급경사지 붕괴 지질학적 요인

급경사지 붕괴 지질학적 요인

• 지질적인 요인은 지반 내에 있는 독특한 불연속면이 취약 상태로 있는 것을 의미한다.
• 지질학적 붕괴 요인으로 작용하는 지질구조는 단층, 습곡, 암맥, 엽리, 층리, 편리 등이 있으며, 이러한 지질구조는 주변 암반과 구성이 다르거나 특정 부분을 중심으로 균열이 집중적으로 발달하는 경향이 잇으므로 비탈면 붕괴에 매우 민감하다.
• 특히 단층은 비탈면에서 가장 많이 관찰되는 지질적인 취약 요소로서 미끄러짐에 취약한 점토광물을 다량으로 포함하거나, 물리적, 화학적 풍화의 영향으로 쉽게 토사화되기 때문에 단층을 포함하는 비탈면은 유지관리에 신중을 기하여야 한다.

비탈면에서 발견되는 지질학적 취약 요소

 

1. 단층 / 전단대

• 암반 내 형성된 틈을 경계로 그 양측의 지괴가 상대적으로 변위가 발생하여 어긋난 것을 단층이라고 하며, 단층과 유사한 전단대는 전단응력의 영향으로 암석이 부스러지면서 형성된 뚜렷한 폭을 가진 취성 또는 연성 변형대를 말한다.
• 일반적으로 비탈면에서 단층은 강한 암괴가 갈라져서 변위된 것으로 구분가능하며, 전단대는 상대적으로 연약한 지반이 응력을 받은 것이므로 일련의 불연속면들이 폭을 가지고 밀집되어 연속되는 형태로 노출된다.
• 비탈면에서는 단층조선, 단층점토, 단층각력암, 압쇄암의 존재 여부 등으로 단층과 전단대의 판별이 가능하다.
• 단층과 전단대의 존재는 과거 지반이 심한 변형작용을 받아 지반이 교란, 파쇄되었음을 의미하므로 비탈면 붕괴에 매우 취약한 부분이다.
• 단층은 일반적으로 규칙절리를 수반하는 것이 특징이므로 같은 방향의 절리가 조밀하게 반복되는 경우에는 이를 단층으로 추정할 수 있으며, 비탈면 정밀조사 시, 이러한 경우가 발견되면 양측 지괴의 변위가 확실하게 관찰되지 않더라도 약대로서 인지하여야 한다.
• 단층면과 파쇄대는 지하수의 이동경로로서 풍화가 급속히 진행되며, 지반이 열화되어 비탈면의 불안정 요인으로 작용하게 되는데 특히, 단층검토는 물이 침투되었을 때 쉽게 팽창하는 성질이 있으며, 주변 지반과 비교하여 강도가 약하므로 단층 방향이 비탈면에 불리하게 발달하면 붕괴면으로 작용할 가능성이 높으므로 특별한 주의가 필요하다.
• 비탈면에 대한 조사 수행 시, 단순히 대규모의 균열이 발견되었다고 하여 모두 단층인 것은 아니므로 단층의 특성을 나타내는 활면(slickenside), 조선(striation), 단층각력(fault breccia)이나, 점토, 상대적인 변위, 특정 절리패턴, 지형양상 등의 단서를 종합·판단하여 단층 여부를 결정하여야 한다.

단층에 의한 붕괴 발생 사례

 

2. 습곡

• 수평으로 퇴적된 지층이 횡압력을 받으면 물결처럼 굴곡된 단면을 보여주는 데 이러한 구조를 습곡이라고 하며 배사(지층이 횡압력에 밀려 형성된 습곡에서 볼록한 부분, 지층이 위로 휘어져 올라간 모양)와 이와 반대로 향사(지층이 횡압력에 밀려 형성된 습곡에서 오목한 부분, 지층이 아래로 휘어져 내려간 보양)로 구성된다
• 대부분의 습곡은 대규모 지각 변형의 영향으로 만들어지기 때문에 비탈면에 발달하는 층리의 변화를 자세히 관찰하여야만 습곡임을 인지할 수 있어 실제로 비탈면에서 습곡을 구분하기는 쉽지 않다.
• 비탈면에서는 때때로 소규모의 습곡 구조를 관찰할 수 있는데, 이를 소습곡 또는 파랑습곡(crenulation)이라 하며, 소습곡은 대규모 습곡 지대의 일부일 가능성이 높고, 비탈면 안정성의 측면에서 불리한 단층 등이 수반되어 나타나는 경우가 많기 때문에 주의하여야 한다.
• 습곡의 배사와 향사의 힌지(hinge) 부분은 균열이 집중적으로 발달하게 되며, 비탈면에서는 배사와 향사의 힌지 부분이 약대에 해당되므로 습곡 지대에 있는 비탈면은 힌지 부분을 찾아 대책공법을 적용하는 것이 필요하다.

