무등산 주상절리대의 사면 안정성 평가와 모니터링 방안

(1)

무등산 주상절리대의 사면 안정성 평가와 모니터링 방안

김종선¹

⋅

김건기^2*

⋅

강무환³

⋅

허민⁴

1국립공원연구원, ²한국임업진흥원,³거창화강석연구센터, ⁴전남대학교

Slope Stability Evaluation and Monitoring Plan of the Columnar Joints in Mudeungsan Mountain

Jong-Sun Kim

¹

, Kun-Ki Kim

^2*

, Moo-Hwan Kang

³

and Min Huh

⁴

1National Park Research Institute 2Korea Forestry Promotion Institute 3Geochang Granite Research Center

4Chonnam National University

요약: 무등산에서 가장 보존 가치가 높은 지질명소는 무등산에 분포하는 주상절리대이다. 하지만 현재의 너덜 경사면에서 관찰할 수 있듯이, 과거부터 현재까지 주상절리들은 붕괴되어 왔으며 앞으로도 계속 파괴 될 것이다. 이 연구의 목적은 무등산 주상절리대의 지질재해 잠재 지역 을 파악하고 암반 사면의 안정성 평가를 통해 붕괴 가능성을 예측하여 모니터링 및 관리 방안을 제안하는 것이다. 연구방법으로 먼저, 주 탐방로 에 인접한 가파른 경사면에 대한 안정성 평가 지역을 선정하기 위해 현장 조사를 실시하였다. 암반 사면은 지표지질조사와 UAV(무인항공기) 를 사용하여 조사하였으며, 불연속면의 경사방향/경사각 데이터는 무인항공기 촬영결과로부터 3D 모델링을 통해 획득하였다. 이들 자료에 기초하여 안정성 평가를 통해 재해 가능성을 평가하였으며, 이 결과를 바탕으로 무등산 주상절리대 경사면에서 발생할 수 있는 지질재해의 종류와 범위를 예측하고 복구, 강화, 모니터링 전략을 제안하였다. 관리 계획으로 능동적 조치와 수동적 조치(위험 회피)가 있을 수 있으나, 방문객의 안전, 국립공원과 유네스코 세계지질공원의 경관을 고려한 보수 및 보강방안을 마련하고자 한다.

주요어: 무등산, 사면안정성, 모니터링 방안, 주상절리대, 무인항공기

Abstract: The most remarkable geosite in the Mudeungsan is colonades of columnar joints in Mudeungsan Mountain. However, as can be seen from the current talus slope, from the past to the present, columnar joints have been and will continue to be destroyed.

The purpose of this study is to identify geohazard risk areas distributed within the Mudeungsan and to predict the possibility of collapse through the stability evaluation of rock slope and also to propose monitoring and management plan. First, a field trip has been conducted to select the stability evaluation area for the steep slopes adjacent to the main geotrail. The rock slope was examined using surface geological survey and UAV (Unmanned Aerial Vehicle). The dip direction/dip angle data of the discontinuity surface is obtained through the 3D modeling of the result. Next, based on this data, the possibility of geohazard was evaluated through stability evaluation. Based on these results, we predicted the types and extent of possible geohazard on the slope of the Mudeungsan and suggested recovery, reinforcement and monitoring strategies. Although there may be active measures and passive measures (avoidance of risk) as management plan, we would like to recommend passive measures considering the safety of visitors and the landscape of National park and UNESCO Global Geopark.

Key words Mudeungsan, Slope Stability, Monitoring Plan, Columnar Joints, UAV

서론

한반도 남서부에 위치하고 있는 무등산 일원은

2013

년 3월 4일 우리나라에서 21번째 국립공원으로 지정(환

경부고시 제2012-252호)되었다(김보현 등

2014).

또한 무등산국립공원을 포함하는 광주광역시와 담양군 전역, 화순군 일부의

1,051.36㎢ 면적에 대해

탁월한 경관과 지질학적 가치를 인정받아

2018년 4월 국내에서는 제주

Received 5 April 2021; Revised 4 June 2021; Accepted 7 June 2021

*Corresponding to 김건기(Kun-Ki Kim) E-mail. [email protected]

(2)

도, 청송군에 이어 세 번째로 유네스코 세계지질공원으 로 인증되었다(무등지오파크 홈페이지). 지질명소로는 무등산 정상 3봉(천⋅지⋅인왕봉), 서석대, 입석대, 화순 서유리 공룡화석지, 적벽 등 20개소, 역사문화명소로는 아시아문화전당, 죽녹원 등

42개소가 있다.

세계지질공원인 무등산 국립공원 내에서 주상절리대 의 아름다운 경관을 볼 수 있는 대표적인 곳으로 서석대, 입석대, 광석대 등이 있으며, 이를 연결하는 각종 탐방로 가 인접하고 있다. 탐방로 내 자연 급경사지는 오랜 세월 을 거치면서 대부분 안정각을 형성하고 있으나, 곳에 따 라 지형 및 지질학적 특성에 따른 고위험의 급경사지를 이루고 있어 예기치 못한 낙석 위험성이 항상 존재한다.

특히, 급경사지에 밀접하여 조성되어 있는 탐방로는 낙 석 발생 시 직접적인 인명피해 가능성이 매우 높고, 최근 들어서는 국민여가 생활에 대한 인식의 확대로 국립공원 의 이용자 수가 증가하고 있어, 이에 따른 각종 사고 발 생의 빈도도 증가하는 추세이다(오채연과 전계원

2015).

