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감 사 팀 장 처 장 본 부 장

등록번호 재난안전처-

보존기간

결재일자 2019.

공개구분

【협 조】

건 설 처 장 :

설 계 처 장 :

암반비탈면 안정해석 방법 개선

2019. 7.

Ⅰ. 추 진 배 경

Ⅱ. 안 정 해 석

Ⅲ. 문 제 점

Ⅳ. 개 선 방 안

Ⅴ. 협 조 사 항

목 차

재 난 안 전 처

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Ⅰ 추진배경

□ 도로방향이 아닌 암반비탈면 측면방향으로의 유실사례 발생

□ 안정해석 방법(평사투영해석)의 문제점 및 개선방안 도출

【암반비탈면 측면방향 유실사례】

ㅇ 일 시 : 2019.4.28.(일) 12:24, 05.05(일) 18:36

ㅇ 위 치 : 청주영덕선 19.6k(청주), 연장 280m, 높이 62m (‘07.12 준공)

ㅇ 피해현황 : 토석유실 280㎥

Ⅱ 암반비탈면 안정해석

□ 안정해석 방법

ㅇ 불연속면의 특성(경사, 방향성)을 고려하여 “평사투영해석”

※ 불연속면 : 암반에 나타나는 모든 연약면(절리, 단층 등)

ㅇ 평사투영을 통한 파괴가능성(유형) 결정 및 안정성 분석

□ 암반비탈면 파괴유형

구분 평면파괴 쐐기파괴 전도파괴

파괴유형

발생확률* 69% 27% 4%

* 암반특성에 따른 절토사면 구배결정 기준 연구(2000)

□ 안정해석 시 파괴범위 적용실태

ㅇ 전도파괴 범위는 ±30°로 적용[설계처-4578(2010.10.8)]하고 있으나

ㅇ 암반비탈면에서 파괴가능성이 높은 형태인 평면파괴 및 쐐기파괴

범위는 ±20°로 적용하고 있는 실정임.

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Ⅲ 문제점

□ 비탈면 측면부 유실사례 검토

1. 위 치 : 청주영덕선 19.6k(청주방향)

2. 비탈면 및 불연속면 기하구조(경사/경사방향) 조사

측정지점

1

2 3

4

기하구조

(경사/경사방향)

비탈면 59° / 228°

불연속면

① 46° / 290° 점토충진

② 35° / 320° 불연속면(편리)

③ 35° / 320° 불연속면(편리), 탄층협재

④ 75° / 230° 수직절리

측면부 전면부

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3. 불연속면에 대한 평사투영해석 결과

구분 비탈면 전면부 비탈면 측면부

평면

파괴

②③①

④

평면파괴영역

②① ③

④

평면파괴영역

<평면파괴 가능성 없음>

▸불연속면(①~④)이 파괴가능영역

밖에 존재

<평면파괴 가능성 있음>

▸불연속면(②~③)이 파괴가능영역에 존재

▸불연속면 ①은 “±30° 범위”에 있음

쐐기

파괴

②①③

④

쐐기파괴영역

쐐기파괴영역 ②①③

④

<쐐기파괴 가능성 없음>

▸불연속면의 교선(파란색 원)이

파괴가능 영역 밖에 존재

<쐐기파괴 가능성 있음>

▸불연속면의 교선(파란색 원)이

파괴가능 영역에 존재

4. 검토결과

ㅇ 전면부에 대한 평사투영해석에서는 비탈면 유실이 발생하지 않는

것으로 해석되었으나,

ㅇ 측면부에 대한 평사투영해석에서는 실제 파괴와 동일하게 평면

및 쐐기파괴가 발생하는 것으로 해석됨.

ㅇ 평사투영해석 시 비탈면 “전면부” 뿐만 아니라 “측면부” 등 경사

방향이 변하는 곳에 대하여 안정성 검토가 필요함.

