Numerical Analysis of the Stability of a Tailings Dump Slope using Field Monitoring Results

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(1)ISSN (Print) 1226-5268 ISSNS (Online) 2287-7169 The Journal of Engineering Geology, Vol.27, No.1, March, 2017, pp. 21-29 https://doi.org/10.9720/kseg.2017.1.21. 현장 모니터링 결과를 이용한 광미 적치사면 안정성의 수치해석적 연구 송 영 석* 한국지질자원연구원 지질환경연구본부. Numerical Analysis of the Stability of a Tailings Dump Slope using Field Monitoring Results Young-Suk Song* 1. Geologic Environment Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources. Received 11 January 2017; received in revised form 17 February 2017; accepted 20 February 2017. 광미 적치사면에서 측정된 모니터링 결과와 현장조건을 고려한 수치해석결과를 이용하여 강우시 불포화 토층내 모관흡수력 변화를 비교하고 이를 토대로 사면안정해석을 수행하였다. 이를 위하여 계측기간 동안 강우강도가 가장 크게 발생된 기간(72시 간)을 선정하고, 대상기간 동안의 모관흡수력과 강우자료를 분석하였다. 그리고 현장에서 측정된 강우자료를 적용하여 침투 및 사면안정해석을 수행하였다. 강우에 따른 사면내 침투거동을 해석하기 위하여 SEEP/W를 활용하고 사면내 침투깊이를 고려한 사면안정해석을 위하여 SLOPE/W를 활용하였다. 먼저 현장에서 측정된 강우자료를 적용하여 SEEP/W를 이용한 침투해석을 수 행하였다. 침투해석으로 계산된 모관흡수력과 현장계측으로 측정된 모관흡수력을 비교한 결과 모관흡수력의 크기에서는 다소 차이가 있으나 시간에 따른 변화양상은 유사한 것으로 나타났다. 그리고 침투해석결과와 연동하여 SLOPE/W를 이용한 사면안 정해석을 수행한 결과 강우강도가 급속하게 증가되는 시점에서 사면안전율은 크게 감소하였으며, 이후 강우가 발생되지 않는 경우 사면안전율이 회복되는 것으로 해석되었다. 주요어: 광미 적치사면, 현장계측, 강우, 침투해석, 사면안정해석 Variations in matric suction were compared between field measurements and numerical analysis for a tailings dump slope. We performed an analysis of slope stability using precipitation records measured in the field, selecting the period (72 hours) of highest rainfall intensity during the field monitoring, for which the matric suction and rainfall records measured in the field were analyzed. In addition, we applied the precipitation records of this period to the numerical analysis. SEEP/W and SLOPE/W were used to analyze the seepage flow in the slope due to rainfall and to investigate the slope stability considering the wetting front depth from the ground surface, respectively. The seepage analysis, using SEEP/W, was carried out on the rainfall data obtained in the field. Comparisons between the field monitoring data and simulation results for matric suction show some quantitative difference but similar patterns of temporal variation. According to the results of slope stability analysis using SLOPE/W and the results of seepage analysis, the safety factor of the slope showed a sudden increase at the point of rapid increase in rainfall intensity. It then recovered because subsequent rainfall was scarce. Therefore, the stability of the tailings dump slope can be reasonably estimated if seepage and slope stability analyses, based on precipitation records, have been carried out. Key words: tailings dump slope, rainfall, field monitoring, seepage analysis, slope stability analysis. *Corresponding author: [email protected] ⓒ 2017, The Korean Society of Engineering Geology This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons. org/licenses/ by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.. 21.

