표제지
목차
요약문 4
SUMMARY 6
제1장 서론 18
1.1. 연구배경 및 필요성 19
1.2. 연구목적 및 범위 23
1.3. 연구방법 및 구성 24
제2장 토사재해 취약성 평가 연구 동향 27
2.1. 토사재해 취약성 평가모델 연구 동향 28
2.2. 토사재해 실증실험 연구동향 48
제3장 토사재해 취약성 평가모델 개발 및 적용 56
3.1. 토사재해 취약성 평가모델 개발 57
3.2. 토사재해 취약성 평가모델 적용을 통한 검증 62
3.3. 취약성 평가모델 적용을 위한 T/B 선정 및 운영계획 수립 92
3.4. T/B 토사재해 취약성 평가모델 적용 99
3.5. 소결론 121
제4장 토사재해 취약성 평가지표(안) 개선 및 검증 123
4.1. AHP-PROMTHEE 기법을 활용한 평가지표(안) 보완 125
4.2. 수치해석 결과분석을 통한 취약성 평가지표(안) 개선안 도출 135
4.3. 소결론 149
제5장 토사재해 방지공법의 효용성 검증을 위한 수치해석기법 개발 151
5.1. 수치해석 기반 현장조건을 고려한 공법별 적용성 검토 152
5.2. 현장 상황별 최적 보강공법 도출방안 검토 158
5.3. 보수보강 우선순위 선정절차 제시 163
5.4. 소결론 167
제6장 토사재해 실증실험 연계 해석 168
6.1. 수치해석을 통한 최적의 토사유출 재현 방법 제안 169
6.2. 실증실험 결과와 연계한 수치해석 171
6.3. 소결론 176
제7장 결론 177
7.1. 결론 및 요약 178
7.2. 기대효과 및 활용방안 180
참고문헌 182
판권기 191
표 2.1. 토사재해 취약성 평가 방법론에 대한 비교 29
표 2.2. 토사재해 충격압 기준과 손상등급을 이용한 취약성 매트릭스 연구 32
표 2.3. 토사재해 취약성 분석을 위한 구조물의 특성 및 가중치 43
표 2.4. 토사재해 취약성 분석을 위한 평가지표 45
표 3.1. 토사재해 영향인자 64
표 3.2. 흙의 물리적 특성 70
표 3.3. 광역지역 취약성 평가 검증 81
표 3.4. 정밀 취약성 평가 결과 분석 87
표 3.5. T/B 강우 시나리오 106
표 3.6. T/B 지역 흙의 물리적 특성 107
표 4.1. 토사재해 공통 취약인자 126
표 4.2. 지표 개수(n)에 따른 RI(Saaty, 1980;2000) 127
표 4.3. 주요지표에 대한 가중치 127
표 4.4. 분석 기법 정리(Ⅰ) 128
표 4.5. 분석 기법 정리(Ⅱ) 129
표 4.6. 선호도 함수 131
표 4.7. 대표 유형 정의 137
표 4.8. 대표 유형 정의 137
표 4.9. 구조물 형식 개선(안) 146
표 4.10. 구조물 지붕 형식 개선(안) 146
표 4.11. 구조물 높이 개선(안) 147
표 4.12. 구조물 유지관리 상태 개선(안) 147
표 4.13. 취약부(창문 및 출입문) 개선(안) 148
표 4.14. 이격거리 개선(안) 148
표 4.15. 토사재해 구조물 취약성 주요지표 및 하위지표 평가지표(안) 150
표 6.1. 기존 실증실험에 대한 실험적 연구 170
그림 1.1. 전 세계의 토사재해 발생 현황 및 주요 원인(Benz and Blum, 2019) 19
그림 1.2. 한반도 미래 전반기, 중반기, 후반기 강수량 변화(국립기상과학원, 2020) 20
그림 1.3. 국립재난안전연구원 급경사지 붕괴 위험도 판단시스템 21
그림 1.4. 산사태 발생 예측을 위한 산림청 산사태 정보시스템 21
그림 1.5. 연구의 제안 목적과 구성 내용 23
그림 1.6. 연구방법 및 구성과 추진전략 24
그림 2.1. 토사재해 취약성 매트릭스를 활용한 연구(Fuchs et al., 2007) 31
그림 2.2. 토사재해 위험강도와 손상정도에 따른 취약성 매트릭스(Jakob et al., 2012) 33
그림 2.3. 토사재해 높이에 따른 취약성 곡선(Fuchs et al., 2007) 34