무등산 또한 탐방로가 인접하는 급경사지 주변 지역을 대상으로 낙석위험에 대한 조사의 필요성이 제기되며, 암반사면 안정성 및 낙석위험에 대한 사전평가를 통해 탐방객의 안전을 확보하기 위한 기초자료 마련이 시급 한 실정이다. 이와 관련되어 절리 내의 절리내의 균열거 동에 관한 연구가 최근 수행된바 있다(노정두 등 2020).

이 연구는 무등산에 분포하는 재해위험 지역을 확인함 으로써 사면붕괴 및 낙석 등 향후 예상되는 안전사고를 미연에 방지하고, 나아가 안전한 탐방이 될 수 있도록 유지 및 관리방안 마련의 기초자료를 수집하는데 목적 이 있다.

연구방법

이번 연구의 체계는 첫 번째, 재해위험 예상지역 선정 및 기초자료 수집을 위해 1. 주요 탐방로 인접 급경사면 안정성 평가지역 선정을 위한 현장답사

2.

지표지질조사 및 무인항공기(UAV)를 이용한 암반사면 조사 3. 비접근 위치에 대한

3차원

모델링을 통해 불연속면 경사방향/경 사각 데이터를 확보하였다. 두 번째, 암반사면 안정성 평

가를 위해서

1.

평사투영 해석을 통한 붕괴위험 가능성 정성평가 2. 한계평형 해석을 통한 안전율 검토 및 정량 평가 3. 낙석위험 가능성에 대한 시뮬레이션 분석을 실 시하였다. 그리고 세 번째, 보수⋅보강 대책 및 유지⋅

관리 방안 제시를 위해 1. 보수⋅보강 대책마련이 필요 한 지역 선정 및 방법 제시

2.

유지⋅관리 방안마련이 필요한 지역 선정 및 방법을 제시하고자 하였다.

지표지질조사는 무등산 주변 지형과 지질학적 특성 분석, 암석의 풍화 상태, 암반 사면 방향, 불연속면의 경 사방향 및 경사각 측정, 지하수의 용출상태 및 과거 붕괴 이력 등을 조사하였다. 한편 조사자의 접근이 불가능한 위치의 불연속면의 경사방향 및 경사각도 측정은 무인 항공기를 이용하였으며, 취득된 디지털 영상으로부터 3 차원 고밀도 포인트 클라우드(점군자료) 모델 및 수치표 면모델(digital surface model)을 제작해 데이터를 추출하 였다(이현철 등

2018).

또한 획득한 데이터로부터 평사 투영 해석을 통한 파괴유형 분석 및 한계평형 해석을 통 한 기준안전율을 평가해 위험지역을 확정하고, 낙석위 험 지역에 대해서는 시뮬레이션 분석을 통한 피해영역 평가를 실시하였다. 그리고 급경사지 재해위험이 예상 되는 지역의 안정성 검토결과로부터 탐방객 안전 확보 를 위한 보수⋅보강 대책 및 유지⋅관리 방안을 제시하 고자 하였다.

지형 및 지질개요

1. 지형

연구지역은 행정구역상 광주광역시 동구, 북구 일대를 비롯하여 전라남도 화순군 화순읍, 이서면, 북면, 동면, 도암면, 도곡면 및 춘양면 그리고 담양군 남면 일대 일부 면적을 포함하며, 지도상으로 동경 126°56′~127°03′, 북 위

35°04′~35°11′에 위치하고 있다.

무등산은 해발고도 1,187 m의 장대한 산지로서, 그 정 상부위의 산체가 방패상의 인셀베르그 모습을 가지고 있고 고도별로 단계적 평탄면이 존재하는 특성을 보인 다. 무등산의 정상부위는 평면형태가 주름이 없는 둥그

(3)

런 돔 모양을 띠고 있으며, 고도

800~900 m에서는 완만

한 경사의 능선을 이루면서 옆으로 퍼지고, 산능과 산정 은 노출암 상태이다. 500~600 m 고도에서는 다시 완사 면으로 나타나면서 옆으로 퍼져 뚜렷한 경사 변환점을 이루고, 고도 400~500 m에서는 산이 갈리고 곡이 갈리 면서 한편으로는 산봉우리를 이룬다. 이들 봉우리들은 고도가 서로 엇비슷하게 나타나는 특징을 보이고, 산지 외곽으로 가면서 점차 산봉우리의 고도는 낮아지며

300~400 m의 산봉들이 여전히 봉고동일성을 유지하는

특징을 보이고 있다. 고도 500~600 m 부근에서 심층 풍 화층이 현저하게 관찰되며, 풍화혈이 집중 분포되어 있 는 것이 특징이다.

2. 지질개요

지질학적으로 한반도는 유라시아판과 태평양판, 필리 핀판의 경계부에 위치하며, 무등산을 포함하는 한반도 남서부 지역은 옥천대에 해당하고 이 중에서도 남서부 에 위치하고 있다(Fig. 1). 옥천대 중에서 무등산 일원은 공주-광주 단층계라는 북동-남서 방향의 뚜렷한 여러 개 의 구조선이 발달하며, 이들 구조선을 따라 중생대 백악 기 초부터 신생대 초까지 격렬한 화산활동이 있었다. 이 지역의 퇴적분지는 북동-남서 방향의 대구조선들에 의 해 그 분포와 퇴적물의 공급이 제한되며 이들 분지의 형 성은 단층의 발달과 깊은 관련이 있다. 북동-남서방향의

Fig. 1. Geological map of Mudeungsan Mountain area(after Gwangju city 2017).

