풍화토와 점성토 위주의 토석류 거동과 유동특성

Abstract

기후변화에 따른 토석류 발생과 그로 인한 피해가 세계적으로 증가 추세에 있다. 토석류 연구는 역학적 관점에서 파괴 후(post-failure) 거동에 해당하며 지반강도와 유동특성을 분석함으로써 특성화할 수 있다. 본 연구는 국내의 토석류 발생지역인 상주(화강암 풍화토), 인제(편마암 풍화토), 포항(이암 및 셰일) 지역을 대상으로 지반의 물성-전단강도 상관관계와 토석류의 유동특성을 평가하였다. 본 연구지역을 대상으로 스웨덴 낙하 콘(Swedish Fall cone) 시험장치를 이용하여 지반의 물성 및 지반강도 사이에 일정한 상관관계가 있음을 밝혔다. 실험결과에 따르면, 인제, 상주, 포항지역에서 채취된 시료에 대해 액성지수(IL)와 비배수 전단강도(<TEX>$C_{ur}$</TEX>) 사이에 <TEX>$C_{ur}=(1.2/I_L)^{3.3}$</TEX>의 관계식이 성립한다. 토석류 흐름을 지배하는 항복응력은 재성형 비배수 전단강도에 상응하는 것으로 간주하고, Bingham 모델과 액성지수-항복응력 관계식을 이용하여 토석류의 유동성을 조사하였다. 유동해석은 국내 풍화토와 낮은 활성점토를 구분하여 적용하였다. 이때 액성지수는 액성한계를 기준으로 <TEX>$I_L=1$</TEX>, 1.5, 3.0으로 구분하여 비교분석하였다. 동일한 액성지수(<TEX>$I_L=1$</TEX>)에 대해, 토석류의 발생 5분 경과 후 최대 이동거리는 250m에 다다른다. 액성지수가 3으로 증가 될 경우, 토석류의 이동거리를 5분까지 살펴본 결과, 국내 풍화토는 낮은 활성점토에 비해 2배 이상 큰 유동성이 있음을 알 수 있었다. 본 유동성 평가기술은 토석류 피해저감기술 전략수립에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. The risks of debris flows caused by climate change have increased significantly around the world. Recently, landslide disaster prevention technology is more focused on the failure and post-failure dynamics to mitigate the hazards in flow-prone area. In particular, we should define the soil strength and flow characteristics to estimate the debris flow mobility in the mountainous regions in Korea. To do so, we selected known ancient landslides area: Inje, Pohang and Sangju debris flows. Firstly we measured physical and mechanical properties: liquidity index and undrained shear strength by fall cone penetrometer. From the test results, we found that there is a possible relationship between liquidity index and undrained shear strength, <TEX>$C_{ur}=(1.2/I_L)^{3.3}$</TEX>, in the selected areas, even though they were different in geological compositions. Assuming that the yield stress is equal to the undrained shear strength at the initiation of sliding, we examined the flow characteristics of weathered soils in Korea. When liquidity index is given as 1, 1.5 and 3.0, the debris flow motion of weathered soils is compared with that of mud-rich sediments, which are known as low-activity clays. At <TEX>$I_L=1$</TEX>, it seems that debris flow could reach approximately 250m after 5 minutes. As liquidity index increased from 1 to 3, the debris flow propagation of weathered soils is twice than that of low-activity clays. It may be due to the fact that soil masses mixed with the ambient water and then highly fragmented during flow, thereby leading to the high mobility. The results may help to predict the debris flow propagation and to develop disaster prevention technology at similar geological settings, especially for the weathered soils, in Korea.