1. 서 론
석굴암은 통일신라시대에 경주 토함산(吐含山)에 세워 진 한국의 대표적인 석굴사찰로서, 신라인들의 신앙과 염
원, 뛰어난 건축미, 성숙한 조각기법 등을 보여주는 역사 유적이다. 석굴암 석실은 국보 제24호로 지정되어 관리되 고 있고, 1995년에 불국사와 함께 유네스코 세계문화유산 으로도 등록되었다. 석굴암은 화강암의 자연석을 다듬어 인공적으로 축조한 석굴 사찰로서, 천연암벽이나 동굴에 조성된 일반적인 석굴사원과는 차원이 다른 매우 독창적 인 구조적 특징을 가진다.
경주 석굴암 주변 비탈면의 안정성에 관한 연구
A Study on the Slope Stability Assessment of Seokguram Region in Gyeongju
이광우
1*, 김승현
1, 조삼덕
2Kwang-Wu Lee
1*, Seung-Hyun Kim
1, Sam-Deok Cho
21
Member, Senior Researcher, Geotechnical Engineering Research Institute, Korea Institute of Civil engineering and building Technology, 283 Goyangdae-Ro, Ilsanseo-Gu, Goyang-Si, Gyeonggi-Do, 10223, Republic of Korea
2
Member, Senior Research Fellow, Geotechnical Engineering Research Institute, Korea Institute of Civil engineering and building Technology, 283 Goyangdae-Ro, Ilsanseo-Gu, Goyang-Si, Gyeonggi-Do, 10223, Republic of Korea
ABSTRACT
The maintenance, repair, and reinforcement projects and structural stability assessments of Seokguram have primarily focused on examining the condition of stone members of Seokguram and the concrete dome structure for Seokguram. However, a 12 m -high rock slope located behind Seokguram raises a concern of slope failure and rockfall, which may reduce stability of Seokguram. It is also unclear whether the soil slopes and masonry wall at the side and the front of Seokguram have sufficient long -term stability against localized heavy rains and earthquakes, which have been frequent in recent years. The present study investigates the ground and the slopes around Seokguram using detailed field survey to identify geographical and geological risk factors, and assess structural stability of the exposed rock mass behind and the slope in front of Seokguram and the masonry wall using stability analysis.
요 지
석굴암이 발견된 이후 수행된 그간의 정비 및 보수･보강 사업과 구조안정성 평가는 주로 석굴암의 석재와 콘크리트 돔 구조체 의 상태 점검을 위주로 진행되어 왔다. 그러나, 석굴암 배면에는 높이 12m의 암반비탈면이 위치하여 비탈면 붕괴나 낙석 등의 발생이 우려되고, 이는 석굴암의 안정을 저해하는 요인이 될 수 있다. 또한 석굴암 측면 및 전면부의 토사비탈면과 석축의 경우도 최근 빈번해지고 있는 국지성 호우와 지진의 영향으로 장기적으로 안정성을 확보하고 있는지 의문시된다. 이에 본 연구에서는 석굴암 주변 지반과 비탈면에 대한 상세 현장조사를 통해 지형 및 지질학적 위험요인들을 파악하고, 안정성 해석을 통해 석굴암 배면의 노출암반 및 전면부 비탈면과 석축 등의 구조적 안전성을 검토하였다.
Keywords : Seokguram, Rock slope, Slope stability assessment, Field survey
한국지반신소재학회논문집 제16권 4호 2017년 12월 pp. 139 ∼ 149J. Korean Geosynthetics Society Vol.16 No.4 December. 2017 pp. 139 ~ 149
DOI: https://doi.org/10.12814/jkgss.2017.16.4.139 ISSN: 2508-2876(Print) ISSN: 2287-9528(Online)
Received 29 Nov. 2017, Revised 13 Dec. 2017, Accepted 15 Dec. 2017
*Corresponding author
Tel: +82-31-9100-232; Fax: +82-31-9100-211 E-mail address: [email protected] (K. W. Lee)
석굴암은 1909년 토함산의 동산령을 넘어 동해안 지대 로 배달 가던 우체부에 의해 발견되었다. “천장 3분의 1이 이미 추락하여 구멍이 생겨 그 구멍에서 흙이 들어오고 있 어 그대로 방치할 경우 모든 불상이 파손될 위험이 있다.”