(4)

큰 구조선을 따라 소분지가 형성되고, 분지 하부에 퇴적 물이 쌓이는 동시에 화산암이 분출하여 넓은 지역을 덮 었다. 광주광역시 동부에 위치한 무등산은 쥐라기 심성 암과 선캄브리아시대 편마암 및 고생대 변성퇴적암 사 이에 분포하는 백악기 화산암 분포지역이다. 능주분지 는 광주광역시를 중심으로 직경 약 40 km 크기의 원형 함몰체로서, 함몰대 동쪽에는 안산암과 유문암으로 구 성된 무등산 화산암체가, 남부-남서부에는 유문암류로 구성되어 있는 능주화산암체가 분포한다(광주시 2017).

무등산에 분포하는 주상절리대는 정상부인 천왕봉을 비롯하여, 입석대, 서석대, 광석대 뿐만이 아니라 인근 북산의 신선대와 백마 능선의 낙타봉과 촛대봉 등에 주 상절리대가 널리 분포하고 있다(Fig. 2). 전형적인 주상 절리들은 해발고도

750 m에서 정상인 1,187 m에

걸쳐 약

11

㎢ 이상의 면적으로 무등산 능선부의 높은 곳에 위치하고 있음이 확인된다. 무등산응회암(용결응회암) 은 기저부 및 외곽부를 제외하면 대부분 치밀하게 용결 된 양상을 보이는데, 이 용결응회암체는 분출 및 퇴적 이후 오랜 기간 침식 및 삭박되고 상대적으로 침식에 강 한 부분(치밀용결대)만이 현재와 같이 고지대로 남아 있 음을 유추할 수 있다. 흔히 화쇄류에 의해 고온의 화성쇄 설물이 두껍게 쌓일 경우, 화쇄류층의 하부 및 중부가 가장 오랫동안 높은 온도가 유지될 뿐만 아니라 용결에 필요한 하중을 가장 크게 받아 용결이 가장 크게 일어난 다. 과거에는 두꺼운 응회암층에 있어서 가장 용결이 크

게 일어나는 곳에서 주로 주상절리가 형성되는 것으로 믿어졌으나, 비용결대 및 부분용결대에서도 주상절리가 형성되는 예들이 보고되고 있다. 이러한 점을 고려할 때, 무등산응회암에 대한 형성 당시의 주변구조, 전체규모 및 두께 등에 관한 종합적인 정보가 부족한 현시점에서 는, 전형적인 주상절리가 잘 발달한 무등산 정상부가 무 등산응회암 집적 당시에 층의 윗부분이었는지 아니면, 용결이 가장 많이 일어나 치밀하게 용결되어 오랫동안 남아 있을 수 있는 응회암층의 중⋅하부인지는 판단하 기 어렵다(Lim et al., 2015).

불연속면의 조사와 해석 방법

1. 지표지질조사

암반사면 내에 존재하는 불연속면의 특성을 파악하기 위하여, 국제암반역학회(ISRM)에서 제안한 암반불연속 면의 정량적 기재에 관한 지침(Suggested Methods for

the Quantitative Description of Discontinuities in Rock

Mass)을 준용하였으며,

조사 가능 범위 내에서 불연속면

의 방향, 간격, 연속성, 거칠기, 벽면강도, 틈 간격, 충전 물, 용수 유무, 불연속면의 군수, 블록형상 등의 정보를 조사하였다(Nick 1978; Spang and Sönser 1997).

Fig. 2. Mudeungsan columnar joint zone distribution location map(Lim et al. 2015).

(5)

2. 불연속면 조사

지표지질조사시 불연속면의 방향을 측정하기 위해서 는 조사자가 직접 사면에 위치할 필요가 있는데, 구배가

1:0.7

이상의 급경사이거나 높이가

10 m

이상인 사면에

서는 접근이 불가한 환경에 놓이게 된다. 불연속면의 데 이터를 획득하기 위해 사면 및 주위 환경조건에 고려하 여 입체사진측량기법 또는 무인항공기를 이용한 이미지 확보를 통해 방향성을 조사하였다(김종훈

2002).

3. 사면안정 해석

사면안정 해석방법은 일반적으로 암반에서 사면의 파 괴형태는 원호파괴, 평면파괴, 전도파괴 및 쐐기파괴의

4가지 형태로 구분되며,

원호파괴를 제외한 세 가지 유

형은 지표지질조사 또는 다양한 방법 등을 통해 얻은 절 토지역 암반에 분포된 불연속면의 경사방향과 경사(또 는 주향과 경사)를 분석하여, 평사투영법으로 붕괴가능 여부를 판단한 후 위험지역에 대해 불연속대 및 예상파 괴를 해석하였다. 평사투영에 의한 안정성 해석 및 평가 는 운동학적 평가로서 불연속면의 조합으로 형성된 블 록의 파괴 가능성 여부를 기하학적 불균형 여부에 의해서 평가하는 방법으로 힘의 평형을 고려하지 않고, Stereonet 상에 사면, Daylight Envelope, Friction Cone, Toppling

Envelope

등을 작성, 불연속면의 방향에 따른 밀도 분포

에 의하여 사면 안정성을 다음과 같이 평가하였으며, 평 가프로그램은 캐나다

Rocscience사의 ‘DIPS’를 이용하

였다.