(2) 송 영 석. 22. 서. 론. 우리나라는 계절적으로 강수량의 차이가 심하며 짧은 기 간에 많은 강우를 동반하는 특징을 갖는다. 우리나라는 온 대성 저기압에 의한 4월부터 7월까지의 강우, 열대성 저기 압과 이동성 고기압에 의한 8월부터 9월까지의 강우, 그리 고 북태평양 고기압과 오츠크 고기압에 의한 전선성 강우 등의 특징을 갖고 있다. 이 가운데 연평균 강우량의 약 70%가 6월에서 9월 사이에 집중호우 형태로 발생하고 있 다. 따라서 우리나라에서 발생되는 산사태는 대부분 이 시 기에 발생되므로 산사태 발생의 주요 요인은 강우라고 판단 할 수 있을 것이다. 광산 개발시 발생되는 폐석을 특별한 처리 없이 자연사 면에 적치하여 많은 환경적인 문제를 야기하고 있다(Dobry and Alvarez, 1967; Banks et al., 1997; Blight, 2000). 또한 자연사면에 조성된 폐석적치장의 경우 강우시 표면침 식과 사면변형이 발생될 수 있으며(Blight and AmponashDa Costa, 2004), 붕괴시 막대한 인명 및 재산피해를 유발 할 수 있다(Blight et al., 1981; Lo and Klohn, 1996). 국 내의 경우 폐석적치장에 대한 적절한 유지관리가 수행되지 못하여 적치장의 법면이 유실되는 표면침식, 폐석적치장 하 중으로 인한 자연사면의 활동파괴 등이 발생하고 있다(Cho et al., 2011; Cho and Song, 2014). 따라서 폐광산지역에 대한 환경공학적 측면에서의 안정성과 더불어 지반공학적 측면에서의 안정성을 확보할 수 있는 연구가 요구되고 있다.. Fig. 1. Setup of the measuring device on the mine waste-dump slope (Song and Jung, 2016).. 변화를 고찰하고자 한다.. 모니터링 시스템. 최근 강우시 발생되는 절성토 사면에서의 파괴양상은 지 하수의 상승으로 인한 깊은 파괴형태보다는 지표면으로부터. 연구지역은 부산광역시 기장군 철마면 임기리에 위치한. 침윤선의 하강으로 인한 얕은 파괴형태를 보인다. 이에 대. 임기광산의 광미 적치사면으로서, 1992년에 폐광된 이후 광. 한 사면안정성 평가 방법으로는 이론적 혹은 실험적 침투깊 이를 산정한 후 한계평형해석을 수행하는 방법(Cho and. 해방지사업이 적용되지 못하고 방치되어 왔다. 광미 적치사 면에 광해방지공법을 적용하지 않은 상태에서 장기간 노출. Lee, 2001; Song et al., 2012)과 유한요소해석을 수행하는 방법(Ng and Shi, 1998; Griffiths and Lu, 2005)이 있다.. 되어 현재 사면의 표층부에 심각한 풍화와 침식으로 인한 세굴현상이 발생되고 있으며, 세굴로 인한 광미의 유실을 줄. 본 연구에서는 광미 적치사면에 설치된 불포화 특성변화. 이기 위하여 현재 방수천을 덮어놓은 상태이다. Fig. 1은 연구지역의 적치사면에 대한 불포화 특성변화 모. 측정시스템의 계측결과를 활용하여 강우에 따른 적치사면의 침투거동과 강우 침투를 고려한 사면안정성 변화를 고찰하. 니터링을 위하여 현장에 설치된 계측장치를 나타낸 것이다. 고자 한다. 이를 위하여 전술한 바와 같이 이론적 침투깊이 를 산정한 후 한계평형해석을 적용한 사면안정해석법을 적. (Song and Jung, 2016). 그림에서 보는 바와 같이 광미 적 치사면의 중앙부에 Tensiometer와 Time-Domain Reflecto-. 용하였다. 본 연구를 위하여 대상사면의 강우 침투해석과 이 를 연계한 사면안정해석이 가능한 SEEP/W (Geo-Slope. meter (TDR)를 지표면으로부터 0.5 m, 1.0 m 및 1.5 m에 각각 설치하였다. Tensiometer는 모관흡수력의 변화를 측정. International Ltd., 2008a)와 SLOPE/W (Geo-Slope Inter-. 하기 위한 것이며, TDR은 체적함수비의 변화를 측정하기. national Ltd., 2008b)를 이용하였다. 즉 적치사면내 강우의 침투거동을 해석하기 위하여 SEEP/W를 활용하고 이 결과. 위한 것이다. 깊이별로 설치된 Tensiometer와 TDR을 이용 하여 강우시 침투로 인한 침윤전선의 거동을 조사하였다. 그. 를 토대로 사면내 침투깊이를 고려한 사면안정해석을 위하 여 SLOPE/W를 활용하였다. 위의 해석결과를 이용하여 실. 리고 광미 적치사면의 상부에 경사계와 지하수위계를 설치 하였으며, 이는 적치사면의 변형거동과 지하수위의 변화를. 제 현장에서 측정된 모관흡수력에 대한 측정결과와의 비교. 측정하기 위한 것이다. 한편 현장에 설치된 다양한 센서로. 분석을 수행하고, 강우에 따른 광미 적치사면의 사면안정성. 부터 측정된 자료를 수집, 관리 및 전송하는 Data.