그림 2.4. 토사재해 높이에 따른 위험강도와 손실 정도에 대한 취약성 곡선(Totschning et al., 2011) 35
그림 2.5. 토사재해 취약성 곡선 개발 및 기존 연구 비교(Quan Luna et al., 2011) 36
그림 2.6. 토사재해 높이 따른 취약성 곡선 개발 및 검증(Papathoma-Kohle et al., 2015) 37
그림 2.7. 토사재해 위험강도(높이, 속도, 충격압)에 따른 취약성 곡선(Kang and Kim, 2015) 38
그림 2.8. 토사재해 평균 취약성 곡선 산정(Choi et al., 2020) 39
그림 2.9. 구조물의 취약성 지표를 이용한 쓰나미 발생에 따른 취약성 평가(Dall'osso et al., 2009) 40
그림 2.10. 토석류 취약지표 및 요소별 가중치(Kappes et al., 2012) 42
그림 2.11. 얕은 사면파괴 취약지표 및 요소별 가중치(Kappes et al., 2012) 42
그림 2.12. 토사재해 취약성 평가지표를 이용한 잠재적 손실(Silva et al., 2014) 44
그림 2.13. Boruta selection을 활용한 취약인자 및 가중치 도출(Papathoma et al., 2019) 46
그림 2.14. 토사재해 취약성 평가지표를 이용한 물리적 취약성 평가(Papathoma et al., 2019) 47
그림 2.15. 지형 레이저 스캐너 결과: (a) 실험 이전; (b) 실험 이후; (c) 실험 직후 사면 사진; (d) 녹색선: 사면 붕괴 시 초기 단계, 청색 선: 실험 전후의 지형 변화.(Sara, 2021) 48
그림 2.16. 급속 붕괴 전 누적 표면 변위 변화(Hiroshi, 2004) 49
그림 2.17. 급속 붕괴 시 토양 전체 60cm 깊이에서의 간극수압 변화 (Hiroshi, 2004) 49
그림 2.18. (A) 강우 240분 후 200mm 깊이의 토양, (B) 강우 300분 후 300mm 깊이의 토양, (C) 강우 360분 후 400mm 깊이의 토양, (D) 강우 390분 후 500mm 깊이의... 50
그림 2.19. 산사태 시뮬레이션 플랫폼의 구조 및 치수 (Marco, 2012) 51
그림 2.20. 실험 전에 촬영한 산사태 시뮬레이션 플랫폼 측면도 (Marco, 2012) 51
그림 2.21. 인공강우를 이용한 토석류 유동 유발 실험 (a)실험 배치도, (b) 실험장 전경(Liu, 2020) 51
그림 2.22. Bailong 강 유역 실험장 전경(Guan, 2018) 52
그림 2.23. 계측기 경사면의 종 방향 단면(Guan, 2018) 52
그림 2.24. 사면붕괴 시 시나리오 1의 단계별 사진(Ming, 2019) 52
그림 2.25. 사면붕괴 시 시나리오 1에서의 댐 침식 발생(Ming, 2019) 52
그림 2.26. Mt. Kaba 실험장 전경(Hideki, 2004) 53
그림 2.27. Y-Z 평면에서의 변위(Hideki, 2004) 53
그림 2.28. 실험 전 사면 모형 사진(Pu, 2021) 54
그림 2.29. 다양한 토석류 양에 대한 토석류 깊이 데이터(Pu, 2021) 54
그림 2.30. T10에서 수로 상, 하부 경사면의 경계면에서의 간극수압(Ghanashyam, 2011) 54
그림 2.31. T9에서 사면붕괴로 인해 유발된 퇴적물 양과 유량(Ghanashyam, 2011) 54
그림 2.32. 기울기 변화가 가능한 수로의 배치도(Corinna, 2015) 55
그림 2.33. 수로 하단부의 로드셀과 투과형 사방댐 모형 전경(Corinna, 2015) 55
그림 2.34. 실험 장치 도식도(Chen, 2014) 55
그림 2.35. C3에서의 총 응력 변화(Chen, 2014) 55
그림 3.1. 토사재해 취약성 평가 종류(van Westen, 2011) 58
그림 3.2. 취약성 평가모델 흐름도 60