4. 한계평형 해석

한계평형 해석법에 의한 안전율 평가는 불연속면의 경사와 방향성, 불연속면의 특성으로부터 평사투영 해 석을 실시하여 파괴가능성과 파괴유형을 결정하고, 이 를 바탕으로 파괴 가능성을 가진 비탈면에 대하여 불연 속면의 특성과 지하수 조건을 고려한 안정해석을 실시 하였다. 평가에 사용한 프로그램은 캐나다

Rocscience사

의 평면파괴 해석 프로그램인

‘Rocplane’,

전도파괴 해 석 프로그램인 ‘RocTopple’ 및 쐐기파괴 해석 프로그램

인

‘Swedge’를 이용하여 국토해양부 ‘건설공사 비탈면

설계기준(2011)’에서 제시하고 있는 기준안전율을 만족 하는지 평가하였다.

지진 시에 대한 비탈면의 안정해석에는 동적문제를 정역학적으로 취급한 진도법이 적용되나, 동적변형 및 강도를 정적으로 추정하는 일은 매우 어려운 문제로서 진도법의 합리성에 대하여 논란의 대상이 되어 왔다. 그 러나 진도법을 적용하는 이유는 이론적 계산의 간편성 과 안전성이 경험을 통하여 알려져 있기 때문에 이를 적 용하였다.

사면안정성 해석 결과

1. 서석대

서석대 전망대에서 남쪽방향의 절리면과 서쪽방향의 절리면이 확인되는데, 지표지질조사는

1개의 위치에서

실시하였으며. 불연속면의 분포 및 방향성을 파악하기 위해 드론을 이용하여 정사영상 및

3D

모델링을 실시하 였다. 서석대 모델링 결과에서는 서석대 전망데크에서 확인되지 않는 전면부 및 바닥에 붕괴이력이 확인되었으 며, 불연속면의 분포정도 및 방향성을 조사하였다. 서석 대 전면부의 붕괴위험 가능성을 평가하기 위해

3구간으

로 구분하여 평사투영 해석을 실시하였으며, 내부마찰각 은 절리면 전단시험 결과로 확인된

44°를 적용하였다.

서석대 좌측구간은 서석대 전망대의 안전 확보가 요구 되는 방향으로 사면의 방향은 288°이며, 경사각은 약 69°

정도를 이루고 있다. 평사투영 결과 전도성 절리에 의한 전 도 파괴 영역 내 위치하고 있으며, 평면파괴 가능성은 낮을 것으로 보인다. 쐐기파괴는

J1(295/82)

절리와

J2(226/84)

절리가 파괴영역 외부에서 대원이 교차하고 있으며, 절 리의 경사각이 사면의 현재 경사각보다 높게 형성되어 있어 붕괴 가능성은 낮을 것으로 보인다(Fig. 3A).

중앙구간은 서석대 전망대에서 확인되는 않는 기 붕 괴이력이 있는 지점으로, 사면방향은 236°이며, 경사각 약 54° 정도를 이루고 있다. 평사투영 결과 평면파괴 가 능성은 낮으며, 전도성 방향을 나타내는 극점이 확인되

(6)

어 전도파괴 가능성이 예상된다. 쐐기파괴는

1구간과 마

찬가지로 동일 절리인

J1(295/82)과 J2(226/84)가

파괴 영역 외부에서 대원이 교차하고 있으며, 절리 경사각이 사면 경사각보다 높게 형성되어 있어 붕괴 가능성은 낮 을 것으로 보인다(Fig. 3B).

우측구간은 서석대에서 다소 긴 연장을 가지는 구간 으로 사면방향은

270°,

경사각 약 72° 정도를 이루고 있 다. 평면파괴 영역 가장자리에서 확인되는 극점으로 인 해 주의가 요구되며, 전도파괴 가능성은 낮다. 쐐기파괴

는

1, 2구간과

마찬가지로 동일 절리인

J1(295/82)과

J2(226/84)가 파괴영역 외부에서 대원 교차 및 사면 경

사각보다 높게 형성되어 붕괴 가능성은 낮을 것으로 보 인다(Fig. 3C).

2. 입석대

입석대는 이전의 붕괴이력으로 인해 낙석위험 표지판 이 설치되어 있으며, 입석대 전면부에는 낙석 및 전도위 험이 있는 블록이 확인된다. 지표지질조사는 서석대와 같은 방법으로 실시하였다. 불연속면의 분포 및 방향성 을 파악하기 위해 드론을 이용하여 정사영상 및 3D 모델 링을 실시하였으며, 모델링 결과에서와 같이 전망대 방 향과 좌우측 가장자리에서의 붕괴이력이 확인된다. 불연 속면의 분포정도 및 방향성은 중간의 붕괴이력을 기준으 로 좌우로 구분하여 나타났으며, 평사투영 해석에 필요 한 불연속면 방향성 조사하여 평사투영을 실시하였다.

입석대 좌측부는 전망대 안전 확보를 고려하였으며,

(A)

Planar failure stability Toppling failure metastability Wedge Failure stability

(B)

Planar failure stability Toppling failure instability Wedge Failure stability

(C)

Planar failure metastability Toppling failure stability Wedge Failure stability

Fig. 3. The results of stereographic projection in Seoseokdae(A: left, B; center, C: right section).

