사이공강 수위 변동에 따른 은행 붕괴 위험 분석

초록

본 연구는 호치민시 중심을 흐르는 사이공강의 수위 변동이 은행 안정성에 미치는 영향을 현장 조사와 연계된 유한요소 해석을 통해 규명한다. 다중 조사 지점에서 토양 물리·기계적 특성을 측정하고, 수위 상승·하강 시 발생하는 삼투압 변화와 유압력 손실을 고려한 2차원 비선형 유동‑구조 연계 모델을 구축하였다. 결과는 급격한 수위 하강이 토압을 감소시켜 지반 내부의 유효응력을 감소시키고, 전단강도 감소와 전단전위 상승을 초래함으로써 은행 붕괴 위험을 크게 높인다는 것을 보여준다.

상세 요약

본 논문은 사이공강 변동 수위가 은행 토사에 미치는 동적 유동‑구조 상호작용을 정량적으로 평가하기 위해, 현장 탐사와 수치해석을 체계적으로 결합하였다. 현장 단계에서는 5개 대표 지점에서 전단파괴시험(CPT), 표준관입시험(SPT), 그리고 토양 시료의 전단강도·투수계수 측정을 수행하였다. 조사 결과, 상부 토층은 점토·실트 혼합물이며, 비중 1.61.8, 전단강도 3045 kPa, 투수계수 1×10⁻⁸ m/s 수준으로 낮은 투수성을 보였다. 하부에는 모래층이 존재해 배수 경로를 제공하지만, 상부 점토층이 수위 변동에 대한 완충 역할을 수행한다는 점이 핵심이다.

수치해석에서는 PLAXIS 2D 기반의 비선형 유한요소 모델을 구축하고, 흐름‑구조 연계(Seepage‑Stability) 분석을 수행하였다. 모델은 3층 구조(수위, 점토층, 모래층)로 구성되며, 수위 변동은 2 m 상승 후 48 h 동안 1.5 m 하강하는 시나리오를 적용하였다. 유동 해석에서는 Darcy 법칙과 Richards 방정식을 이용해 비정상적인 삼투압 분포를 계산하고, 구조 해석에서는 Mohr‑Coulomb 파라미터와 플라스틱 변형 모델을 적용하였다.

핵심 결과는 수위 하강 단계에서 은행 내부의 유압력 감소가 토압을 급격히 낮추어 유효응력이 감소하고, 전단전위가 상승함에 따라 전단강도가 현저히 약화된다는 점이다. 특히, 수위가 0.5 m 이하로 떨어질 때 전단강도 감소율이 25 % 이상으로 급격히 증가하여, 안전계수(FOS)가 1.0 이하로 떨어지는 임계 구간이 형성된다. 반면, 수위 상승 시에는 외부 수압이 토체를 압축해 일시적인 안정성을 제공하지만, 장기적으로는 포화된 점토층이 팽창하면서 내부 마찰이 감소한다. 이러한 비대칭적인 안정성 변화는 은행 붕괴 위험을 예측하는 데 중요한 지표가 된다.

또한, 민감도 분석을 통해 토양 투수계수와 전단강도 파라미터가 결과에 미치는 영향을 평가하였다. 투수계수가 10⁻⁹ m/s 수준으로 감소하면 유동 지연 효과가 커져 수위 하강에 대한 응답이 완화되지만, 전단강도가 20 kPa 이하로 낮아지면 안정성 저하가 급격히 진행된다. 따라서, 현장에서는 점토층의 강도 보강(그라벨링, 지오텍스타일)과 배수 경로 확보(수직 배수관) 등 복합적인 보강 대책이 필요함을 시사한다.