(3) 현장 모니터링 결과를 이용한 광미 적치사면 안정성의 수치해석적 연구. 23. Table 1. Monitoring list and sensors (Song and Jung, 2016). List. Field measurement units. Model, Manufacturer. Rainfall. Rainfall tipping bucket. Te525MM-L23, Campbell. Matric suction. Tensiometer. Jet fill 2725 ARL, Soil moisture. Volumetric water content. TDR. TRIME PICO 64, IMKO. Underground water level. Groundwater level meter. CWL-5, ZIS. Soil displacement. Automated inclinometer. SMI-5, ZIS. Table 2. Engineering properties of mine waste tailings (Song et al., 2014). Properties. Symbol. Unit. Value. Specific gravity. Gs. -. 2.73 3. Total unit weight. γt. (t/m ). 1.70. Dry unit weight. γd. (t/m3). 1.59. Effective grain size. D10. (mm). 0.0064. Coefficient of uniformity. cu. -. 406.30. Coefficient of curvature. cg. -. 10.80. Liquid limit. LL. (%). 24.49. Plastic limit. PL. (%). N.P.. Unified soil classification system (USCS). SM. Table 3. Unsaturated soil parameters for drying and wetting paths (Song et al., 2014). Condition. α (kPa−1). n. m. AEV/WEV (kPa). R2. Drying Wetting. 0.180. 1.811. 0.448. 2.5. 0.994. 0.787. 1.670. 0.401. 0.6. 0.998. Acquisition System (DAS)과 전원공급을 위한 태양광 시스 템을 설치하였다. 한편, Table 1은 적치사면의 불포화 특성변화 측정항목과. 바와 같이 적치사면을 구성하고 있는 광미는 통일분류법 (USCS) 상에서 실트질 모래(SM)로 구분되며, 현장건조단위 중량은 1.59 t/m3으로 측정되었다.. 함께 현장에 설치된 센서의 종류를 나타낸 것이다. 본 연구 에서는 5가지의 측정항목을 선정하고 현장조건을 고려하여. 한편 연구지역의 적치사면을 구성하고 있는 광미의 불포 화 특성을 조사하기 위하여 현장의 건조단위중량으로 시료. 각 항목을 측정할 수 있는 센서를 선정하였다. 표에서 보는 바와 같이, 강우측정을 위한 강우계는 티핑버킷(Tipping. 를 성형하고 자동 흙-함수특성곡선(SWCC) 시험장치를 활 용하여 건조 및 습윤과정의 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산. bucket) 타입으로 선정하였고, 모관흡수력 측정을 위한. 정하였다(Song et al., 2014). 본 연구에서는 흙-함수특성곡. Tensiometer는 제트필(Jet-fill) 타입으로 선정하였다. 그리고 체적함수비 측정을 위하여 TDR 센서는 강산성을 띄는 현. 선(SWCC)을 산정하기 위하여 식 (1)에 제시한 van Genuchten (1980) 방법을 활용하였다. van Genuchten (1980). 장조건을 고려하여 내구성 및 내부식성이 우수한 것으로 선 정하였다.. 방법은 체적함수비 혹은 유효포화도와 모관흡수력의 상관관 계를 불포화 관련계수인 α (공기유입값과 관련된 계수), n (변곡점의 경사에 관련된 계수) 및 m (잔류함수비에 관련된. 광미의 공학적 특성 연구지역의 적치사면을 구성하고 있는 광미에 대한 공학 적 특성을 조사하기 위하여 현장에서 시료를 채취하여 각종 토질시험을 수행하였다. 연구지역 광미의 공학적 특성을 조. 계수)으로 나타낸다. Table 3은 실험을 통하여 산정된 연구 지역의 적치사면을 구성하고 있는 광미의 불포화 관련계수 를 나타낸 것이다. θ – θr 1 Se = -------------- = -------------------------------------n θs – θr 1 + [ α( ua – uw ) ]. m. (1). 사하기 위하여 체분석시험, 비중시험, 액소성한계시험, 다짐 시험 등을 수행하였다. Table 2는 연구지역 적치사면에서 채. Fig. 2는 van Genuchten (1980)방법을 적용하여 건조 및. 취된 광미의 공학적 특성을 측정한 결과이다. 표에서 보는. 습윤과정의 흙-함수특성곡선(SWCC)을 각각 도시한 것이다..