(7)

우측부는 전망대 및 탐방로에 대해 총

3개 구간으로 구

분하여 평가하였다. 입석대 전면부의 전망대 안전 확보 가 요구되는 사면방향은 145°, 경사각은 약

81°

정도를 이루고 있다. 평사투영 결과 전도 파괴 영역 내 위치하고 있어 전도성 절리에 의한 붕괴위험이 있을 것으로 확인 되며, 평면파괴 가능성은 낮게 평가된다. 쐐기파괴는

J1(041/88)

절리와

J2(093/89)

절리가 파괴영역 외부에 서 대원이 교차하고 있으며, 절리의 경사각이 사면의 현 재 경사각보다 높게 형성되어 있어 발생 가능성은 낮을 것으로 보인다(Fig. 4A).

입석대 우측부는 전망대 사면방향은 225°이며, 경사각 은 약 83° 정도를 이루고 있는데, 좌측부 방향에서와 동일 한 전도파괴 발생 가능성이 있다. 쐐기파괴는 J1(331/86)

과

J2(205/90)가 파괴영역 외부에서 대원 교차 및 사면

경사각보다 높게 형성된 절리 경사각으로 인해 파괴 가 능성은 낮아 보인다(Fig. 4B).

우측 가장자리는 탐방로 주변으로 사면방향은

135°

방향이며, 경사각 64° 정도를 이루고 있다. 좌측부 145°

방향에서와 동일한 전도파괴 발생 가능성만 있는 것으 로 나타났다. 쐐기파괴는

J1(062/89)과 J2(151/87)가 사

면 경사각 보다 높고 파괴영역 외부에서 대원이 교차하 므로 파괴 가능성은 낮게 평가되었다(Fig. 4C).

3. 광석대

규봉암 입구에 위치하고 있는 암반사면은 하부 등산로 방향으로 전도위험이 있는 고각의 수직절리가 나타나고

(A)

Planar failure stability Toppling failure instability Wedge failure stability

(B)

(C)

Fig. 4. The results of stereographic projection in Ipseokdae(A: left, B: observatory direction in right section, C: right trail section).

(8)

있으며, 경내 대웅전 배후에는 과거 붕괴이력이 확인된 다. 현장에서 확인한 광석대의 경사각은 70° 이상의 고각 을 이루고 있어 접근이 불가한 상태이다. 불연속면의 분 포 및 방향성을 파악하기 위해 드론을 이용하여 정사영 상 및 3D 모델링을 실시하였다. 모델링 결과에서도 대웅 전 배후에서 붕괴이력이 확인된다. 규봉암 배후에 위치

하고 있는 광석대를 대상으로 붕괴위험 가능성을 평가하 기 위해 평사투영 해석을 실시하였으며

,

총 4개 위치에서 구조물과의 방향을 고려하여 평사투영을 실시하였다.

S-1지점의 사면방향은 079°이며,

경사각은 약 85° 정도

를 이루고 있다. 전도파괴 영역 내 위치하고 있는 극점으 로 인해 전도 가능성이 발견된다. 쐐기파괴는

J1(105/79)

(A)

Planar failure stability Toppling failure instability Wedge failure metastability

(B)

Planar failure stability Toppling failure instability Wedge failure instability

(C)

Planar failure stability Toppling failure stability Wedge failure stability

(D)

Planar failure instability Toppling failure instability Wedge failure instability

Fig. 5. The results of stereographic projection in Gwangseokdae(A: S-1, B: S-2, C: S-3, D: S-4).

(9)

절리와 J2(188/73) 절리가 파괴영역 가장자리에서 대원 이 교차하고 있어 발생 가능성에 주의가 필요할 것으로 보인다(Fig. 5A).

S-2지점의 사면방향은 121°이며,

경사각은 약 88° 정

도의 고각을 이루고 있다. 평면파괴 영역 내 극점은 확인 되지 않으며, 전도파괴 가능성이 있는 절리면으로 인해 위험이 예상된다. J1(105/79) 절리와 J2(188/73) 절리가 쐐기파괴 영역 내에서 대원이 교차하고 있어 발생 가능 성이 있을 것으로 평가된다(Fig. 5B).

S-3지점의 사면방향은 175°와 경사각

약 87° 정도를

이루고 있다. 평면 및 전도파괴 영역 내 도시되고 있는 극점으로 인해 붕괴 가능성이 있는 것으로 보인다. 쐐기 파괴는

J1(207/79)

절리와

J2(095/85)

절리가 파괴영역 내부에서 대원이 교차하고 있어 파괴 가능성이 예상된 다(Fig. 5C).

S-4지점의 사면방향은 146°이며,

경사각은 약

85°를

이루고 있다. 규봉암 북동쪽 가장자리에 위치하고 있어 구조물에 미칠 영향은 낮아 보이고, 평면 및 전도파괴 내 확인되는 극점은 확인되지 않는다. 또한, 쐐기파괴는 고각을 형성하고 있으며 교차점이 파괴영역 외부에 위 치하고 있어 붕괴 가능성은 낮아 보이나 관심이 요구된 다(Fig. 5D).

