사면의 안정성을 해석하였다. 한계평형해석 중 Fellenius법과 Bishop법으로 구한 안전율 Fs는 1.4이었다. 또 유한차분법으로 사면의 안전율을 구하기 위해서 강도감소법을 이용하였고 파괴영역을 기준으로 결정한 사면의 안전율 Fs도 역시 약 1.4로 한계평형해석 결과와 동일하였다. 여러 기관에서 사면설계기준으로 적용하는 안전율 1.3과 비교할 때 암석 버력 성토사면은 안정상태로 확인되었다.
도로 공사는 자연 생태계를 훼손하고, 떨어진 경관들을 긴 통로구조로 연결함으로써 외래식물의 침입 및 확산에 중요한 요인으로 고려된다. 본 연구는 도로 공사가 외래식물 조성 변화에 미치는 영향을 파악하기 위하여, 공사가 진행 중인 사업장에서 절토사면, 성토사면 및 평탄지의 지형특성에 따라 외래식물상 조사를 수행하였다. 지속적인 교란이 발생하는 사업으로써 일·이년생 외래식물에서 주로 증감이 발생하였다. 지형특성별 외래식물상 변화는 절토사면에서 감소하는 반면, 성토사면에서 증가하는 것으로 나타났으며, 평탄지는 발생장소에 따라 증감 특성이 달랐다. 이러한 외래식물상 변화의 원인은 비의도적으로 유입된 외래식물에 의해 주도되었다. 특히 성토사면에서 비의도적으로 유입되는 외래식물이 증가하는 것으로 연구되어, 성토사면이 생태계교란식물과 같은 위해성 높은 외래식물의 공급원으로 이용되지 않도록 관리하여야 한다. 반면 의도적으로 도입된 식재종들은 파종 시부터 대량 살포하기 때문에 군집을 형성하기 쉬우며 비식재지인 평탄지까지 확산하는 것을 파악할 수 있었다. 따라서, 도로공사 중이나 공사 후 도로사면 식생이 주변 생태계에 미치는 영향을 최소화되도록, 성토사면 조경계획에 지속성이 높은 고유종 식재를 환경영향평가 협의 시에 제안하는 것이 바람직하다.
본 연구는 비선형모델인 퍼지이론을 이용하여 화성암 지역의 임도성토사면을 대상으로 붕괴가능성 예측모델을 개발하였다. 그 결과는 다음과 같다. 임도 성토사면 붕괴요인의 중요도는 성토사면길이, 성토사면경사, 사면구성물질, 사면방위, 노선위치 등의 순으로 나타났으며, 붕괴위험도는 성토사면길이 8m 이상, 성토사면경사 $40^{\circ}$ 이상, 풍화암 사면, 북동사면 및 능선부 사면에서 크게 나타났다. 임도 성토사면의 붕괴예측 모델은 퍼지적분값 0.5를 기준으로 할 때, 최적화 계수(c)가 0.15, ${\lambda}$값이 3.1165인 경우에 최적 모델로 산출되었으며, 이때의 판별적중률은 86.8%로 모델의 적합성이 매우 높은 것으로 나타났다.
본 연구는 변성암지역의 임도를 대상으로 비선형모델인 퍼지이론을 이용하여 임도 성토사면 붕괴가능성을 평가하였다. 그 결과는 다음과 같다. 요인별 붕괴위험도는 총노폭이 4~5m, 종단물매 $2^{\circ}$ 이하, 성토사면길이 8m이상, 성토사면경사 $40^{\circ}$ 이상, 노선위치는 능선부, 토질은 풍화암, 산지경사 $40^{\circ}$ 이상, 사면방위는 북서사면, 사면종단변형은 철(凸)형사면에서 가장 크게 나타났으며, 붕괴요인의 중요도는 성토사면길이>성토사면경사>임도위치>토질>사면방위>사면종단면형 순으로 나타났다. 퍼지이론에 의한 임도 성토사면의 붕괴가능성은 퍼지적분값이 0.485이하에서 안정, 0.620이상은 붕괴가능성이 큰 것으로 평가되었으며, 판별적중률은 74.6%로 나타났다. 또한 요인의 수준을 6개로 축소하여 붕괴가능성을 평가한 결과, 퍼지적분값이 0.441이하는 안정, 0.583이상은 붕괴가능성이 큰 것으로 나타났고, 판별적중률은 78.0%로 다소 향상되었다.