그림 3.3. 취약성 평가모델 적용 지역 62
그림 3.4. 토사재해 발생 전후 위성사진 62
그림 3.5. 지형인자 65
그림 3.6. 수문인자 67
그림 3.7. 임상인자 68
그림 3.8. 토양인자 68
그림 3.9. 지질인자 69
그림 3.10. 우면산 강우 DB 70
그림 3.11. 우면산 지반 심도 지도 70
그림 3.12. 물리 기반 모델 적용 결과 71
그림 3.13. 통계 기반 모델(CNN) 흐름도 72
그림 3.14. CNN모델 결과 72
그림 3.15. ROC curve 73
그림 3.16. 지형특성 기반 모델 결과 74
그림 3.17. 고위험지역 도출 과정 75
그림 3.18. 연구지역 토석류 고위험지역 75
그림 3.19. 역해석 대상지 77
그림 3.20. Flow-R 매개변수 분석 흐름도 77
그림 3.21. 국내 토석류 평균 이동각 78
그림 3.22. 국내 토석류 평균 최대 속도 78
그림 3.23. 연구지역 대상 Flow-R 모델 결과 79
그림 3.24. 광역지역 취약성 평가 결과 80
그림 3.25. 취약성 평가 결과와 실제 피해사례 비교분석 80
그림 3.26. 정밀 취약성 평가 흐름도 82
그림 3.27. 정밀 취약성 평가 결과(site A, B) 83
그림 3.28. 정밀 취약성 평가 결과(site C) 83
그림 3.29. 정밀 취약성 평가 결과(site D) 84
그림 3.30. 정밀 취약성 평가 결과(site E) 84
그림 3.31. 정밀 취약성 평가 결과(site F) 85
그림 3.32. 정밀 취약성 평가 결과(site G) 85
그림 3.33. 정밀 취약성 평가 결과(site H) 86
그림 3.34. 정밀 취약성 평가 결과(site I) 86
그림 3.35. 토사재해 취약성 곡선 검증(철근콘크리트) 89
그림 3.36. 토사재해 취약성 곡선 검증(보강조적조) 89
그림 3.37. 토사재해 취약성 곡선 검증(무보강조적조) 90
그림 3.38. 토사재해 취약성 곡선 검증(목구조) 90
그림 3.39. 토사재해 취약성 곡선 검증(경량철골조) 91
그림 3.40. 토사재해 취약성 곡선 검증(기타구조) 91
그림 3.41. GIS 기반 지반재해위험지도의 현장 적용성 평가(Ryu et al, 2013) 92
그림 3.42. 토석류 취약지역의 위험성 평가방안에 관한 연구(Ryu et al, 2017) 93
그림 3.43. 취약성 평가모델 적용 흐름도 94
그림 3.44. T/B 운영계획 98
그림 3.45. 토사재해 취약성 평가모델 적용 T/B 99
그림 3.46. T/B의 토사재해 영향인자 106
그림 3.47. 강우 빈도에 따른 물리 기반 모델 적용 결과 109
그림 3.48. CNN 모델 결과 110
그림 3.49. 지형학적 특성 기반 모델 결과 111
그림 3.50. 토석류 고위험 지역(3가지 모델 고려) 111
그림 3.51. 강우 빈도에 따른 Flow-R 모델 결과 114
그림 3.52. 강우 빈도 별 광역지역 취약성 평가 결과 116
그림 3.53. 정밀 취약성 평가 결과(Site A) 117
그림 3.54. 정밀 취약성 평가 결과(Site B) 118
그림 3.55. 정밀 취약성 평가 결과(Site C) 119
그림 3.56. 정밀 취약성 평가 결과(Site D) 120
그림 4.1. 토사재해 취약성 평가지표(안) 개선 단계 124
그림 4.2. AHP-PROMTHEE 단계 모식도 130
그림 4.3. 구조물 평가방법(FEMA) 136
그림 4.4. 조적조 - [2012] 농림-12-20-나-2 도면 일부 139
그림 4.5. 경량철골조 - [2022] 농림-22-27-나 도면 일부(Ⅰ) 139
그림 4.6. 경량철골조 - [2022] 농림-22-27-나 도면 일부(Ⅱ) 140
그림 4.7. 경량목구조 - [2014] 농림-14-27-가-2 도면 일부 140
