천층(얕은) 사면붕괴는 자연 사면에서 빈번히 관측되며, 유동과 같은 재해를 통해 더 큰 파괴로 이어지는 경우가 많다. 전통적으로 물리 기반 사면붕괴 취약성 모델은 무한사면 안정해석을 이용하여 지역 규모에서 안전율(FS) 관점의 사면 안정성을 결정해 왔다. 무한사면 모델은 계산 부담이 상대적으로 적지만, 토질 물성의 공간적 변이를 반영할 수 없고 복잡한 지형으로부터 발생하는 3차원(3D) 효과를 고려할 수 없다. 그러나 3차원 사면 안정 모델은 계산적으로 까다로울 뿐 아니라 토층 두께의 급격한 변화로 인해 발생하는 불연속성 문제도 겪는다. 따라서 본 연구는 기존 모델의 이러한 단점을 극복하기 위해 새로운 3차원 천층(얕은) 번역(이동) 사면 안정(3DTS) 모델을 제안한다. 개발된 3DTS 모델은 Green-Ampt(GA) 침투 모델과 사면 안정성의 Janbu 간이 방법에 대한 3차원 확장을 사용한다. 3DTS는 비균질 침투 이력(non-uniform infiltration history)을 고려하고 표면 유출(surface runoff)을 계산하기 위해 일반화된 GA 모델을 활용한다. 3D 극한평형 사면 모델에서 파괴되는 토괴는 강체 토주(rigid soil columns)로 분할되어야 하는데, 개발된 3DTS에서는 디지털 고도모델(DEM)의 셀을 강체 토주로 사용한다. 전단 강도는 Mohr-Coulomb 기준으로 모사되며, 최외곽 토주(outermost soil columns)의 바닥 및 측면 영역에서 토질의 마찰 저항으로부터 제공된다. 얕은 표면에서의 식생 뿌리에 의한 추가 강도도 모델링한다. DEM 셀로부터 미끄럼면(slip surface)을 생성하기 위해 개발된 3DTS 모델에서 사용한 방법은, 타원체 미끄럼면을 사용하는 3차원 확률론적 사면붕괴 취약성(3DPLS) 모델과 계산된 FS를 비교하여 검증하였다. 매개변수 연구에서는 얕은 번역 파괴에서 미끄럼면의 형상, 측면 토질 저항, 그리고 식생 저항의 민감도를 분석하였다. 또한 노르웨이 및 대한민국에서의 사면붕괴 사례 연구를 분석함으로써, 대규모 사면붕괴 취약성 평가에 대한 개발된 3DTS의 적용 가능성과 계산 효율성을 입증하였다. 본 연구는 노르웨이 지반공학연구소(Norwegian Geotechnical Institute, NGI)와 한국과학기술원(Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST) 간의 GEOMME(2021-2026; Pnr. 322469) 프로젝트를 통한 협력의 결과이며, 이는 노르웨이 연구위원회(Research Council of Norway)의 지원을 받았다(‘Climate-induced geohazards mitigation, management, and education in Japan, South Korea, and Norway’).

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