실내모형실험을 통한 평면파괴의 거동분석 및 파괴시기 예측

Abstract

절리면의 거칠기, 충전물 등의 공학적 특성과 활동면 경사, 수압하중을 고려하 여 평면파괴의 파괴거동을 고찰하고 파괴시기를 예측하기 위하여 실내모형실험 이 수행되었다. 절리면 거칠기는 폭, 길이, 높이 등을 고려하여 톱니형 거칠기를 유지하도록 제작하였다. 충전물은 거칠기의 돌출부 높이를 고려하여 일정한 충 전물두께를 유지하는 방식으로 돌출부 높이의 1.2배까지 증가시켰다. 수압증가에 따른 사면의 거동양상을 파악하기 위해서는 인장균열에 완전히 가해질 수 있는 수압을 100% 로 하여 1%/min 으로 증가시키는 경우와 0.5%/min 으로 증가시 키는 경우를 적용하였다. 실험은 활동면 경사각 30˚와 35˚에서 각각 거칠기, 충전 물 두께, 수압하중증가 등의 조합을 변화시키면서 총 50회 수행하였다. 모형실험 결과 절리면의 거칠기가 없는 경우의 파괴거동 양상은 수압하중 증가 조건과 충 전물의 유무에 관계없이 선형 변위거동으로 나타나는 것이 특징적이다. 거칠기 가 존재할 경우에는 충전물 두께가 거칠기 높이보다 낮을 때 계단형 변위거동 이, 거칠기 높이 이상일 때 지수형 변위거동이 특징적이다. 이는 충전물 두께가 거칠기의 높이를 넘어서면 절리면의 거동특성이 충전물의 공학적 특성에 좌우되 기 때문인 것으로 판단된다. 절리면 거칠기가 증가함에 따라 파괴 시 수압하중 은 증가한다. 충전물의 두께가 증가할수록 거칠기의 영향이 적어져 파괴 시 수 압하중은 감소한다. 또한 시간에 따른 수압하중 증가가 빠른 경우에는 늦은 경 우에 비하여 파괴 시 수압하중이 크다. 파괴가 임박한 시점에서 3차 크립 형태 의 변위거동을 보이는 지수형의 경우에는 inverse velocity를 이용한 파괴시기 예측이 가능한 것으로 판단된다. 다만 실험에서 나타난 거동특성이 완전한 지수 형이 아니고 계단형과 지수형의 중간형태로 나타나는 경우가 대부분이므로 정확 한 파괴시기 예측을 위해서는 여러번에 걸친 파괴시간 추정이 필요할 것으로 사 료된다.

Laboratory tests for single plane sliding were conducted using the fake rock slopes to investigate the failure mechanism of the sliding plane under various combinations of water pressure conditions and engineering characteristics such as joint roughness and infilling thickness, and to explore the possibility of predicting slope failure. The joint roughness was prepared in forms of saw-tooth type having different roughness specifications. The infilling thickness was maintained between upper and lower roughness plane from zero to 1.2 times of the amplitude of the surface projections. Water pressure was constantly increased with 0.5%/min and 1%/min until failure by assuming water pressure expressed as percent filling of tension crack from dry(0%) to full(100%). Total of 50 tests were performed at sliding angles of 30° and 35° based on different combinations of joint roughness, infilling thickness and water pressure conditions. In case of without roughness on sliding plane, it was found that the linear type of deformability exhibited irrespective of the infilling thickness and water pressure conditions. For sliding planes having roughness, stepping or exponential types were predominant under condition that the infilling thickness is lower or higher than asperity height, respectively. These arise from the fact that, once the infilling thickness exceeds asperities, strength and deformability of the sliding plane is controlled by the engineering characteristics of the infilling material. The results obtained in this study clearly show that the water pressure at failure was found to increase with increasing joint roughness, and to decrease with increasing filling thickness. Also, as far as increasing rate of water pressure is concern, the more water pressure is required to induce the failure in case of the slower increasing rate. It seems possible to estimate failure time using the inverse velocity method for sliding plane having exponential type of deformability. However, it is necessary to estimate failure time by trial and error basis to predict failure of the slope accurately.