는 기록에서 보듯이 구조적으로 매우 불안정한 상태에 있 었던 것으로 보인다. 특히 본존불의 코는 깨지고 연화대도 심하게 갈라지고 깨져 있었다고 한다.
현재의 석굴암의 모습은 1960년대 이후 진행되어 온 보 수공사의 결과로 만들어진 것이다. 석굴암 내부 석실에 발 생하는 반복적인 이끼와 결로 문제를 해결하기 위하여 석 굴암 내부를 완전히 밀폐하고 그 안에 공조설비를 가동함 으로써 참배객의 진입 자체를 차단시켰다. 현재 이끼의 발 생과 결로 문제는 상당 부분 해결된 상태이나 공조설비의 작동이 멈추게 되면, 석굴암의 훼손이 불가피한 상황이다.
석굴암의 구조안정성에 대해서는 1996년 이래로 국립 문화재연구소에서 연 2회 내지 4회씩 정기 안전점검을 실 시하고 있다. 정기 안전점검에서는 석재의 균열 및 이격 상태에 대한 육안조사 및 측정, 석재 압축강도에 대한 초 음파속도 측정, 공조시설에 의한 진동영향성 평가 등을 실 시한다. 석굴암 구조에 대한 정밀안전진단은 1997년 대한 건축학회에 의해 한 차례 수행된 바 있다. 대한건축학회에 서 실시한 정밀안전점검에서는 석굴암 석재를 피복하고 있는 콘크리트 돔 및 1960년대에 조성된 외부 돔(철근 콘 크리트)의 상태 평가와 안정해석을 위주로 수행되었다.
석굴암의 장기적인 안전은 비단 석굴자체의 안정만으 로 보장될 수 없다. 토목기술자의 관점에서 볼 때 석굴암 의 구조적인 안정성은 주변 지형, 지질 및 지반 특성의 변 화와 상태에 밀접하게 관련되어 진다. 예를 들어, 장기간 에 걸친 지진이나 강우의 반복은 점진적인, 때로는 급격한 지반활동을 유발할 수 있다. 이러한 지반활동은 주변 지형 과 지질학적 특성에 영향을 받으며, 산사태 등과 같은 대 규모 지반활동은 석굴암 구조체의 안정을 저해할 수도 있 다. 특히, 석굴암 배면에는 높이 12m의 암반비탈면이 위치 하고 있어, 암반사면의 파괴나 낙석의 발생과 이로 인한 석굴암의 피해가 우려되고 있는 상황이다. 또한, 최근 빈번 해지고 있는 국지성 호우와 지진으로 인해 석굴암 전면부 토사비탈면과 석축의 안정성도 의문시되고 있다. 그럼에 도 불구하고 아직까지 석굴암 일원의 지형, 지질 및 지반 특성에 대한 세부적인 조사와 이를 고려한 안정성 검토가 이루어지지 않은 실정이다.
이에 본 연구에서는 석굴암의 구조안정성 평가 및 효율
적인 보존관리 방안 마련을 위한 기초자료 확보를 목적으 로, 석굴암 주변 현황에 대한 다양한 현장조사와 분석을 실시하고자 한다. 석굴암 주변 지반과 비탈면에 대한 상세 현장조사 및 현황도 작성을 통해 현장에서 확인되는 지형 및 지질학적 위험요인들을 파악하고자 한다. 또한, 현장지 반조사를 통해 파악한 지반정보를 반영한 안정해석과 지 형분석을 수행하여, 석굴암 배면의 노출암반 및 전면부 비 탈면과 석축 등의 안전성을 검토하고자 한다.
2. 석굴암 배면 비탈면 현장조사
석굴암 배면에 형성되어 있는 암반비탈면에서 붕괴나 낙석이 발생할 경우, 석굴암 돔 구조 및 전실의 파손을 유 발할 수 있다. 따라서 석굴암 배면의 암반비탈면에 대한 안정성을 평가하기 위한 현장조사를 실시하였다. 현장조 사 결과를 토대로, 암반비탈면에 대한 현황도(face map)를 작성하고, 주요 지점별로 나타나는 특성을 검토하였다. 또 한 비탈면의 안정성을 평가하기 위하여 불연속면의 방향, 연장성, 간격, 불연속면 거칠기 및 틈새, 불연속면 내 충진 물질, 수리 조건 등을 파악하였다.