한개평형 해석 결과

평사투영 해석을 통한 파괴 가능성과 유형을 확인하 고 비탈면에 대한 불연속면의 특성과 지하수 조건을 고 려하여 한계평형 해석 및 안전율을 평가하였다. 해석결 과 서석대는 안정한 결과를 보여 서석대를 제외한 나머 지 장소에 대한 결과를 제시하였다.

left section

Toppling failure 145/87 Examination joint 328~342/88~89

Dry season Wet season Earthquake

25.00 > 1.5(stability) 3.25 > 1.2(instability) 0.10 < 1.1(instability) right section

21.82 > 1.5(stability) 0.10 < 1.1(instability) 0.10 < 1.1(instability) right trail section

25.00 > 1.5(stability) 3.42 > 1.2(stability) 0.19 < 1.1(instability)

Fig. 6. Results of toppling failure safety factor in Ipseokdae.

(10)

1. 입석대

입석대 정면에서 사면의 방향이 전망대를 향하고 있 는 좌측 145°에서는 건기와 우기시 기준안전율을 만족 하는 것으로 평가되는 반면, 우측 225°에서는 우기시와 지진시 기준이하로 산출됨에 따라 전도파괴로 인한 전 망대 재해위험이 예상된다. 또한 탐방로를 향하는 135°

사면방향은 지진시 저항력 보다 활동력이 높아 탐방로 에 대한 안전대책이 요구된다(Fig. 6).

2. 광석대

규봉암이 위치하고 있는 광석대 주변 S-1 지점에서는 우기 및 지진시 기준안전율 이하로 산출됨에 따라 전도 위험에 대한 대책이 마련되어야 할 것으로 판단된다.

S-2

지점 또한 지진시 전도파괴 기준안전율인 1.1 보다

낮은 것으로 해석되어 이에 대한 대비가 필요한 것으로 보이나, 모든 시기에서 저항력이 높게 산출된 쐐기파괴 는 발생 가능성이 낮은 것으로 확인되었다(Fig. 7). 정량 평가 결과 S-3 지점의 전도 및 쐐기파괴는 모든 시기에 서 기준안전율을 만족하는 것과 달리, 평면파괴는 안전 율 이하로 평가됨에 따라 인적⋅물적 피해를 저감하기 위한 방법이 모색되어야 할 것이다(Fig. 8).

보수 보강 및 모니터링 대책

1. 보강 및 대책

보강을 위해서는 상태 평가결과와 안전성 평가결과 등을 정밀검토 후 보강 필요성, 방법 및 그 수준을 제시

Toppling failureS-1 079/85 Examination joint 269~270/88~89

25.00 > 1.5(stability) 0.49 < 1.2(instability) 0.41 < 1.1(instability)

16.57 > 1.5(stability) 3.81 > 1.2(stability) 0.67 < 1.1(instability)

Wedge failureS-2 121/88 Examination joint 199/86 & 094/87

4.31 > 1.5(stability) 1.35 > 1.2(stability) 1.29 > 1.1(stability)

Fig. 7. Result of safety factor in Gwangseokdae(S-1, S-2).

(11)

하고자 한다. 이때 중요한 것은 결함 및 손상발생 원인에 대한 정확한 분석이며, 이를 통해 적절한 공법과 보강 재료를 선택할 수 있다. 보강의 수준은 현재의 위험도, 경제성 및 시공성 등을 고려하여 현상유지(진행억제), 대규모 붕괴위험이 없는 수준까지 회복, 전면적인 보강 중에서 선택되어야 할 것이다.

안정공법은 크게 현재 안전율을 유지시키는 안전율유 지법과 안전율을 증가시키는 안전율 증가법으로 대별된 다. 안전율 유지법은 강우, 융설수의 침투나 비탈면의 풍 화라는 붕괴요인을 제거하여 사면 안전율이 감소하는 것을 방지하는 일시적 방법에 해당되며, 안전율 증가법 은 불안전하게 판단되는 사면의 안전율을 구조물 공(말 뚝, 앵커 등)의 저항력을 이용하여 사면안전율을 증가시 키는 반영구적방법이 있을 수 있다.

무등산 권역에서 발생할 수 있는 붕괴 및 낙석위험,

낙석방지시설 한계저항치, 경관훼손 및 보강공사 중 2차 붕괴위험 등을 종합적으로 고려하여 보수⋅보강 대책은 다음과 같이 제안한다.

입석대 주상절리대는 전망대 및 탐방로 방향의 전도 위험이 예상되는 주상절리는 총

4개가 파악되며,

높이는

약

10~20 m

정도로 전도 시의 위험영역은

Fig. 9와 같

다. 전망대의 위치는 위험영역에 포함되며 탐방로는 벗 어나 있는 것으로 확인되는데, 전도 이후 잘게 부서지는 과정에서 파편의 추가적인 운동특성으로 인해

2차 피해

가 우려되는 실정이다. 또한 위험 주상절리의 제거는 경 관훼손 및 주변을 지탱하고 있는 힘의 감소에 따른 연쇄 전도위험, 지형적 특성 및 협소한 보강공사 환경 등을 감안하여 전망대는 위치 변경, 탐방로는 신규 노선 발굴 이 타당한 것으로 판단된다.

광석대 주상절리대는 규봉암 배후에 위치하고 있는

Planar failureS-3 175/87 Examination joint 179/85

1.05 < 1.5(instability) 0.84 < 1.2(instability) 0.77 < 1.1(instability)

Wedge FailureS-3 175/87 Examination joint 207/79 & 095/85

Fig. 8. Result of safety factor in Gwangseokdae(S-3).