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□ 비탈면 평면파괴 가능범위에 대한 검토

1. 일반적인 평면파괴 발생 조건

ㅇ 비탈면과 불연속면의 경사방향 차이가 “±20°”의 범위 이내

2. 평면파괴 발생 비탈면

ㅇ 최근 3개년 평면파괴 사례 붙임#1

구분 비탈면수 비율

전체 21개소

경사방향차이

±20° 이내 17개소 81%

경사방향차이

±20° 초과 4개소 19%

ㅇ 문헌조사 [고속도로 절토사면 유지관리시스템 개발연구(2004)]

구분 비탈면수 비율

전체 61개소

경사방향차이

±20° 이내 44개소 72%

경사방향차이

±20° 초과 17개소 28%

▸불연속면내 충전물(점토등) 협재시 안정성 취약

3. 검토결과

ㅇ 평면파괴 사례 및 문헌조사에서 유실비탈면 중 20%의 비탈면에서

경사방향차이가 ±20°범위를 초과한 경우에도 유실이 발생되므로

비탈면 안정성 확보를 해석범위 확대 필요

ㅇ 경사방향차이 ±30°범위까지 뚜렷한 평면파괴 증가 추세를 보임.

□ 암반비탈면 안정성 해석 방법에 대한 기술자문 결과 붙임#2

ㅇ 측면부 등 경사방향이 변화하는 구간에 대한 추가적인 검토 필요

ㅇ 불연속면 측정오차 및 안정성 확보를 위하여 평면파괴 발생조건에

대한 기준 개선 필요

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Ⅳ 개선방안

□ 비탈면 경사방향 변화구간에 대한 안정성 추가 검토

ㅇ (당초) 비탈면 전면부에 대해서만 안정성 검토

ㅇ (개선) 비탈면 측면부, 곡선부(Ramp) 등 경사방향 변화구간에 대한

안정성 검토 추가

당초 개선

□ 비탈면 평면파괴 최소화를 위한 파괴가능 해석범위 확대

ㅇ 평면파괴 가능성이 있는 비탈면에 대한 안정성 검토범위 확대를

위하여 파괴가능 해석범위 확대(경사방향차이 : ±20° ⇒ ±30°)

ㅇ 불연속면 내에 점토 등 충전물이 있는 경우에는 안정성 해석 범위를

파괴영역 내의 모든 불연속면으로 확대

당초

개선

일반적인 경우 충전물이 있는 경우

평면파괴영역

비탈면

경사방향

± 20°

파괴영역 확대

비탈면

경사방향

± 30°

파괴영역 확대

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Ⅴ 협조사항

□ 설계 및 건설 부문

ㅇ (설계처) 본 개선(안)에 대한 관련기준 수립

ㅇ (건설처) 시공 중인 노선은 현장여건 등을 고려하여 본 개선(안)에

대한 적용방안 검토 후 시행

□ 유지관리 부문

ㅇ 안전점검용역 및 유지관리공사 시 본 개선(안) 적용

- 점검(성능평가)용역 발주 시 개선내용 과업지시서에 명기

- 유지관리공사 암반비탈면 안정해석 시 본 개선(안) 적용

붙 임 : 1. 평면파괴 사례 1부.

2. 기술자문 결과 1부. 끝.

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[붙임 #1]

평 면 파 괴 사 례

□ 총괄표

각도 차이 개소수 비율 비고

10° 이하 9 43%

20° 이하 8 38%

20° 초과 4 19%

□ 세부현황

위치

경사방향

비고

비탈면 불연속면 차이

무안광주선 9.2k(광주) 340° 340° 0°

청주영덕선 19.6k(청주) 318° 320° 2°

청주영덕선 174.0k(영덕) 46° 44° 2°

대전당진선 13.17k(당진) 235° 240° 5°

서울외곽선 98.7k(일산) 235° 240° 5°

남해선 58.5k(순천) 340° 335° 5°

통영대전선 151.1k(통영) 89° 82° 7°

중부내륙선 183.7k(창원) 50° 60° 10°

중부내륙지선 4.8k(창원) 140° 130° 10°

영동선 20.0k(강릉) 48° 60° 12°

서해안선 157.2k(서울) 225° 210° 15°

서해안선 333.3k(목포) 120° 135° 15°

고창담양선 24.2k(고창) 245° 260° 15°

서해안선 256.2k(서울) 333° 350° 17°

서울양양선 47.0k(서울) 155° 138° 17°

통영대전선 북통영IC R/A 0+800(좌) 239° 220° 19°

서해안선 24.6k(목포) 105° 125° 20°

대전당진선 41.46k(대전) 15° 350° 25°

서해안선 194.8k(목포) 55° 85° 30°

서천공주선 51.0k(공주) 305° 259° 46°

대전당진선 77.3k(당진) 226° 174° 52°

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[붙임 #2]