본 연구는 임도개설(林道開設)에 의해 조성되는 성토사면(盛土斜面)과 절토사면(切土斜面)에 대해 강우(降雨)등에 의한 붕괴(崩壞)를 사면(斜面)물매와 길이의 차이에 따라 조사하여, 임도사면(林道斜面) 유지에 적절한 물매와 사면(斜面)길이를 규명하는데 목적을 두었다. 조사기간중에 집중호우(集中豪雨)가 없어 대규모의 침식(侵蝕)과 퇴적(堆積)은 발생하지 않았으나 금번의 측정(測定)결과를 분석하면 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1. A, B임도사면(林道斜面)에서의 붕괴발생율(崩壞發生率)은 각각 75%, 50%로 나타났으며, 전체적으로는 67%의 붕괴발생율(崩壞發生率)을 보여 피복(被覆)이 안된 나지상태(裸地狀態)에서는 상당한 구역(區域)에서 토사이동(土砂移動)이 발생하였다. 2. 사면(斜面)물매에 따른 붕괴(崩壞)는 성토사면(盛土斜面)에서는 $36^{\circ}{\sim}38^{\circ}$, 절토사면(切土斜面)은 $42^{\circ}{\sim}43^{\circ}$에서 주로 발생하였다. 따라서 성토사면(盛土斜面)은 $36^{\circ}$이하로, 절토사면(切土斜面)은 $42^{\circ}$이하로 사면(斜面)을 조성하는 것이 바람직하다. 3. 사면(斜面)길이에 따른 붕괴(崩壞)는 성토사면(盛土斜面)은 피복(被覆)되지 않은 곳에서는 어떤 경우에도 붕괴(崩壞)가 발생하였으므로 사면피복(斜面被覆)이 선결과제이며, 절토사면(切土斜面)에서는 사면길이를 4m이하로 시공(施工)하는 것이 바람직하다.
본 연구는 2006년 7월 집중호우에 의해 많은 인적.물적 피해가 발생한 강원도 지역의 피해 현장을 조사하였으며, 그 중 성토사면붕괴를 붕괴유형별로 구분하고 발생원인과 특성을 분석하여 그에 따른 적절한 대책방안을 제시하였다. 집중호우에 의한 성토사면의 붕괴유형 중 토석류에 의한 도로횡단 배수구조물의 기능상실로 유수가 노면으로 침출되고 수압이 발생하여 도로가 유실된 유형과 하천선형 불량으로 만곡수충부(물이 직접 부딪히는 부분)에서 유속이 빨라져 세굴에 의한 붕괴가 전체성토붕괴사면의 83%를 차지하였다. 이에 대한 대책방안으로는 토석류를 계곡상부에서 부터 예방할 수 있는 방법으로 사방댐 및 그물망 공법 등이 좋은 대책방안이 될 수 있으며, 토석류에 의한 유송잡물을 모두 통과할 수 있도록 충분히 큰 배수시설을 설치하는 방법도 좋은 대책방안이 될 수 있다. 무엇보다 열대성 국지 폭우를 이제 일상의 한반도 기후현상으로 받아들여 주먹구구식의 일회성 대책방안을 지양하고 바뀐 강우특성과 빈도를 고려하여 계획 홍수위를 재산정하고 그에 따라 하천정비계획을 재검토해야 할 것이다.