Fig. 1 은 석굴암 배면에 위치한 암반비탈면 주요 부분에 대한 사진을 보여 준다. 한편, 현장조사 결과, 주요내용은 Fig. 2 에 나타낸 비탈면 현황도에 기재하였다.
석굴암 배면의 암반비탈면은 석굴암 돔 구조의 천정부 에서 약 12m 이격되어 있다. 이 암반비탈면의 폭과 높이 는 각각 30m 및 12m 정도이고, 경사는 약 80°로 매우 급 하며, 경사방향은 130°로서 남서쪽을 바라보고 있다. 일반 적으로 비탈면은 인공적으로 절취를 한 깎기부와 자연적 으로 잔존한 상부자연비탈부 부분으로 구분되는 데 본 비 탈면의 경우, 인공비탈부와 자연비탈부의 구분이 다소 모 호하다. 한편, 비탈면 좌측 하단부에는 석굴암 내부 공조 시설의 실외기가 설치되어 있다. 실외기의 너비는 가로 400cm, 세로 300cm의 규모이며, 암반비탈면과 인접하여 위치하고 있다.
암반비탈면을 구성하는 불연속면은 크게 4개의 조로 구
분할 수 있다. 비탈면의 경사방향에 비하여 역방향으로 발
달하는 불연속면(set 1, 60/320), 비탈면을 가로지르면서
발달하는 수직절리(set 2, 80/030), 비탈면의 경사방향으로
발달하고 있는 불연속면(set 3, 70/150) 그리고 수직절리
로부터 연결되어 하단부에서 사교성 절리로 변화하는 불
연속면(set 4, 55/080)으로 구분된다. 모든 불연속면의 절
12 m
(a) Distance between rock slope and dome of Seokguram (b) A/C Unit adjacent to rock slope
(c) Discontinuities developed in the slope direction (d) Large rockfall from detachment Fig. 1. Rock slope behind Seokguram
Fig. 2. Face map on rock slope behind Seokguram
리 간격은 1～3m 로 비교적 넓으며, 불연속면의 틈새는 set 2 와 set 3의 불연속면이 5mm 이상 이완되어 있는 상태 이다. 불연속면의 거칠기는 대부분 “매우 거침”에 해당되 고, 불연속면 내 충진물은 일부 이끼류의 자생을 제외하고 는 뚜렷하지 않다. 불연속면의 연장성은 각각의 차이가 뚜 렷한데, 특히 set 1 방향의 불연속면은 set 3 방향으로 발달 하는 불연속면을 단속시키는 형태로 나타나고 있다. 만약 set 3 불연속면의 연장성이 다른 불연속면에 비하여 뚜렷 했다면, 평면파괴가 유발될 수 있는 상황이나 set 1이 set 3 를 규제하는 형태로 발달하고 있어 대규모 평면파괴를 일으킬 가능성은 낮다고 할 수 있다.
석굴암 배면 암반비탈면의 중앙부에는 직경 1m의 거대 암반이 탈락된 흔적이 있다. 암반이 탈락된 것으로 보이는 부분은 하부암괴가 이탈된 형태로 노출되어 있다. 이 부분 은 역방향으로 발달하고 있는 set 1 불연속면으로 규제되 고 있어 대형 파괴가 추가로 발생될 가능성은 낮다. 또한 탈락된 암반은 거의 제 자리에 떨어져 있는 형상이며, 추 가적으로 이동될 가능성은 없다.
