그림 원호활동(Circular Slip Surface) 파괴 — 회전중심 O를 기준으로 활동토체가 저항력보다 활동력이 클 때 원호를 따라 붕괴하며, Fellenius·Bishop법은 이 원호를 다수의 절편(Slice)으로 나누어 안전율을 계산한다.
| 항목 | 기준·내용 |
|---|
| 안전율 정의 | Fs = 저항력(전단강도에 의한 저항모멘트) / 활동력(자중에 의한 활동모멘트) |
| 소요안전율 | 평상시 1.5 이상, 강우 시 1.2~1.3 이상, 지진 시 1.1~1.2 이상(통상 인용 범위, 구조물 중요도별 상이) |
| Fellenius법(절편법) | 원호를 절편으로 분할, 절편 간 작용력 무시(정역학적 부정정 단순화) — 계산 간단, 간극수압 고려 시 다소 과소평가 경향 |
| Bishop법(간편법) | 절편 간 수평력 고려, 간극수압(간극수압비 ru) 반영 — 반복계산(수렴법) 필요, Fellenius법보다 정밀 |
| 파괴형태 | 원호활동 · 평면활동 · 붕락(Falling) · 유동(Flow) — 지반조건에 따라 상이 |
| 전단강도 | τf = c + σ·tanφ (Mohr-Coulomb), 강우 시 간극수압 상승 → 유효응력 감소 → τf 저하 |
📝 예상문제 & 모범답안
용어예상사면안정 해석에서의 안전율(Fs) 정의 및 소요안전율. (10점)
1. 정의
Fs = 저항력(전단강도에 의한 저항모멘트) / 활동력(자중에 의한 활동모멘트).
2. 소요안전율
평상시 1.5 이상, 강우 시 1.2~1.3 이상, 지진 시 1.1~1.2 이상이 통상 적용된다.
3. 유의사항
소요안전율은 구조물의 중요도·붕괴 시 피해규모에 따라 상향 조정될 수 있으며, 해석조건(강우·지진)별로 별도 검토해야 한다.
용어예상Fellenius법과 Bishop법의 차이. (10점)
1. Fellenius법(절편법)
원호를 절편으로 나누어 절편 간 작용력을 무시, 계산은 간단하나 간극수압 고려 시 안전율을 다소 과소평가한다.
2. Bishop법(간편법)
절편 간 수평력·간극수압을 고려해 반복계산으로 수렴, Fellenius법보다 정밀하나 계산량이 증가한다.
3. 적용성
예비검토·수계산 단순화에는 Fellenius법, 정밀 설계·소프트웨어 해석에는 Bishop법 이상의 정밀법을 사용한다.
용어예상억지말뚝(Stabilizing Pile)공법에 대하여 설명하시오. (10점)
1. 정의
활동면을 관통하도록 말뚝을 설치해 말뚝의 전단저항으로 활동력에 저항하는 사면보강 공법.
2. 특징·유의
말뚝은 활동면 하부의 부동지반에 충분히 근입되어야 하며, 앵커·소일네일링과 병용 시 저항력이 증대된다.
용어예상소일네일링(Soil Nailing)과 Ground Anchor의 차이를 설명하시오. (10점)
1. 소일네일링
사면·굴착면에 짧은 보강재(네일)를 촘촘히 삽입해 지반 자체의 전단강도를 보강하는 수동적(무긴장) 보강공법.
2. Ground Anchor
천공 후 정착부를 그라우팅하고 인장재에 긴장력을 도입(능동적)하여 활동토체를 직접 잡아당겨 저항하는 공법.
3. 비교·유의
소일네일링은 시공이 간편하고 경제적이나 변위 발생 후 저항이 발현되며, 앵커는 즉시 긴장력이 도입되어 변위 억제에 유리하나 시공비가 상대적으로 높다.
서술형예상토공사 사면붕괴의 원인과 안전대책에 대하여 설명하시오. (25점)
Ⅰ. 개요
사면안정 검토는 절토·성토로 형성된 비탈면이 자중·외력에 의해 활동파괴되지 않도록 안전율을 산정하는 절차로, 여름철 집중호우·장마철마다 사면붕괴에 의한 매몰·추락 사망사고가 반복되는 대표적 토공 재해이다.
Ⅱ. 사면 파괴형태와 안전율 구조
사면은 원호활동·평면활동·붕락·유동의 형태로 파괴되며, 안전율 Fs=저항모멘트(전단강도 기반)/활동모멘트(자중 기반)로 표현되어 저항력보다 활동력이 클 때 붕괴가 발생한다.