(4) 24. 송 영 석. Fig. 2. Estimation of Air-Entry Value and Water-Entry Value (Song et al., 2014).. Fig. 3. Relationship between normal stress and maximum shear stress (Song, 2015).. Fig. 4. Panoramic view of the mine waste-dump slope.. 이를 토대로 도해적인 방법을 적용하여 건조과정의 공기함 입치(Air-Entry Value, AEV)와 습윤과정의 수분함입치. 상태의 광미에 대한 포화투수계수(ks)는 1.71 × 10−3 cm/sec 이다.. (Water-Entry Value, WEV)를 산정한 결과 각각 2.5 kPa 및 0.6 kPa로 나타났다.. 해석단면 및 지반정수 선정. 연구지역의 적치사면을 구성하고 있는 광미의 전단강도를 측정하기 위하여 완속배수 직접전단시험(KS F 2343)을 수 행하였다. 현장의 건조단위중량으로 광미 시료를 성형한 후. 해석단면 선정. 연직응력을 1 kgf, 1.5 kgf 및 2 kgf으로 변화시켜가며 전단 응력을 측정하였으며, 전단속도는 0.3 mm/min으로 하였다.. 으로 침투해석 및 사면안정해석을 위하여 적치사면의 기하 학적 형상을 그대로 적용하였다. 그림에서 보는 바와 같이. 광미의 전단강도를 산정하기 위하여 Mohr-Coulomb의 파괴 기준을 적용하였다. Fig. 3은 연직응력에 따른 최대전단응력. 대상사면의 경사는 40-45o 범위이며, 중간에 약 2 m 폭의 2. Fig. 4는 연구지역의 광미 적치사면의 전경을 나타낸 것. 의 상관관계를 도시한 것이다. Mohr-Coulomb의 파괴기준을. 개의 소단이 위치하고 있다. 지반조사 결과 약 7-8 m 두께 의 광미가 기반암층 상부에 위치하는 것으로 나타났으며, 지. 적용하여 분석한 결과 점착력 c는 0.0067 kg/cm2이며, 내부 마찰각은 46.58o인 것으로 나타났다.. 하수위는 지표면으로부터 약 6.6 m 깊이에 위치하는 것으로 조사되었다.. 그리고 연구지역의 적치사면을 구성하고 있는 광미의 포 화투수계수를 측정하기 위하여 삼축압축시험장치를 이용한. 해석 입력자료 선정. 투수시험(ASTM D5084)을 수행하였다. 측정결과 현장조건. 연구지역의 광미 적치사면에 대한 침투해석 및 사면안정.