일반적으로 시공후(施工後) 방치되고 있는 임도(林道)의 성토사면(盛土斜面)에 있어서 물리적(物理的) 고정(固定)과 목본(木本)의 자연침입(自然侵入)에 의한 사면(斜面) 안정(安定)에 대한 기초자료의 제공을 목적으로 현지조사(現地調査)를 실시하였으며, 성토사면(盛土斜面)의 사면(斜面)길이, 사면(斜面)물매 및 시공후(施工後) 경과년수(經過年數)에 따른 목본(木本)의 자연침입율(自然侵入率)에 대하여 비교(比較), 분석(分析)하였다. 또한 이를 기초로 수관투영면적(樹冠投影面積)에 의한 목본침입율(木本侵入率)을 구하였으며, 이를 사면(斜面)길이, 사면(斜面)물매 및 임도개설후(林道開設後) 경과년수(經過年數)와 대비(對比)하여 보았다. 1. 경기도(京畿道)와 강원도(江原道) 일원에 시공(施工)된 7개 노선(路線)(경기도(京畿道) 가평군(加平郡)의 소법로(所法路), 개곡록(開谷路), 중부(中部) 임업시험장(林業試驗場)의 접동로(接洞路), 마명로(馬鳴路), 직동로(直洞路) 및 육림로(育林路), 강원도(江原道) 춘천군(春川郡)의 방하로(芳荷路))을 대상으로 성토사면(盛土斜面)의 토사유출(土砂流出) 및 목본침입(木本侵入)의 실태(實態)를 조사하였다. 2. 성토사면(盛土斜面)은 표면침식(表面侵蝕) 및 사면각부(斜面脚部)의 붕괴(崩壞)에 의해 사면(斜面)의 물리적(物理的) 안정(安定)이 이루어지지 않았으나, 안정화(安定化)된 구간에는 목본침입(木本侵入)이 진행되었다. 3. 성토사면(盛土斜面)의 사면(斜面)길이는 4.0~61.0m로 조성되었으며, 최근의 임도개설지(林道開設地)는 30m이상의 장대사면(長大斜面)이 다량으로 조성되었다. 사면(斜面)길이와 목본침입율(木本侵入率) 사이에는 지역적(地域的)인 영향을 강하게 받고 있으며, 구역별(區域別)로는 사면(斜面)길이와 목본침입율(木本侵入率)은 반비례(反比例)하였다. 4. 사면(斜面)물매와 목본침입율(木本侵入率)과는 전체적으로는 상관관계(相關關係)가 인정되지 않았으나 안식각(安息角) 이내로 조성된 사면(斜面)은 상대적으로 목본침입율(木本侵入率)이 높게 나타났다. 5. 임도시공후(林道施工後) 경과년수(經過年數)와 목본침입율(木本侵入率)은 동일 지역내에서는 명확한 상관관계(相關關係)는 확인되지 않았으나 전체적으로는 시공후(施工後) 경과년수(經過年數)에 비례하여 목본침입율(木本侵入率)도 증가하는 경향을 나타냈다. 그러나 목본(木本)의 자연침입(自然侵入)을 기대하는 데에는 한계가 있었다. 6. 따라서 임도시공(林道施工)에는 물리적(物理的) 안정(安定)을 위한 토목(土木) 기초공(基礎工)과 식생공(植生工)을 병행하여 식생(植生)의 생육환경(生育環境)을 정비(整備)해야 하며, 이를 위해서는 적정한 사면처리(斜面處理) 비용(費用)을 포함한 임도시공비(林道施工費)의 책정 등이 선행되어야 할 것이다.
연약지반의 측방유동으로 인한 피해가 예상되는 국내 현장에 성토지지말뚝공법을 적용하기 위한 연구의 일환으로 실제 현장에서 성토지지말뚝이 발휘하는 효과를 규명하기 위한 현장시험이 계획되었다. 본 현장시험은 직경 40.64cm의 강관말뚝을 3본씩 총 4여로 시공하고, 각 열의 줄말뚝은 콘크리트캡보로 연결한 다음 총 8m까지 성토하였다. 현장시험은 총 2회에 걸쳐 수행하였으며, 성토지지말뚝의 하중분담효과를 확인하기 위해 하중계, 토압계, 지중경사계, 그리고 침하판을 이용한 계측을 실시하였다. 또한 계측결과를 제안이론식과 비교분석하였다. 이러한 연구 결과 성토지지말뚝을 시공할 경우 성토지지말뚝 위 성토지반속에 발달하는 지반아치에 의해 대부분의 성토하중이 말뚝으로 전이됨을 확인하였고, 말뚝캡보의 설치 간격이 좁을수록, 그리고 성토고가 높을수록 성토지지말뚝의 하중분담효과가 더 커지게 됨을 확인할 수 있었다. 또한 설계시 성토지지말뚝의 설치범위를 합리적으로 결정하기 위해서는 성토지지말뚝이 성토사면의 사면안정효과에 미치는 영향을 고려해야 함을 알 수 있었으며, 제안이론식이 현장상태의 성토지지말뚝에 합리적으로 적용될 수 있음을 입증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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