한편, 암반비탈면의 안정을 위협하는 요인으로, 화강암 의 특징적인 풍화 현상인 핵석화 현상의 진행이 암반비탈 면의 중상단부를 중심으로 확인되고 있다. 일부 핵석이 암 반 내에 존재하고 있고, 이들 핵석이 지진이나 우기 시 이
탈될 경우, 전방으로 이동될 가능성이 잠재되어 있다. 또 한 암반비탈면 내 자생하고 있는 수목들이 성장함에 따라 장기적으로 불연속면의 이완을 가속시킬 수 있다. 즉 전체 적으로 불연속면의 발달 간격이 넓기 때문에 석굴암 배면 암반비탈면은 괴상(massive)의 형태로 노출되는 부분이 대부분이고 불연속면의 방향이 전반적으로 안정적이므로 대규모 파괴로 이어질 가능성은 낮다고 판단된다. 그러나, 장기적으로는 핵석이나 수목의 성장에 의해 발생 가능한 이완암괴가 낙석으로 이어질 가능성이 있다. 특히 공조시 설의 실외기가 위치한 지점에서 낙석이 발생할 경우, 공조 시설의 가동이 중지될 수 있다. 따라서 실외기를 안전한 위치로 이동시키거나 보호시설을 설치하는 등의 조치가 필요할 것으로 판단된다.
3. 지반조사
석굴암 일원의 개략적인 지층구성 및 지반강성을 획득 하기 위하여 전기비저항탐사, 굴절법탐사 및 표면파탐사 등 물리탐사를 수행하였다. 또한 물리탐사 결과의 확인 및 보완을 위해 휴대형 동적 콘 관입시험을 수행하였다.
본 연구에서 수행한 지반조사의 위치 및 수량은 Fig. 3 에 나타내었다.
Fig. 3. The location of geotechnical investigation
3.1 전기비저항탐사
전기비저항 탐사는 지하 매질에 흘려보낸 직류 또는 저 주파수의 교류 전류원에 의한 전위차를 측정하여 지층분 포를 해석하는 방법이다. 전기비저항 탐사는 토사와 암석 의 전기 흐름 저항차이를 이용하는 방법으로서, 주로 토사 와 암석을 이용하여 기초지반을 조성하는 문화재 지반조 사에서 활용도가 높다.
석굴암 주변 전기비저항탐사는 Table 1과 같이 전체 7 개의 측선에서 조사를 수행하였다. Res-1 ~ Res-2 측선은 광역적인 석굴암 일대의 지층분포 파악을 위해 조사 측선 이 설정되었으며, Res-3 ~ Res-7 측선은 석굴암 인근 지층 의 분포 상태를 파악하기 위하여 조사 측선이 설정되었다.
전기비저항탐사 결과 중 광역적인 지반특성을 보여주 고 있는 결과 값을 Fig. 4와 Fig. 5에 나타내었다.
Fig. 4 는 석굴암 배면부 지층분포를 파악하기 위해 실시 Table 1. Array of the electrical resistivity survey
Survey Line Name Spacing Interval (m)
Number of Electrodes
(unit)
Length of Survey Line
(m)
Total Length (m)
Res-1,2 5 72 355 710
Res-3 1 72 71 71
Res-4~7 1 48 47 188
Fig. 4. The results of resistivity survey in Res-2 lines
(a) Res-6 lines
(b) Res-7 lines
Fig. 5. The results of resistivity survey in Res-6 and Res-7 lines
한 Res-2 측선의 전기비저항 해석 결과이다. 석굴암 주변 능선은 표층에서 심도 약 8∼10m 깊이까지 높은 전기비 저항을 보이고 있다, 높은 전기비저항은 전석 또는 괴상의 풍화암반으로 해석되어진다. 심도 약 10m 부근에서 전기 비저항이 감소하는 특징이 나타난다. 이러한 특징은 풍화 암 또는 절리가 매우 발달한 암반이 지하수면 아래에 포화 되었을 때 나타날 수 있다. 조사지역의 암반 특징이 절리 발달이 심하며, 표층에 전석이 많은 것으로 볼 때, 심도 약 8∼10m 구간이 지하수위 추정선으로 해석된다. 지하 수위는 석굴암 동쪽 및 서쪽 능선에서 깊게 나타나며, 석 굴암 주변에서는 낮게 나타나고 있다.