그림 4.8. RC-frame 변형 형상(Scale Factor: 100) 141
그림 4.9. RC-frame 변형 그래프 142
그림 4.10. 무보강조적조 변형 형상(Scale Factor: 100) 143
그림 4.11. 무보강조적조 변형 그래프 143
그림 4.12. 경량철골조 변형 형상(Scale Factor: 100) 144
그림 4.13. 경량철골조 변형 그래프 144
그림 4.14. 경량목구조 변형 형상(Scale Factor: 100) 145
그림 4.15. 경량목구조 변형 그래프 146
그림 5.1. 토사재해 방지시설의 개요(Armanini, 2005) 152
그림 5.2. 산지부 저감 시설의 종류. a)산지사방,(조재환, 2014), b)계류보전(경상북도), c)사방댐(Cho, 2020) 153
그림 5.3. 도심지 저감 시설 종류. a) 유도수로(Chen, 2018), b) 부적격 주택 개조-일본(김영은, 2017), c) 주택 철거 이전(김영은, 2017), d) 차수판(물막이판)설치(김경훈, 2016) 155
그림 5.4. 불투과형 공법의 해석결과 156
그림 5.5. 불투과형 공법의 상부(Hb)와 하부(Ha)에서의 토석류의 높이 156
그림 5.6. 불투과형 공법의 상부(Hb)와 하부(Ha)에서의 토석류의 속도 156
그림 5.7. 투과형 공법의 해석결과 157
그림 5.8. 투과형 공법의 상부(a)와 하부(b)에서의 토석류의 높이 157
그림 5.9. 투과형 공법의 상부(a)와 하부(b)에서의 토석류의 속도 157
그림 5.10. 검증지역의 3차원 사면안정 해석결과(위성지도) 158
그림 5.11. 검증지역의 3차원 사면안정 해석결과(안전율) 159
그림 5.12. 검증지역의 토석류 해석 영역 160
그림 5.13. 검증지역의 토석류 해석 영역의 모델링 결과 160
그림 5.14. CaseA영역에 대한 토석류 해석 결과. 토석류의 높이 및 속도 161
그림 5.15. Case A 영역에서 방지시설 미설치(A0)/설치(A1) 대한 토석류 해석 결과. 토석류의 높이 및 속도 162
그림 5.16. CaseA 영역에 대한 토석류 해석 결과. 토석류의 높이 및 속도 162
그림 5.17. Case A 영역에서 방지시설 미설치(A0)/설치(A1) 대한 토석류 해석 결과. 토석류의 높이 및 속도 163
그림 5.18. 보수보강 우선순위 선정 절차 164
그림 5.19. 실증지역 3차원 사면안정 해석 결과 164
그림 5.20. 실증지역의 해석영역(a),유발점 및 방지시설 위치(b)와 모델링 결과(c) 165
그림 5.21. 실증지역에 대한 토석류 해석 결과. 토석류의 높이 및 속도 166
그림 5.22. 실증지역에서 방지시설 미설치(TB0)/설치(TB1) 대한 토석류 해석 결과. 토석류의 높이 및 속도 166
그림 6.1. 실증실험 사면형상에 대한 사면안정해석 결과 a) 강우 전(bishop), b) 파괴 시(bishop), c) 강우 전(Fellenius), d) 파괴 시(Fellenius), e) 강우 전(Janbu), f) 파괴 시(Janbu) 170
그림 6.2. 실증실험 토사유출 방법의 제안 171
그림 6.3. 2022년도 제1차 급경사지 토사재해 실증실험 단면 172
그림 6.4. 라이다를 활용한 붕괴 전ㆍ후 결과(재난안전연구원, 2022) 172
그림 6.5. 실증실험 파괴형상에 대한 사면안정해석 결과 a) 강우 전(bishop), b) 파괴 시(bishop), c) 강우 전(Fellenius), d) 파괴 시(Fellenius), e) 강우 전(Janbu), f) 파괴 시(Janbu) 173
그림 6.6. 실증실험과 연계한 토석류 유동해석 결과. 토석류의 높이 및 속도 174
그림 6.7. 실증실험과 연계한 토석류 유동해석 결과. a) 유동해석 모델링 및 데이터 관측 지점, b) 관측지점에서의 토석류의 높이, c) 토석류의 속도 175