강우시 철도사면의 안전관리 기준제시

초록

1. 서 론 철도시설의 노후화, 환경 및 설계 조건 등의 변화로 안전사고와 재해발생 가능성이 공존하며, 안전에 취약한 시설물은 이상기후로 인한 천재지변에 노출되면 대형사고로 이어져 상당한 인적·물적 손실을 유발하므로 이상기후에 대한 재해방지 기술이 요구되어진다. 특히, 철도노선에서는 선로유실뿐만 아니라 사면활동으로 인하여 토사가 철도로 유실될 경우 열차의 탈선으로 이어질 수 있으며, 결국에는 대형사고로 발생될 가능성이 있으므로 철저한 점검 및 조사가 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 불포화 토질역학에 기반을 둔 강우침투에 대한 투수특성을 고려하여 사면의 거동특성을 상용프로그램인 GEO-SLOPE사의 SEEP/W와 SLOPE/W로 평가하고 그 결과를 활용하여 SLOPE/W의 Probability Function인 모사법[MCS(Monte Carlo Simulation)]을 이용해 지반강도정수의 분포특성을 고려한 신뢰성 해석기법의 적용성을 검토하였다. 2. 이론적 배경 일반적으로 지반의 상태는 건조지반상태와 포화지반상태로 구분하고 있다. 즉 지반을 흙입자(고체), 물(액체), 공기(기체)로 구성되어 있다고 가정하여 건조지반은 흙입자와 공기로만 구성된 것으로 포화지반은 흙입자와 물로 구성된 것으로 가정하는 것이다. 하지만 실제적인 지반은 불포화 영역이 존재하고 있다. 강우에 의한 침투해석을 통해 사면의 안정성을 적절하게 평가하기 위해서는 불포화지반의 특성을 고려해야 한다. 3. 수치해석을 통한 강우시 사면의 안정성 평가 강우침투에 의한 사면의 안정성지표의 변화를 알아보기 위해 수치해석을 실시하였다. 우기시 사면의 강우침투특성과 열차속도에 의한 하중재하와 관련한 경계조건을 구현하여 강우시 효율적인 사면안전관리기준을 제시하고자 하였다. 침투에 대해서는 이차원 유한요소해석을 수행하였으며 해석프로그램은 GEO-SLOPE사의 SEEP/W를 사용하였다. SEEP/W는 지반의 불포화 특성을 고려한 침투 해석이 가능하며, 해석대상사면에 지하수위를 적용하고 정상상태에서 1차 해석하여 불포화침투해석의 초기조건을 구현하였으며 2차 해석에 있어 비정상상태로 지반의 함수특성과 투수계수 등을 적용하여 강우상황을 재현하여 해석하였다. 또한 SLOPE/W를 이용하여 강우침투에 의한 사면안정해석을 수행하였다. SLOPE/W는 다양한 사면안정이론을 적용하여 안전율을 구하는 한계평형해석 프로그램으로서, 침투해석결과로 구한 간극수압 분포를 통하여 침투에 의한 사면안정의 저하를 불포화 전단강도 함수()를 이용하여 사면안정의 저하를 고려하는 것이 가능하다.