(5) 현장 모니터링 결과를 이용한 광미 적치사면 안정성의 수치해석적 연구. 25. Table 4. Input data for numerical analysis of seepage and slope stability (Song, 2015). Mechanical property. Parameter Measured value. o. Unsaturated soil property. 2. −1. c' (t/m ). φ' ( ). ksat (cm/sec). α (kPa ). n. m. WEV (kPa). 0.0067. 46.58. 1.71 × 10−3. 0.787. 1.670. 0.401. 0.6. 해석을 위하여 전술한 광미의 공학적 특성 시험결과를 토대 로 지반정수를 산정하였다. 광미 적치사면의 침투해석 및 사 면안정해석을 위하여 각각 SEEP/W와 SLOPE/W를 활용하 였다. 강우로 인한 침투거동은 흙-함수특성곡선(SWCC) 측 정을 위한 시험에서 습윤과정과 동일하므로 습윤과정의 불 포화 계수를 해석시 적용하였다. 또한 광미의 전단강도는 완 속배수조건에서 측정된 것이므로 유효전단강도 정수로 정의 할 수 있다. 이와 같이 연구지역의 광미에 대한 실험결과를 토대로 산정한 해석시 지반정수는 Table 4와 같이 나타낼 수 있다.. 강우침투 해석. Fig. 5. Selection of analysis period (72 hours) with the highest rainfall intensity.. SEEP/W 프로그램 개요. SEEP/W프로그램은 Geo-Slope International Ltd.에서 개 발된 GeoStudio 프로그램 가운데 하나로 다공성 재료에서 지하수위의 흐름을 해석할 수 있다. 본 프로그램은 단순함 포화조건에 대한 해석부터 복잡한 시간의존적인 포화 및 불 포화 조건에 대한 해석까지 가능하다. 특히 포화토 및 불포 화토의 흐름해석, 정상류 및 비정상류 해석, 다층지반 해석 이 가능하며, 사면안정해석, 응력변형 해석, 지진해석 등과 의 연계해석이 가능하다.. Fig. 6. Variation in matric suction during the analysis period.. 해석결과 및 분석. 대상지역에서 측정된 강우자료를 토대로 측정기간 중 최 대 강우강도가 발생된 시점을 대상으로 강우 침투해석을 수 행하였다. Fig. 5는 2014년 8월 24일부터 8월 27일까지 3 일간의 강우기록을 나타낸 것이다. 해당기간은 측정기간 중 최대 강우강도가 발생된 시점인 8월 25일의 기간을 포함하 고 있으며, 이 기간 중 발생된 최대 강우강도는 87.5 mm/hr 이고, 8월 25일에 발생된 일일 누적강우량은 187.1 mm로 나타났다. 그리고 강우는 8월 24일 0시 부터 30시간이 경 과된 8월 25일 6시부터 내리기 시작하여 8월 25일 16시까 지 약 10시간 동안 집중호우가 발생되었다. Fig. 6은 대상지역에서 깊이별로 설치된 Tensiometer로부 터 측정된 모관흡수력을 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바 와 같이 모관흡수력의 변화는 강우에 의해 크게 영향을 받 지 않는 것으로 나타났으나, 최대 강우강도 발생시점에서 모. Fig. 7. Cross-section of numerical model of seepage analysis.. 관흡수력이 증가하는 것으로 나타났다. 강우시 광미 적치사면의 침투거동을 해석하기 위하여 SEEP/W프로그램을 이용하였다. Fig. 7은 대상사면의 지형. 학적 특성과 지반조건을 고려하여 모델링한 해석단면을 나 타낸 것이다. 해석단면은 4,615개의 노드와 4,459개의 요소.