Fig. 5 는 석굴암 서측 비탈면 및 석굴암 마당 서측 남북 방향의 지층 분포 해석 결과이다. Res-6은 석굴암 서측 비 탈면의 남북방향 조사측선으로 석굴암 서측은 전석, 괴상 암반 등으로 이루어져 있음을 확인할 수 있다. 석굴암 서 측 마당은 심도 약 2∼3m에서 지하수위가 추정된다. 석굴 암 마당은 자갈, 잡석의 토석층이 분포하며, 그 하부는 전 석 또는 괴상의 암반이 나타나고 있다. Res-7은 석굴암 전 실 서측 마당에서 남쪽 비탈면으로 조사한 결과이다. 석굴 암 마당 하부는 표층 1m까지 자갈, 잡석의 토석층이 나타 나며, 석굴암 남측 비탈면은 전석과 괴상의 암반이 분포하 고 암반 사이를 토사층이 메꾸고 있다.
3.2 굴절법 및 표면파탐사
굴절법탐사는 속도가 서로 다른 지층의 경계에서 굴절 되어 지표로 되돌아오는 파를 기록하여 지하의 속도구조
를 해석하는 방법이다. 굴절법 탐사는 주로 P파의 초동을 판독하고 해석하는 것이 일반적이며, 지반의 압축파(Vp) 속도를 측정한다.
한편, 표면파탐사는 지진파가 가지는 큰 에너지를 이용 하여 지반의 전단파(Vs) 속도를 측정하는 방법으로서, 지 표면에서 지반의 강성구조를 신속하게 평가할 수 있는 방 법으로 사용된다.
Table 2 에는 굴절법 및 표면파 탐사 측선의 제원을 나타 내었다. 측선길이는 23∼35m, 수신기 간격을 1m로 설정 하여, 조사심도 10m 이내로 자료를 획득 하였다.
Fig. 6 은 석굴암 마당에서 측정된 지반의 동적 물성 분 석 결과이다. 지반속도 해석 결과, 전실 기초층에 대한 속 도 이상대 구간은 나타나지 않는다. 지반속도는 암석과 토 사의 구성비보다 지반 다짐에 의한 속도 증가 영향이 크게 나타나기 때문에 석굴암 전실 주변 관람로에서 전단파 속 도가 증가하여 나타나는 것이 확인된다. 지반의 동적 물성 은 심도 약 6m 부근에서 P파 속도가 800m/s를 보이고, 심 도 6m 이내에서는 토사층으로 분류되며, 심도 6m 이상에 서는 풍화암 정도의 속도 분포를 갖는다. S파 속도는 심도 약 2m 이내에서는 연약한 토사지반으로 분류되며, 심도 2 ∼4m 구간은 보통토사 구간, 심도 5m 이상은 단단한 토 사지반으로 분류된다.
3.3 휴대형 동적 콘 관입시험(Dynamic Cone Pene- tration Test)
휴대형 동적 콘 관입시험은 일정 관입심도(10cm)에 필 Table 2. Array of the seismic test
Survey Line Name Spacing Interval
(m) Number of Geophones
(unit) Length of Survey Line
(m) Note
Seis-1 1 36 35
Seis-2 1 36 35
Seis-3 1 24 23
Vp (m/s)
15 20 25 30 35 40 45
-10 -8 -6 -4 -2 0
0 500 1000 1500 2000
(a) Vp (b) Vs
Fig. 6. The results of seismic test in Seis-1 line
요한 타격횟수를 측정하여 콘의 관입저항을 통해 지반의 층후 및 강성을 측정하는 시험이다.
휴대형 동적 콘 관입시험은 콘 관입저항값에 따른 토질 분류를 수행하고 표준관입시험(SPT) 값으로 환산하거 나 변형계수 등의 지반 특성값을 산정하는데 활용된다. 일 반적으로 동적 콘 관입시험은 균질한 지반에서 그 신뢰성 이 높으며, 전석, 호박돌 등이 많은 지반에서는 시험오차 가 발생할 수 있다. 한편, 휴대형 동적 콘 관입시험은 시험 및 분석 방법이 간단하여 일반현장의 실무자들도 쉽게 사 용이 가능하고, 기존 연구자들이 제안한 관계식을 이용하 여 토질 종류별 지반 물성을 추정할 수 있다. 또한, 인력에 의한 운반 및 시험이 가능하기 때문에 접근성이 용이하지 않은 문화재 주변이나 산악지 등의 현장에서도 적용 용이 하고, 관입직경이 20mm 이하로 매우 작아 주변 환경 및 경관에 영향을 거의 미치지 않는 장점이 있다(Kim et al., 2014).