Ⅲ. 붕괴원인 (두문자 우·간·경·다·배)
① 우수 침투: 지표수가 사면 내로 침투해 함수비 증가·중량 증가
② 간극수압 과잉: 강우·지하수 상승으로 유효응력 감소 → 전단강도 저하
③ 경사(구배) 과다: 설계 구배 미준수, 급경사 절토
④ 다짐불량: 성토 다짐도 부족으로 강도·투수성 불량
⑤ 배수불량: 배수시설 미비·막힘으로 우수 체류
Ⅳ. 안전대책
① 배수대책: 지표수·지하수 배제(측구, 수평배수공, 집수정)로 간극수압을 저감한다.
② 구조보강: 옹벽·보강토옹벽, 억지말뚝, 앵커·소일네일링으로 활동력에 저항한다.
③ 구배완화: 소단(Berm) 설치, 단계별 절토로 활동면 길이를 늘려 안전율을 높인다.
④ 표면보호: 식생공·뿜칠(숏크리트)로 우수 침투·표면 침식을 방지한다.
⑤ 시공관리: 다짐도 관리, 계측(신축계·경사계)에 의한 조기경보 체계를 구축한다.
⑥ 관리체계: 우기 전 배수시설 사전 점검, 위험사면 목록화(사면관리대장)로 상시 관리한다.
Mohr-Coulomb 파괴기준 τf=c+σ·tanφ에서, 강우로 간극수압 u가 상승하면 유효응력 σ'=σ-u가 감소하여 전단강도가 저하되고 Fs가 급격히 낮아진다.
장마철 집중호우 후 절토사면에서 간극수압 급상승으로 원호활동이 발생, 인접 작업자가 매몰되는 재해가 반복 보고되며, 공통적으로 배수시설 미설치·사전 계측 부재가 원인으로 지적된다.
Ⅴ. 맺음말
사면안정은 시공 중 계측관리를 통한 조기징후 파악과 우기 전 배수시설 선행 확보가 재해예방의 근본이다.
서술형예상사면안정 해석법(Fellenius법·Bishop법)을 비교 설명하시오. (25점)
Ⅰ. 개요
사면안정 해석은 활동원을 가정해 안전율을 구하는 한계평형법이 실무의 기본이며, 절편법의 가정 차이에 따라 정밀도가 달라진다.
Ⅱ. 공통 원리(절편법)
활동토체를 다수의 연직 절편으로 분할해 각 절편의 중량·간극수압·전단강도를 구하고, 전체 저항모멘트와 활동모멘트의 비로 Fs를 산정한다.
Ⅲ. Fellenius법과 Bishop법 비교
① Fellenius법: 절편 간 작용력(수평·전단력)을 무시해 계산이 단순하나, 간극수압이 큰 경우 안전율을 과소평가하는 경향이 있다.
② Bishop법(간편법): 절편 간 수평력을 고려하고 간극수압비(ru)를 반영하며, Fs가 방정식 양변에 존재해 반복계산으로 수렴시킨다.
③ 적용성: 예비검토·수계산 단순화에는 Fellenius법을, 정밀 설계·소프트웨어 해석에는 Bishop법 이상의 정밀법을 사용한다.
Ⅳ. 실무 적용 시 유의사항(대책)
① 해석법 선정: 대상 지반의 간극수압 조건과 요구 정밀도에 따라 해석법을 결정한다.
② 파괴면 가정 검증: 원호 이외 평면·복합 파괴면 가능성이 있는 암반사면은 별도 해석법(쐐기해석 등)을 병행한다.
③ 지반정수 신뢰성 확보: 강도정수(c,φ)와 간극수압 측정치의 신뢰도가 해석 결과를 좌우하므로 지반조사와 연계한다.
④ 프로그램 해석 병행: 실무에서는 상용 해석 프로그램으로 다수의 활동원을 자동 탐색해 최소안전율 활동면을 찾는다.
⑤ 계측 검증: 해석 결과를 계측관리(신축계·경사계)와 상호 비교해 실제 거동과의 정합성을 확인한다.
Bishop 간편법 Fs = Σ[{c'b+(W-ub)tanφ'}/mα] / ΣW·sinα, mα=cosα(1+tanα·tanφ'/Fs) 형태로 Fs가 좌우변에 있어 반복수렴 계산이 필요하다.
Ⅴ. 맺음말
해석법 선정은 대상 지반의 간극수압 조건과 요구 정밀도에 따라 결정하되, 실무에서는 프로그램 해석과 계측관리를 병행해 신뢰성을 높여야 한다.
📚 출처·근거
- KCS 11 xx xx (토공사·기초)
- KDS 11 xx xx (지반설계기준)
- 구조물기초설계기준
※ 본 정리는 위 기준을 바탕으로 학습용으로 재구성한 것으로, 세부 수치·조항은 최신 개정본 확인 필요. 예상문제 출처는 "예상"이며, 실제 출제 회차는 기출 수집(/crawl) 후 표기됩니다.