암반사면의 붕괴형태 및 평사투영법

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사면 붕괴

 

 

 

O 암반사면의 붕괴 형태

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 암반에서의 일반적인 파괴형태는 불연속면이 불규칙하게 많이 발달하여서 뚜렷한 구조적인 특징이 없으면 토사와 같은 원호파괴(Circular Failure)가 발생하나 아래 그림에서 보는 바와 같이 절취면과 불연속면이 동일한 방향으로 발달되어 있을 경우 평면파괴(Plane Failure), 불연속면이 두 방향으로 발달하여 불연속면이 교차되는 곳에서는 쐐기파괴(Wedge Failure)가 발생한다. 그리고 절취면의 경사방향과 불연속면의 경사방향이 반대이면 전도파괴(Toppling Failure)가 발생한다. 그러므로 암반사면의 사면안정 검토는 암석의 강도에 의하는 것보다는 다음과 같은 불연속면의 발달상태(절리의 방향, 절리의 간격, 절리의 연속성, 절리면의 강도, 절리틈새, 절리 충진물질, 절리면의 투수, 절리 종류수, 암괴의 크기 등)를 조사하여 판단하여야 한다. 여러가지 절리의 특성 중에서 절리의 방향(주향과 경사)과 절리면의 전단저항각이 암반 절취면의 방향(주향과 경사)에 따라 특히 암반사면의 안정성에 중요한 역할을 한다. 암반의 평면파괴, 쐐기파괴 및 전도파괴 등에 대한 발생조건 및 특성을 살펴보면 다음과 같다.

 

 

 

1) 원호파괴(Circular Failure) : 특별한 구조적인 특징이 없는 경우 발생하는 원호파괴 형태 및 평사투영

 

 

원호파괴

 

 

 

2) 평면파괴(Plane Failure) : 암괴가 어떤 절리면을 따라서 붕괴하려면 다음 다섯 가지 조건을 만족시켜야 한다.

① 절취면의 경사방향과 절리면의 경사방향이 같음

② 절리면의 주향이 절취면의 주향과 비슷하여야 함(최소한 ±20˚내외의 차이만 있어야 한다.)

③ 절리면의 주향이 절취면 상에 나타나야 한다.(Daylight)

  - 이것은 절리의 경사(Φp)가 절취면의 경사(Φf)보다도 작아야 한다는 것을 의미한다.(Φf > Φp)

④ 절리면의 경사(Φp)가 절리면의 마찰각(Φ)보다 커야한다.( Φ < Φp)

⑤ 붕괴되는 암괴의 양쪽 측면이 절단되어서 암괴가 무너지는데 측면의 영향이 없어야 한다.

 

 

평면파괴

 

 

 

3) 쐐기 파괴(Wedge Failure) : Wedge Failure(쐐기 파괴)는 상기의 평면파괴의 충분조건중 첫번째, 세번째 및 네번째항과 같은데, 다만 절리면의 주향과 경사대신에 두 절리면이 만나서 이루는 선의 주향과 경사(α)를 고려하면 된다.

(Φ < α < Φ f)

 

 

 

쐐기파괴

 

 

 

4) 전도 파괴(Toppling Failure) : 본 파괴는 다음 세 가지 조건을 만족시켜야 한다.

① 절취면과 절리면의 경사방향이 반대이어야 한다.

② 절취면의 주향과 절리면의 주향이 비슷하여야 한다.(최소한 ±30˚)

③ 절리면의 경사(Φp) < 절리면의 마찰각(Φ) < 절취면의 경사(Φf) 이거나 또는,

절리면의 경사(Φp) + 절리면의 마찰각 (Φ) < 절취면의 경사 (Φf) 이어야 하며, 여기서 절리면의 경사 (Φp)는 수직선에 대한 것이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O 평사투영법 작도 방법

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1) 절취면의 대원을 그리고, 이 그림을 오른쪽으로 서서히 돌리면서 대원과 EW선이 만나는 점들에서 90˚되는 점들을 찍어서 나중에 만나는 점을 연결시킨 타원형의 Daylight Envelope를 설정한다(Markland, 1972). 이 Envelope안에 찍히는 점들의 의미는 단지 절취면의 경사보다도 작은 경사면을 가지고 있으며 절취면상에 나타난 절리들을 의미할 뿐이지, 그 절리들의 방향이 절취면의 방향과 20˚차이 범위내에 있다는 개념은 포함하고 있지 않다.

 

2) Friction Cone은 Stereonet의 원 중심으로 부터 절리의 마찰각만큼 떨어져서 원을 그린다. Friction Cone 바깥 부분과 Daylight Envelope가 공유하는 지역을 Unstable Zone으로 설정한다.

 

아래 그림에서 ①-⑤로 표시된 지역 (Zone)은 불연속면의 Pole인 “●”표와 두 불연속면의 접선에 대한 Pole인 “×”가 위치할 경우에 다음과 같이 평가된다.

① 지역 : 불연속면의 경사각이 마찰각보다 큰 Daylight로서 불안정한 지역임.

② 지역 : 불연속면의 경사각이 마찰각보다 작은 Daylight로서 안정한 지역임.

③ 지역 : 불연속면의 경사각이 마찰각보다 작으며, Daylight도 아닌 안정한 지역임.

④ 지역 : Toppling 붕괴의 위험성이 잠재된 불안정한 지역임.

⑤ 지역 : 불연속면의 경사각이 마찰각보다 크더라도 Daylight나 Toppling Envelope가 아니므로 안정한 지역임.

 

 

3) 안정성 평가 예

 

 

 

암반사면 안정성 평가 예

 

 

 

 

위 5개의 불연속면들의 안정성에 대한 평가로

• 평면형 붕괴의 가능성이 있는 면은 불연속면 “3”이며

• 쐐기형 붕괴의 가능성이 있는 면은 불연속면 “2”와 “3” 및 “3”과 “4”의 조합면이지만, 실제로 불연속면 “3”에 대한 평면형 붕괴보다는 덜 위험하다.

• Toppling 붕괴의 가능성이 있는 면은 불연속면 “6”이다.

 

 

 

 

※ 참고자료

2023.01.04 - [강박사의 토목이야기] - 압력식 소일네일링(Soil Nailing) 시공관리 지침

2023.03.27 - [강박사의 토목이야기] - 해외의 암반분류(RMR,Q시스템,SMR)