Fig. 7 은 휴대형 동적 콘 관입시험 결과를 나타내고 있 다. DCPT-1은 석굴암 마당과 남쪽 비탈면 경계부에서 실 시한 결과이며, 토사에 의한 성토부임을 확인할 수 있다.
반면, 석굴암 전실과 가까운 DCPT-2의 결과에서는 수차 례의 시도에도 불구하고 시험이 불가할 정도로 표층부 가 까이에 암반 또는 전석 등이 존재하는 것을 확인하였다.
DCPT-3 ∼5는 석굴암 북쪽 토사층에서 수행한 결과로서 토사로 구성된 표층의 심도는 물리탐사 결과와 유사하게 약 1∼2m의 층후를 보이고 있다.
4. 석굴암 주변지반의 안정성 평가 4.1 석굴암 배면부 암반비탈면의 안정성
석굴암 암반비탈면의 안정성 검토를 위해 현장에서 조 사한 불연속면의 자료를 바탕으로 RMR(Rock Mass Rating) 및 SMR(Slope Mass Rating) 값을 계산하였다(Bieniawski, 1989; Romana, 1993). 이 때 암석의 일축압축강도는 현장 에서 측정한 슈미트햄머(Schmidt Hammer) 반발값을 이 용하여 환산하였으며 RQD(Rock Quality Designation) 값 은 체적당 절리빈도(Jv)와 RQD 와의 상관관계식을 이용 하여 구하였다(Table 3).
RMR 평가결과, 69.8점으로 “우수”한 암반으로 평가된 다. 또한 비탈면의 방향을 고려한 SMR 평가에서는 set 3 에 대한 평가가 50.0점으로 가장 낮은 점수를 나타냈으며, 이는 III등급에 해당되는 값이다. Romana(1985)에 의하면 III 등급에 해당하는 현장은 약간의 평면파괴 또는 다수의 쐐기파괴에 있는 현장이므로 체계적인 계획에 따라 보강 방법을 고려하는 것이 합리적이라고 알려져 있다.
불연속면의 발달 방향에 대한 안정성 여부를 판단하기 위하여 평사투영해석을 수행하였다. 석굴암 배면 암반비 탈면의 경사 및 경사방향은 80/130이며, 불연속면의 대푯 값은 60/320(set 1), 80/030(set 2), 70/150(set 3), 55/080(set 4) 이다(Table 3 참조). 하반구투영망해석에 요구되는 지반 강도정수인 내부마찰각 값은 구성암석의 RMR을 통하여 경험식으로 산정된 39°를 적용하였다.
Fig. 7. The results of dynamic cone penetration test
쐐기파괴 안정성 해석 결과 Fig. 8과 같이 set 3와 set 4 불연속면의 대원의 교점이 쐐기파괴 발생가능영역에 도시 되어 불안정한 것으로 평가되었다. 그러나 실제 야외에서 확인한 set 3 불연속면과 set 4 불연속면은 서로 만나지 않는다. 또한 상기 두 조의 불연속면들은 절리 간 간격이 넓게 조성되어 있고 구성암반인 화강암체의 강도가 매우 강하기 때문에 수목이 성장하여 절리가 보다 확장되더라 도 실제 파괴블록을 형성할 가능성은 낮을 것으로 판단된 다. 평면파괴 및 전도파괴 안정성 해석 검토에서는 set 3 불연속면의 극점이 평면파괴 발생가능영역에 점시되어 불 안정한 것으로 평가되었고, set 1 불연속면의 극점이 전도 파괴 발생가능영역에 점시되어 불안정한 것으로 평가된 다. 그러나, set 3 불연속면의 경우, 자주 출현하는 불연속 면이 아니며, 암반부 내부에만 지엽적으로 출현하고 있는
상황이므로 이 결과만으로 평면파괴가 발생된다고 결론짓 기는 어렵다.
4.2 석굴암 전면부(남측) 토사비탈면의 안정성
석굴암 주변 지반조사 결과로부터 산정된 지반정수 및 지층구성을 토대로 전면부 토사 비탈면에 대한 안정성 검 토를 수행하였다.