습곡

 

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3. 암맥

• 비탈면에서 기존암에 층리나 엽리 등의 불연속면을 가로지으며 부조화적으로 다른 종류의 반심성암체가 용융 상태로 뚫고 들어 온 것을 암맥이라 하며, 암맥은 산성암맥과 염기성 암맥으로 구분된다.
• 산성암맥은 화강암질 마그마에서 기원된 산물이며, 염기성암맥은 현무암질 마그마에서 기원한  산물로서 산성암맥은 야외에서 밝은색을 띠고, 염기성암맥은 어두운색을 띤다.
• 차별풍화과정을 거쳐 먼저 열화될 경우 암맥이 최초 붕괴면으로 작용하기도 하는데, 암의 특성상 완전풍화가 되었을 때 입도분포가 다양하지 못하여 입자간의 맞물림 효과를 기대하기 힘든 만큼, 낮은 강도정수를 가지는 특징이 있으므로 주의하여야 하며, 염기성암맥은 주변 암석보다 약한 사례가 많아 붕괴가 집중되는 부분에 해당되므로 주의가 요구된다.

암맥

 

4. 변형 / 변성 엽리

• 광역변성작용에 의해 만들어지는 변성암은 변성 정도에 따라 엽리의 발달정도가 달라지며, 편마구조는 보통 편마암류에서 나타나고, 편리는 편암류에 나타나는 면구조를 말한다.
• 이들 변형 / 변성작용에 의해 만들어지는 엽리의 방향이 비탈면 방향과 동일하게 발달할 경우, 슬라이딩이 발생할 확률이 높다.
• 변성정도가 심한 경우 엽리가 형성되고 상대적으로 약한 경우는 편리가 형성되며, 일반적으로 편마암의 면구조를 엽리라 하고, 편암의 면구조를 편리라고 한다.
• 유수가 엽리면으로 침투하게 되면, 우흑대(mesosome)의 풍화 부분을 따라 선택적으로 침투하게 되며, 이 부분은 점토광물로 변질되어 붕괴에 취약한 요인으로 작용한다.

엽리 및 엽리면을 따라 발생한 평면파괴

 

5. 층리

• 지층의 단면에서 볼 수 있는 특징으로서 퇴적물이 층상으로 쌓여 만들어진 평행한 구조를 층리라고 하며, 층리면 내 약한 강도를 가지는 충전물질이 분포하고 비탈면 방향과 불리하게 작용되면 대규모의 평면파괴가 발생하므로 주의해야 한다.
• 특히 층리에 의한 파괴는 층리 경사가 20˚이하인 곳에서도 종종 발생하게 되는데, 이암이나 셰일 지반의 층리는 층리면 자체의 거칠기 정도가 약하므로 저각에서도 쉽게 붕괴되므로 주의가 필요하다.
• 또한 풍화에 강한 사암과 상대적으로 풍화에 취약한 이암이 교호할 경우 차별풍화로 인하여 낙석이 쉽게 발생하므로 하부 지반 탈락에 의한 지지력 상실에 유의하여야 한다.

층리 및 층리의 미끄러짐에 의한 평면파괴

 

6. 유색광물에 의한 약대형성

• 철과 마그네슘을 많이 포함하는 암석일수록 풍화에 약한 유색광물의 함량이 높고, 차별풍화 현상이 쉽게 발생해 암석강도가 쉽게 저하될 수 있으며, 유색광물이 포함된 층이 비탈면 방향과 유사하게 나타나면 붕괴면이 될 수 있다.
• 또한 흑연이나 탄층 등이 협재하는 경우에도 유의해야 하며, 이러한 유색광물이 집중적으로 띠 형태로 노출되면 비탈면 안정성을 검토하여야 하고, 토사비탈면에서도 녹색, 흑색, 적색, 주황색 등 원색에 가까운 흙이 나타나면 일반적으로 붕괴에 취약하므로 주의가 요구된다.

유색광물에 의한 약대

 

7. 취약한 암

• 공학적으로 취약한 암에는 이암, 석회암, 편암, 셰일, 천매암 등이 있으며, 이들로 구성된 비탈면은 기본적인 암반강도가 낮으므로 설계나 유지관리상의 공종 선택시 신중하여야 하고, 암반 내의 불연속면이 비탈면 방향과 불리하게 작용하면 위험성이 증대되므로 세심한 주의가 요망된다.

 

출처 : 급경사지 관리 실무편람