(6) 26. 송 영 석. 로 구성되어 있으며, 삼각형 및 사각형 요소로 구성하였다.. 석을 통하여 계산된 깊이에 따른 체적함수비와 모관흡수력. 그리고 침투조건은 비정상류 상태로 가정하였으며, 지하수 위는 지반조사시 측정된 깊이로 적용하였다.. 의 변화를 나타낸 것이다. 침투해석을 위한 초기 모관흡수 력은 현장에서 측정된 결과를 토대로 입력하였으며, 3시간. Fig. 8은 2014년 8월 24일부터 8월 26일까지 3일간(72시 간)의 강우자료(Fig. 5)를 적용하여 침투해석을 수행한 결과. 간격으로 체적함수비 및 모관흡수력의 변화를 도시한 것이 다. Fig. 5에서 나타낸 바와 같이 강우가 내리기 시작하는. 이다. 그림에서 보는 바와 같이 강우침투로 인한 습윤전선 (wetting front)이 생성되고 지속적인 강우로 인하여 습윤전. 시점은 8월 24일 0시부터 30시간 경과후 부터이며, 강우의 침투로 인하여 체적함수비와 모관흡수력이 변화되기 시작하. 선이 약 1.5-2.0 m 깊이까지 도달하는 것으로 나타났다.. 는 시점은 33시간 경과 후부터 이다. Fig. 9에서 보는 바와. 깊이별 체적함수비 및 모관흡수력의 변화를 분석하기 위 하여 실제로 임기광산 광미 적치사면의 현장에 모니터링 센. 같이 깊이에 따른 체적함수비 및 모관흡수력은 강우지속시 간이 증가함에 따라 침투깊이가 증가됨을 알 수 있다. 즉. 서가 설치된 위치에서의 결과를 활용하였다. Fig. 9는 2014 년 8월 24일부터 8월 26일까지 3일간(72시간) 동안 침투해. 해석을 수행한 시점인 8월 24일 0시부터 39시간 경과 후 강우로 인하여 지표면(GL(-)0.0 m)이 포화되어 습윤전선을 형성하고, 45시간 경과후 습윤전선은 GL(-)0.5 m로 하강함 을 알 수 있다. 그리고 48시간 경과후 습윤전선은 GL(-) 1.0 m로 하강하며, 이후 지속적인 강우로 인하여 습윤전선 은 하강을 하고 있으나 GL(-)1.5 m까지 완전히 포화되지는 않는 것으로 나타났다. 각 깊이별 습윤전선의 생성 및 하강 은 모관흡수력이 포화로 인하여 0 kPa에 이르게 되는 시점 으로 결정할 수 있다. 그리고 모관흡수력이 0 kPa일 때 즉, 포화시 측정된 체적함수비는 약 0.33-0.36의 값을 갖는 것 으로 나타났다. 이는 흙-함수특성곡선에서 습윤과정에서의 포화시 체적함수비( θsw )인 0.36과 일치하고 있음을 알 수 있다. 한편 Fig. 10은 현장에서 측정된 모관흡수력의 변화와 수 치해석을 통하여 계산된 모관흡수력의 변화를 서로 비교한. Fig. 8. Results of seepage analysis for the analysis period.. 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 모관흡수력의 크기는 측 정결과와 해석결과가 차이가 있으나 시간에 따른 변화양상 은 유사한 것으로 나타났다. 특히 GL(-)0.5 m 깊이에서 모. Fig. 9. Profile of volumetric water content and matric suction for the duration time..

(7) 현장 모니터링 결과를 이용한 광미 적치사면 안정성의 수치해석적 연구. 27. Fig. 10. Comparison between measured and simulated matric suction.. 관흡수력에 대한 측정결과와 해석결과가 가장 유사한 것으 로 나타났다. 그러나 모관흡수력의 측정심도가 깊어질수록. Fig. 11. Results of slope stability analysis considering seepage analysis.. 측정결과와 해석결과의 차이가 더 크게 발생되었다. 