비탈면 안정검토를 위하여 범용 해석프로그램인 Slope/W 를 사용하였으며, 토사 비탈면의 안정검토에서 일반적으 로 적용하고 있는 Bishop의 간편법을 이용한 한계평형해 석을 수행하였다. 강우로 인한 지하수위의 상승높이를 비 탈면 안정검토에 반영하기 위하여 Slope/W 프로그램과의 연동해석이 가능한 Seep/W 프로그램을 이용한 침투해석 Table 3. Characteristics of discontinuities for the evaluation of Rock Mass Rating
Slope direction : 80/130
Set 1 Set 2 Set 3 Set 4
Direction 60/320 80/030 70/150 55/080
Spacing(m) 0.5∼2.0 1.0∼3.0 1.5~2.0 ＞2
Aperture(mm) 1～3 ＞5 ＞5 1~3
Persistence(m) 10~15 5~10 10∼20 3∼5
Roughness very rough very rough very rough very rough
Filling Material moss none moss none
Strength(MPa) 150.4
Weathering Fresh ~ Slightly Weathered
Leakage damp dry damp dry
Evaluation
RMR SMR Cohesion
(t/m2) Internal Friction Angle (˚)
69.8
II (Good) 50.0
III (Fair) 35.6 39
(a) Results of stability analysis on wedge failure (b) Results of stability analysis on planar failure and topping failure
Fig. 8. DIPS analysis for the evaluation of discontinuities direction
을 수행하였다. 침투해석에 사용한 강수량은 최근 100년 간 경주시 인근에서 관측된 최대 강수량인 태풍 예니 (1998 년 9월 30일) 발생시의 강수량 516.4mm를 적용하였 다. 한편 지진안정해석을 위해 사용한 지진하중은 등가정 적 해석방법으로 산정한 지진가속도 0.22를 적용하였다.
전체비탈면에 대한 안정성 검토결과, 건기 시, 우기 시, 지진 시의 비탈면 안전율은 각각 2.016, 1.492, 1.107로 기 준안전율 1.5(건기), 1.3(우기), 1.1(지진)을 상회하여 안정 한 것으로 나타났다(Fig. 9). 그러나, 우기시 및 지진시 비 탈면 안전율이 기준안전율을 약간 상회하는 정도의 수준 인 것으로 해석되어, 규모가 큰 지진이나 집중호우가 반복 적으로 발생할 경우에는 비탈면 활동으로 인한 피해가 우 려된다. 따라서 장기적인 안전관리 차원에서 지진이나 집
중호우 발생시 및 봄철 해빙기에는 비탈면의 안정상태를 주의 깊게 확인할 필요가 있을 것으로 판단된다.
4.3 석굴암 주변 석축의 안정성
석굴암의 전실 출구부(우측)의 상부 석축에 Fig. 10과 같이 변형이 발생하였다. 현재 변형이 발생한 석축부위는 석굴 돔 외부를 둘러싸고 있는 토사 표층부에 있으며, 비 탈면의 곡면부로 인장응력이 유발되어 균열이 발생할 수 있는 위치이다. 이 석축구조물은 1960년대 석굴암 보수공 사 시 처음 조성되었으며, 이후 일부 석축의 변형이 인지 된 바는 있으나 큰 변형이 발생하지는 않았다. 그러나 석 축구조물의 배면 및 주변 토사가 우수의 작용 등으로 인해 (a) Location map of assessed cross-section (b) In dry season: 2.106 ＞ 1.5 ∴O.K
(b) In wet season: 1.492 ＞ 1.3 ∴O.K (d) In earthquake: 1.107 ＞ 1.1 ∴O.K Fig. 9. The results of slope stability analysis
(a) Deformations in the upper section of masonry wall (front view)
(b) Surface scaling and cracks
Fig. 10. Photographs of the masonry wall with the deformation
장기간에 걸쳐 지속적으로 유출 되었을 가능성이 있다. 또 한 젖은 토사의 동결 융해 작용도 석축의 안정성에 장기간 에 걸쳐 영향을 미칠 수 있었을 것으로 판단된다. 특히 지 난해 발생한 규모 5.8의 경주지진과 최근 빈번한 폭우로 인해 석축의 변형이 급격히 진전된 것으로 판단된다.