(12)

사면이 표면박리에 의한 평면파괴와 주상절리의 전도위 험이 확인된다(Fig. 10). 표면박리의 경우 현 위치 하부 에 떨어져 파편화 될 것으로 보이나, 주상절리의 전도는 지면충돌 후 블록이 분리되면서 낙석형태로 지형의 경 사향을 따라 구르는 운동을 하게 될 경우 건축물에 영향 을 미칠 것으로 예상된다. 따라서 낙석의 예상크기, 방지 시설의 저항한계치 등을 고려해 볼 때, 충돌에너지의 분 산이 가능하며 설치 및 시공사례를 감안하여 건축물 주 변 링네트 설치를 제안한다.

2. 모니터링 및 대책

사면 계측 또는 모니터링은 붕괴위험지역에 대하여 지속적인 지반변위 또는 지반변위를 유발하는 물리적인 변화량을 측정하고 그 자료를 관리하는 것이며, 사면의 변형 형태와 정량적인 양을 파악하기 위한 방법과 사면 붕괴의 원인을 파악할 수 있는 방법으로 구분된다.

사면안정문제에서 관심 있는 주요 항목은 변형(지표 면의 변형, 활동면의 위치)으로 이는 결과로 나타나지만 그 원인은 강우, 지하수, 용설, 지진, 인위적 용인(굴착, 적재하중 증가, 댐의 담수 등)에 의해 나타난다. 국내외

Rock fall risk expected range

Observatory

Trail

Fig. 9. Rock fall risk expected range in Ipseokdae.

Ring net mounting range Collapse history

Collapse history

danger position Collapse risk position

Fig. 10. Method of repair and reinforcement in Gwangseokdae.

(13)

에서 사용되고 있는 다양한 사면 모니터링 시스템의 특 징은 일반적인 방법에서부터 전기적 노이즈에강하고 사 면의 전체적인 거동을 파악할 수 있는 광섬유 센서 타입, 사면의 입체적인

3차원적 거동을

파악할 수 있는 광파 기, GPS 및 사진측량 시스템 등이 이용되고 있다. 최근 에는 인터넷 및 무선통신기술이 발달함에 따라 이를 이 용한 실시간 모니터링 시스템과

3차원 스캐너 및 무인항

공기(UAV), 또는 이와 결합한 다양한 모니터링 방법이 현장에 적용되고 있다.

암반사면의 모니터링 항목은 목적, 사면의 변화상황, 붕괴형태, 현지 조건 등을 충분히 검토한 후, 필요로 하 는 데이터의 정밀도, 측정기기의 특성 등에 따라 적절한 것을 선정하는 것이 중요하다. 일반적으로 모니터링 자 료의 정확성, 이용성, 경제성 등을 고려하여 측정기기를 선정한다.

모니터링 기간은 암반사면의 규모, 상태, 보존대상물 의 중요도, 대책공의 설치유무, 공사의 진척도 등에 따라 결정해야 한다. 암반사면의 변동 상황은 강우나 융설 등 기상요인의 영향을 크게 받으므로, 사면의 상태를 정확 히 파악하기 위해서는 최소

1년의 기간이 필요하다.

모 니터링 빈도는 측정목적에 따라 자주 실시하는 것이 좋 으나, 경제적인 면을 고려해야하기 때문에 사면의 상태, 위험도, 측정기기의 특성, 현지 조건 등을 검토해 결정해 야 한다.

모니터링을 통한 사전 인지 및 예방활동은 지속적이 면서도 장기적 관점에서 이루어져 할 것이며, 현황조사, 지표지질조사 및 사면안정해석 결과를 종합적으로 검토 한 결과, 주요 모니터링 항목은 암반사면에서 나타나는 균열면의 폭 변화, 연장성, 변위량 등과 인장 및 전단절 리 발생 가능성에 따른 낙석 예상블록 주변 지형변화를 대상으로 실시하는 것이 타당할 것으로 판단된다.

한편 무등산 권역 내 위치하고 있는 서석대, 입석대는 정상부가 비교적 완만하고 탐방로 개설에 따른 인접지 역에 접근할 수 있어 육안관찰에 의한 직접적인 모니터 링이 가능하다. 반면 규봉암 배후에 위치한 광석대의 경 우 수목이 식생하고 있으며, 경사각이 다소 높고 판상의 박리현상으로 파편낙하 위험성이 있어 조사자 접근이 쉽지 않아 보인다.

이러한 검토결과를 종합해 볼 때, 무등산국립공원 내 재해위험 발생 가능성이 있는 지역의 모니터링 대책은 다음과 같이 제안한다(Table 1).

서석대는 버클링 파괴 모니터링 기기를 통한 암반사 면 변위량 측정 또는 무인항공기를 이용한 3차원 지형변 화 공간변위 분석을 실시하여야 하며, 입석대는 전도파 괴 모니터링 기기를 통한 암반사면 변위량 측정 또는 무 인항공기를 이용한

3차원 지형변화 공간변위를

분석하 여야 한다. 마지막으로 광석대는 무인항공기를 이용한

3차원 지형변화 공간변위

분석을 실시하여야 할 것이다.

결론

무등산국립공원 내 공원자연보존지구

2개소(서석대

및 입석대) 및 공원문화유산지구

1개소(광석대)에 위치

하고 있는 주상절리대는 지표에 노출된 환경에서 지속 적인 풍화와 침식으로 불연속면이 발달할 것으로 보인 다. 특히, 무등산 탐방로는 많은 탐방객이 방문하는 곳이 며, 탐방객들이 사면에 근접할 수 있으므로 안전에 대한 주의가 요구된다.