기 술 자 문 결 과

□ 자문안건 : 「비탈면 안정해석 강화 방안」에 대한 적정성

□ 자문방법 : 서면자문

□ 자문위원

구 분 소 속 직 위 성 명 비 고

업 계

㈜기산엔지니어링 상무 박재영 토질 및 기초기술사

케이에스엠기술㈜ 전무 박근수 토질 및 기초기술사

연구원 도로교통연구원 연구위원 유병옥

학 계

안동대학교 정교수 백승철

상지대학교 정교수 황영철

□ 자문내용

ㅇ 비탈면의 경사방향이 변경될 경우 안정성 해석결과도 달라지게 되므로,

측면 등 경사방향이 변화하는 구간에 대한 추가적인 안정성 검토는

필요함.

ㅇ 평면파괴 발생가능성 판단시 불연속면 측정오차 및 안정성 확보차원

에서 비탈면 경사방향과 불연속면의 경사방향과의 차이 값에 대한

관리기준을 상향할 필요 있음.

ㅇ 불연속면내 점토 충전 등 불연속면 조사기준을 강화할 필요 있음.

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□ 위원별 자문의견 및 조치내용

구 분 자 문 의 견 조 치 내 용 비고

박재영

1. 비탈면의 기하학적 특성(방향성)이

변경될 경우 추가적인 검토를 시행

하여 비탈면의 안정성 확보 필요

2. 평면파괴 가능범위를 ±30°로 확대

하는 것은 안정성 향상 방안

3. 불연속면내 점토 충전물이 있는

경우 방향성만으로 안정성을 결

정하는 것은 위험성이 따르므로

상세한 검토가 필요

1. 경사방향 변화구간에 대한

안정성 검토로 변경

2. 기 반영된 내용

3. 국가건설기준에 따라 시행

반영

반영

반영

박근수

1. 비탈면 측면이 비탈면을 형성할

경우 암반해석 필요

2. 기 붕괴사례의 경우 다양한 원인에

의한 복합적인 파괴로 추정되므로

상세한 분석 검토가 필요

3. 측면에 대한 파괴가능성 검토 보다는

경사방향 변화구간으로 변경

1. 기 반영된 내용

2. 별도의 기술자문으로 분석

검토 완료

3. 경사방향 변화구간에 대한

안정성 검토로 변경

반영

반영

반영

유병옥

1. 평면파괴 가능범위 ±30°를 벗어나

평면파괴가 발생되는 사례 다수.

평사투영망 해석시 불안정영역의

가정을 두는 것은 타당하지 않음

(장기적인 안정성 확보를 위하여

보수적인 설계 필요함)

1. 모든 불연속면에 대해 불안정

영역의 제한을 두지 않을 경우

과다한 보강 등이 발생할 수

있으므로, 점토 충전 등 불안정

요인이 있는 경우로 한정

반영

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구분 자 문 의 견 조 치 내 용 비고

백승철

1. 측면에 대한 안정성 검토는 적정한

조치이며, 전면부 경사방향에서

±20°~±90°까지 일정간격으로 변화

하면서 검토하는 등 합리적으로

결정할 필요 있음

2. 평면파괴 가능범위 ±30°로 확대하는

것은 바람직하나 경제적 측면을

고려할 필요 있으며, 범위 확대시

범위의 조건을 명기

암반비탈면에 대한 불연속면 정보가

매우 중요하므로, 조사기준 강화

필요성

1. 경사방향 변화구간에 대한

안정성 검토로 변경

2. 일반구간과, 점토 등 충전물이

있는 구간으로 구분 적용

“공용비탈면 지반조사 강화”를

위한 시험시공 결과에 반영

반영

반영

황영철

1. 평면파괴가 측면으로 발생한 것은

경사방향이 바뀐 것이지 경사방향의

차가 넓어진 것이 아니므로, 비탈면의

절취방향을 적절히 고려하면 되는

사항임

2. 안정해석 강화는 안전율 변경, 새로운

해석 적용 등이 해당되므로 자문안건의

제목 변경 필요

1. 경사방향 변화구간에 대해서는

별도 검토하는 것으로 반영

하였으며, 측면부 발생의 경우

측면부 방향성을 고려하더라도

파괴 발생 경사방향 차가 ±20°를

초과하는 범위에서 비탈면 붕괴가

다수 발생되므로 경사방향 차의

범위 확대가 필요함

2. 안건명 변경

미반영

반영