필댐 사면활동의 안정성 검토

필댐 사면활동의 안정성 검토

1. 활동에 대한 최소 안전율

• 활동에 대한 최소 안전율은 재료의 시험과 안정계산의 정밀도가 불충분하거나 연약지반 위의 댐과 같이 불안정 요소가 포함되었다고 판단되는 경우에는 1.5를 적용하되 여타의 경우에는 아래의 표를 기준으로 한다.

활동에 대한 최소 안전율

구분	제체조건	저수상태	지진	안전율		비고
				상류	하류
1	완성직후 (간극수압최대)	바닥상태	있음	1.3	1.3	1) 상류측 비탈면의 하부존이 암석 등으로 되어 있어 간극압이 발생하지 않을 경우에 한함 2) 수위는 보통 댐 높이의 45~50%를 적용하여 계산함
2	완성직후	일부저수1)	없음	1.3	-
3	평상시	설계홍수위	없음	1.2	1.2
4	평상시	만수	있음	1.2	1.2
5	평상시	일부저수2)	있음	1.15	-
6	평상시	급강하	있음	1.2	-

 

2. 설계하중

• 제체 및 기초의 활동파괴에 대한 안정성의 검토에 고려되는 하중은 자중, 정수압, 간극수압 및 지진 관성력으로 하고 이를 저수지의 상태에 따라 적용한다.
• 활동파괴에 대한 안정계산에 사용하는 제체의 자중은 다음과 같으며, 제체재료의 단위체적중량은 실제 사용하는 재료에 대하여 시험을 실시하고 그 결과에 의해서 결정한다.

1. 완성직후로 저수하지 않을 때(표의 1 경우) 제체재료의 습윤 단위 체적중량(rt)로 한다(그림 a 참조)
2. 몇 년 후 저수로 인해 정상 침투상태(표의 2~4)의 경우에 저수지 침윤선의 윗부분은 제체재료의 습윤 단위체적중량(rt)을 사용하고 침윤선 아랫부분은 포화 체적단위중량(rsat)을 사용한다(그림 b 참조)
3. 수위 급강하시(표의 5(a) 및 5(b) 경우) 침윤선의 윗부분은 제체재료의 습윤 단위체적중량(rt)을 사용하고 침윤선에서 아랫부분은 포화 단위체적중량(rsat)을 사용한다(그림 c 참조)

활동파괴를 검토하는 경우

경우	저수지 수위	정수압 계산 수위	침투수(간극수압)의 상태	지진 관성력 설계진도	원형활동면 분할법 적용
					응력표시	계산사면
1	완성직후	빈 경우	축제중 간극수압이 잔류	50%	전응력 또는 유효응력	상 하류측
2	설계홍수위	설계홍수위	설계홍수위에서 침투류가 정상상태	0%	유효응력	상 하류측
3	상시만수위	상시만수위	상시만수위에서 침투류가 정상상태	100%	유효응력	상 하류측
4	중간수위	중간수위	중간수위에서 침투류가 정상상태	100%	유효응력	상류측
5	수위급강하	-	-	-	-	-
(a)	일상적으로 수위급강하가 이루어지는 댐	강하후 수위 최저수위	상시만수위에서 최저수위까지 강하했을 때 이미 간극수압이 잔류	100%	유효응력	상류측
(b)	그 외 댐			50%	유효응력

필댐의 자중에 의한 하중 계산시 단위체적중량을 적용하는 법

• 활동파괴에 대한 안정계산에 있어서 저수지의 정수합은 활동모멘트 쪽으로의 기여 분을 어떻게 고려할 것인가를 생각하여 안전한 값을 주는 방법을 채택한다.
• 지진관성력은 다음과 같이 적용한다.
• 제체의 지진관성력은 침윤선 윗부분은 습윤중량에, 침윤선 아랫부분은 포화 중량에 설계진도를 곱한 것으로 하고 작용위치는 절편의 활동면상으로 하며, 작용방향은 수평으로 작용하는 것으로 한다.
• 유효응력 표시에 의한 안정계산에서 고려되는 간극수압은 다음과 같은 상태를 감안하여 적용한다.

1. 시공중 및 완성직후에 있어서의 흙 속의 응력변화로 발생하는 간극수압
2. 저수시의 정상 침투류에 의한 간극수압
3. 수위급강하시의 간극수압

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3. 설계수치

• 설계수치는 적절한 토질시험의 결과를 기초로 하여 시공조건 등을 고려하여 신중하게 결정한다.

밀도

• 설계밀도(rt)는 현장 함수비로서 다질 수 있는 밀도를 채택한다. 이것들은 토질, 기상, 시공 조건 등에 의하여 변하지만 보통 KS 시험규격에 의한 최대 건조밀도의 90~95% 정도를 적용한다. 이때 전단강도는 같은 다짐도라도 습윤측(OMC+)의 전단강도를 적용한다.

전단시험치

• 전단시험은 3축 압축시험을 원칙으로 하며, 토질재료의 전단강도는 전단시험의 조건에 따라서 변하므로 시험목적에 알맞는 시험조건으로 한다.

1. 비압밀 비배수시험(UU시험) : 댐 완성직후의 상태
2. 압밀 비배수시험(CU시험) : 수위 급강하시, 댐 완성 후 정상침투 상태
3. 압밀 배수시험(CD시험) : 댐 완성 후 정상침투 상태

축제재료의 불균질성

• 축제재료의 불균질을 고려하여 저수에 의한 포화범위를 조사하는 데는 재료 중에서 가장 투수성이 큰 값을 채택하고, 반대로 수위가 저하할 때는 배수범위를 조사하여 가장 투수성이 작은 값을 채택한다.

축제 후 변화하는 재료의 설계

• 댐과 재료 중 사용전과 후에 성질이 상당히 폭 넓게 변화하는 재료는 전단강도, 투수, 압밀도 등에 변화가 생겨서 제체의 안정에 악영향을 미칠 수 있으므로 이와 같은 재료는 될 수 있으면 안정계산에 관계가 작은 존에 사용하도록 설계할 때 고려한다.

 

4. 안정계산

• 댐의 안정계산에는 임계원에 의한 활동면법과 응력-변형해석법 두 가지 방법을 주로 사용한다. 이때, 응력-변형해석법 사용시 수직진도 사용 여부는 설계자의 판단에 따른다.
• 가장 일반적인 안정계산 방법은 활동면법으로, 이 방법은 실제의 활동파괴 현상에 잘 부합될 뿐만 아니라 안정해석에 안전측이다.

 

5. 수치해석에 의한 안정성 검토

• 댐체 및 기초의 응력과 변형 등의 크기와 분포상태를 수치해석 방법으로 구하고, 이를 활동면법에 의하여 구한 결과치와 비교한 후 이로부터 댐의 안전성을 검토한다.
• 유한요소법보다 정도가 높고 경제적인 수치해석기법이 있으면 이의 적용도 가능하다.

 

출처 : 댐 설계기준