즉 실 제 현장에서는 강우로 인한 습윤전선의 하강이 수치해석에 서와 같이 원활하게 진행되지 않음을 알 수 있다. 이러한. 법, Janbu간편법, Spencer법, Morgenstern-Proce법, GLE법 등이 있으며, 활동면의 형상은 원호활동, 평면활동, 복합활. 이유는 수치해석에서 현장에서의 다양한 조건을 모두 고려 하지 못하기 때문으로 판단된다. 그리고 실제로 현장에서는. 동 중 선택사용이 가능하다.. 강우시 침투현상과 건조시 증발현상이 번갈아 가면서 발생 되는데 수치해석에서는 이러한 현상을 정확하게 모사하기. 해석결과 및 분석. 어렵다. 그러나 수치해석결과를 보면 시간에 따라 습윤전선 이 하강하여 토층내 포화심도가 깊어지며, 측정결과에 비해 더 큰 값을 나타내므로 실제 현장조건보다 더 낮은 사면안 전율이 계산됨을 알 수 있다.. 강우침투를 고려한 사면안정 해석. SEEP/W프로그램과 연동시켜 강우시 광미 적치사면에서 의 침투깊이를 고려하여 사면안정해석을 수행하였다. Fig. 11은 강우침투 해석결과와 연동하여 침투깊이를 산정하고 이를 고려하여 사면안정해석을 수행한 결과이다. Fig. 11의 경우 2014년 8월 24일부터 72시간이 경과된 8월 26일까지 의 침투해석 결과를 적용하여 사면안정해석을 수행한 결과 이다. 사면안정해석법은 일반적으로 가장 많이 사용되고 있 는 Bishop 간편법을 적용하였으며, 원호활동파괴로 가정하. SLOPE/W 프로그램. SEEP/W프로그램은 Geo-Slope International Ltd.에서 개 발된 GeoStudio 프로그램 가운데 하나로 한계평형해석기법. 였다. 그리고 지하수위는 지반조사시 측정된 깊이로 적용하 였다. 그림에서 보는 바와 같이 사면안전율은 1.67로 나타. 을 활용한 사면안정해석 프로그램이다. 본 프로그램에서는. 났으며, 최소 사면안전율을 나타내는 활동파괴면은 약 1.5 m 깊이까지 위치하고 있다.. 사용자가 지정한 가상활동면의 안전율을 구하거나 임의 발 생에 의한 가상활동면을 구할 수 있으며, 여러 해석법을 동. 한편 Fig. 12는 2014년 8월 24일부터 8월 26일까지 3일 (72시간) 동안 현장에서 측정된 강우자료를 적용하여 침투. 시에 사용할 수 있다. 절편사이의 힘들에 가정을 실시하고 이러한 가정들이 비선형 안전율 방정식을 만들어 내면 프로. 해석을 수행하고 이와 연동하여 사면안정해석을 수행한 결. 그램은 활동면에서 절편과 관련된 몇가지 힘들이 수렴될 때. 과를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 강우 발생시 점인 8월 25일 6시 이후 사면안전율은 미소하게 증가하다. 까지 반복하여 계산하게 된다. 또한 전단강도에 있어서 쌍 일차(Bilinear) 전단강도 포락선이 이용될 수 있으며, 불포화. 가 강우강도가 60.6 mm/hr인 8월 25일 14시 이후 급격하게 사면안전율이 감소하는 것으로 나타났다. 이후 사면안전율. 흙에 대해서는 확장된 Mohr-Coulomb 파괴포락선을 이용할 수 있다. 또한 부분적으로 사면이 물에 잠겼을 경우나 인장. 은 급격하게 감소하였으며, 8월 25일 16시에 최소사면안전. 균열, 사면이 완전히 잠겼을 경우의 해석도 가능하다. 한편,. 율인 1.59를 나타내었다. 이후 2시간 동안 강우가 내리지 않았으며, 이때 사면안전율은 약 0.05 정도 다시 증가하는. 지표면의 등분포하중 및 집중하중에 대한 해석이 가능하며, 지진하중도 고려할 수 있도록 되어있다. 본 프로그램에서 적. 것으로 나타났다. 이는 강우 발생 이후 지표면 상부에서 모 관흡수력이 증가됨에 따라 지반의 유효응력이 증가되어 발. 용이 가능한 해석법은 Ordinary법, Fellenius법, Bishop간편. 생된 것으로 판단된다. 이후 다시 강우로 인하여 사면안전.