변형된 석축부의 직각방향 단면을 대상으로 석축의 안 정성을 검토하였다. 안전측 검토를 위하여 석축의 배면토 사 및 하부지반은 모두 토사층으로 가정하였고, 안정성 검 토에 적용된 토사층의 설계지반정수는 토사의 유실을 고 려하여 내부마찰각( ) 25°, 단위중량(
) 1.7kN/m
3을 적용 하였다.
석축의 안정성 검토결과 비교적 완만한 비탈면 경사의 대표단면으로 검토했음에도 Table 4에 나타낸 바와 같이 안정성을 확보하지 못하는 것으로 검토되었다.
석축의 추가적인 변형을 억제하고 관람객의 안전을 확 보하기 위한 조치가 시급히 필요하다. 따라서, 석축의 임 시적인 안정성 확보를 위하여 단기적인 대책방안으로 흙 포대 쌏기, 버팀대 설치 등을 통한 긴급보수를 실시하여야 할 것으로 판단된다. 또한 장기적인 석축의 구조적인 안정 을 확보하기 위해서는 석축의 해체와 재시공을 수행함과 동시에 석축 주변의 배수체계를 정비해야 할 것으로 판단 된다.
5. 결론 및 제언
본 연구에서는 석굴암의 장기적인 안정을 위협할 수 있 는 인접 지반의 상태를 파악하기 위하여 암반 및 토사 비 탈면에 대한 현황조사와 지반조사를 실시하였다. 또한, 조 사 결과로부터 산정된 지반정수와 지층구성을 토대로 비 탈면 안정성을 검토하였고, 보존관리 차원에서의 조치사 항을 제시하였다. 본 연구를 통해 얻은 주요 결과를 정리 하면 다음과 같다.
석굴암 배면부에 위치하고 있는 높이 12m 규모의 암반 비탈면에 대한 현장조사 및 안정해석 결과, 비탈면 자체의
안정성은 확보되어 있는 것으로 확인되었다. 그러나 수목 의 성장과 화강암체의 핵석화 현상으로 인하여 낙석이 발 생할 가능성은 잠재되어 있다. 암반비탈면은 석굴암 돔의 천정부로부터 약 12m 이격되어 있어 낙석이 발생되더라 도 석굴암 구조체에 직접적인 피해를 줄 가능성은 낮다.
그러나 낙석이 발생할 경우, 암반비탈면 전방에 위치한 공 조시설의 실외기는 피해를 입을 가능성이 있다. 따라서 실 외기에 적절한 보호시설을 설치하는 등, 낙석으로 인한 피 해를 예방하기 위한 조치가 필요하다.
지반조사 결과를 반영하여 전면부 토사 비탈면에 대한 안정해석을 수행한 결과, 건기 시, 우기 시, 지진 시의 검토 안전율은 각각 2.016, 1.492, 1.107로 기준안전율 1.5(건 기), 1.3(우기), 1.1(지진)을 상회하여 안정한 것으로 나타 났다. 그러나, 우기시 및 지진시 비탈면 안전율이 기준안 전율을 약간 상회하는 정도의 수준이어서, 규모가 큰 지진 이나 집중호우가 반복적으로 발생할 경우에는 비탈면 활 동으로 인한 피해가 우려된다. 따라서 장기적인 안전관리 차원에서 지진이나 집중호우 발생시 및 봄철 해빙기에는 비탈면의 안정 상태를 주의 깊게 확인할 필요가 있다.
석굴암 전실 출구부의 상부 석축에서는 상당한 변형이 발생하였다. 석축 하단부(2단) 석재에서 이동(돌출), 표면 박리, 균열 등이 발생하였고, 추가적인 변형 및 구조체의 붕괴가 우려되는 상황이다. 전실 출구부는 관람객의 이동 이 많은 곳으로 신속한 긴급복구가 필요하며, 장기적으로 는 석축의 재시공 및 주변 배수체계의 정비가 필요하다.
Acknowledgement
This research was financially supported by a grant from a research work, “A study on the structural safety inspection and conservation management plan for Seokguram in Gyeongju”, funded by Gyeongju city government.
Table 4. The results of stability assessment on masonry wall
Classification Stability assessment result
Stability against tipping
′
1.14 ＜ 1.33Stability based on bearing capacity
m ax 186 ＞ 69Assessment result N.G