서석대 주상절리대는 일부 전도성 방향의 절리면과 저각의 전단절리 영향으로 인해 붕락할 가능성이 있는 블록이 확인된다. 이들은 2구간 방향으로의 검토에서 발

Class Mudeungsan National Park

Monitoring (Draft) Monitoring equipment or unmanned aerial vehicle Measurement frequency Once a month or twice a year

Measuring method Monitoring equipment: The administrator analyzes the amount of displacement after periodic equipment checks.

Unmanned aerial vehicle: Measured once after the end of the thaw season and once after the end of the rainfall season, and monitored by comparison and analysis before and after.

Table 1. Monitoring draft of Mudeungsan National Park disaster hazardous area.

(14)

견된 것으로서 전망대 바로 앞쪽에 위치하고 있어 붕괴 시 전망대에 영향을 미칠 것으로 판단되며, 전망대 하부 지지대 주변에 낙석방지시설 또는 돌망태 등으로 보강 공사를 실시해 안전이 확보되어야 할 것으로 판단된다.

입석대 주상절리대는 전도성 주상절리가 다수 분포하며 위험이 예상되는 주상절리의 높이는 약

5.61 m, 8.36 m

및

11.06 m

정도로, 전망대 및 기존 탐방로에 전도시 전

망대 방향으로 붕괴될 가능성이 있다. 또한 탐방로 방향 을 향해 솟아있는 주상절리대는 입석대 상부에서부터 탐방로까지 도미노와 같이 연쇄적으로 전도될 가능성이 있다. 주상절리의 높이와 위치, 전망대 및 기 탐방로와의 거리로부터 최대 위험범위는 10.0~20.0 m로 추정해 본 결과, 위험반경 내에 포함되어 전망대 위치변경 및 우회 탐방로를 신규로 개설함이 타당하다고 판단된다.

광석대 주상절리대의 경우 규봉암 주변 입구부와 배 후에 위치하고 있으며, 지형 경사향과 전도 방향성을 고 려한 결과를 고려해 보면 암반 붕괴시 규봉암 건물에 영 향을 미칠 것으로 예상된다. 그리고 3차원 모델링 결과 상부 절리면에서는 주상절리 방향과 동일한 전단절리가 짧은 간격으로 얇게 형성되어 있는데, 기계적 풍화가 진 행될수록 전도 보다는 박리상 붕락으로 전환될 것으로 판단된다. 따라서 전도 및 붕락발생시 인적, 물적 피해가 예상되므로 광석대는 보강대책이 신속히 마련되어야 할 것이다.

무등산에 분포하는 주상절리대의 파괴유형은 전도파 괴 양상이 대표적이라 할 수 있다. 전도파괴를 유발하는 절리면은 한계평형 해석에서 변수가 많고, 회전 중심점 선정, 주변과의 역학적 거동특성 파악이 불분명할 경우 해석오류로 인해 정량적 해석은 일반적으로 생략된다.

그럼에도 불구하고 금번 기초조사에서의 전도파괴 한계 평형 해석을 수록한 사유는 전도성 절리면은 붕괴시 아 주 짧은 시간 내에 발생하고, 이후에는 상당한 피해를 낳 게 되어 발견 즉시 대책이 요구되는 유형에 해당하기 때 문에, 향후 무등산국립공원과 세계지질공원 관리에 있어 안전대책 마련의 경각심을 제고하는 점임을 밝혀둔다.

무등산 주상절리대의 재해위험 발생 가능성은 그 시기 를 짐작할 수 없으므로, 조속한 정밀진단 시행과 보수⋅

보강 및 모니터링 대책을 마련해 안전한 탐방문화가 조 성되도록 권고한다.

사사

이 연구는

“전남대학교 무등산권지질관광사업단”에

서 수행한 사업의 일부입니다. 심사과정에서 유익하고 세심한 조언을 해주신 심사위원들께 감사드립니다.

참고문헌

광주시. 2017. 유네스코 세계지질공원 신청서. 광주.

국토해양부. 2011. 건설공사 비탈면 설계기준.

김보현, 문광선, 강석준, 최진희, 박용규. 2014. 무등산국립공 원 지정후 갈등 양상과 관리방안. 한국환경생태학회 학 술대회지. 2014(2): 53-54.

김종훈. 2002. 암반 절리의 기하학적 특성 분석을 위한 디지털 사진측량기법의 개발. 강원대학교 공학박사 학위논문.

노정두, 장희원, 임채훈, 황남현, 강성승. 2020. 무등산응회암 과 입석대 주상절리대의 공학적 특성. 지질공학. 30(2):

161-173.

무등지오파크 홈페이지. https://geopark.gwangju.go.kr/

오채연, 전계원. 2015. 설악산 국립공원 천불동 계곡 탐방로 위험성 분석. 한국위기관리논집. 11(6): 153-162.

이현철, 권기문, 문창은, 조영훈. 2018. 드론을 활용한 암반사 면의 안정성평가 측정장비 개발. 한국구조물진단유지관 리공학회 논문집. 22(4): 91-99.

Lim C, H Min, K Yi, C Lee. 2015. Genesis of the columnar joints from welded tuff in Mount Mudeung National Geopark, Republic of Korea. Earth, Planets and Space.

67(152): 1-19.

Nick RB. 1978. Suggested methods for the quantitative de- scription of discontinuities in rock masses. Int. J. Rock Mech. Min. Sci & Geomeck. Abstrs. 15: 319-368.