(8) 송 영 석. 28. (3) 현장에서 측정된 포화시 체적함수비는 약 0.33-0.36의 값을 갖는 것으로 나타났으며, 흙-함수특성곡선에서 습윤과 정의 포화시 체적함수비인 0.36과 동일함을 알 수 있다. (4) 현장에서 측정된 모관흡수력과 수치해석을 통하여 계 산된 모관흡수력의 변화를 비교한 결과 모관흡수력의 크기 는 차이가 있으나 시간에 따른 변화양상은 유사한 것으로 나타났다. 그리고 모관흡수력에 대한 측정결과와 해석결과 의 차이는 측정심도가 깊어질수록 더 크게 발생되므로 실제. Fig. 12. Temporal variations in minimum safety factor of slope.. 현장에서는 강우로 인한 습윤전선의 하강이 수치해석에서와 같이 원활하게 진행되지 않았음을 예상할 수 있다. (5) 현장에서 측정된 강우자료를 적용하여 침투해석을 수 행하고 이와 연동하여 사면안정해석을 수행한 결과 강우강. 율은 감소하다가 강우가 종료된 이후 미소하게 증가하는 경. 도가 급속하게 증가되는 시점에서 사면안전율은 크게 감소. 향을 보이고 있다. 이상의 결과로 보아 현장에서 측정된 강우자료를 토대로. 하였으며, 이후 강우가 발생되지 않는 경우 사면안전율이 일 부 회복됨을 알 수 있다.. 강우침투해석을 수행하고, 이와 연동하여 사면안정해석을 수 행할 경우 강우에 따른 광미 적치사면의 안정성을 지속적으. 감사의 글. 로 평가할 수 있을 것으로 판단된다.. 결. 론. 본 연구는 한국지질자원연구원 주요사업인 “기후변화 적 응 산사태 조기경보기술 및 지질환경재해 리스크 제어기술 개발 (17-3413)” 과제의 일환으로 수행되었습니다.. 본 연구에서는 연구대상 현장인 부산 임기광산의 광미 적 치사면을 대상으로 현장에서 측정된 강우자료를 토대로 침 투해석과 이와 연동된 사면안정해석을 수행하였다. 이를 위 하여 계측기간 동안 강우강도가 가장 크게 발생된 기간을 선정하고, 이때의 강우자료를 적용하여 수치해석에 수행하 였다. 강우에 따른 사면내 침투거동을 해석하기 위하여 SEEP/W를 활용하고 사면내 침투깊이를 고려한 사면안정해 석을 위하여 SLOPE/W를 활용하였다. 해석결과를 이용하여 실제 강우에 따른 대상지역의 광미 적치사면의 침투거동과 사면안정성의 변화를 분석할 수 있으며, 이에 대한 결과는 다음과 같다. (1) 광미 적치사면의 해석단면은 불포화 특성 모니터링 설 치구간으로 선정하였으며, 적용된 강우자료는 계측기간 동 안 강우강도가 가장 크게 발생된 2014년 8월 25일(최대강 우강도 87.5 mm/hr, 일누적 강우량 187.1 mm)을 포함하여 8월 24일부터 26일까지 72시간 동안으로 선정하였다. (2) 각 깊이별 습윤전선의 생성 및 하강은 모관흡수력이 포화로 인하여 0 kPa에 이르게 되는 시점으로 결정할 수 있 다. 강우자료를 이용한 침투해석결과 강우 발생시점으로부 터 6시간 경과후 지표면(GL(-)0.0 m) 전체가 포화되어 습윤 전선을 형성하고, 이후 6시간 경과후 습윤전선은 GL(-)0.5 m 로 하강하였다. 이후 3시간 경과후 습윤전선은 GL(-)1.0 m 로 하강하며, 이후 지속적인 강우로 인하여 습윤전선은 하 강을 하고 있으나 GL(-)1.5 m까지 완전히 포화되지는 않음 을 알 수 있다.. References ASTM D5084, 2000, Standard test methods for measurement of hydraulic conductivity of saturated porous materials using a flexible wall permeameter, ASTM International, West Conshohocken, PA. 1-24. Banks, D., Younger, P. L., Arnesen, R. T., Iversen, E. R., and Banks, S. B., 1997, Mine-water chemistry: the good, the bad and the ugly, Environmental Geology, 32(3), 157-174. Blight, G. E., 2000, Management and operational background to three tailings dam failures in South Africa, Proc. Slope Stability in Mining, Littleton, Colorado, U.S.A., 383-390. Blight, G. E. and Amponash-Da Costa, F., 2004, Towards the 1000-year erosion-free tailings dam slope - A study in South Africa, Proc. Ground Water Bioengineering for Erosion Control and Slope Stabilization, New Hampshire, U.S.A. 365-376. Blight, G. E., Rea, C. E., Caldwell, J. A., and Davidson, K. W., 1981, Environmental protection of abandoned tailings dams, Proc. 10th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Stockholm, Sweden, 1, 303-308. Cho, S. E. and Lee, S. R., 2001, Instability of unsaturated soil slopes due to infiltration, Computers and Geotechnics, 28, 185-208. Cho, Y. C. and Song, Y. S., 2014, Deformation measurements and a stability analysis of the slope at a coal mine waste.

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