Landslide Susceptibility as a Function of Fluctuating Groundwater Levels and Seismic Loading

Chung, Jae-won; J., David Rogers

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Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation 2014;14(5):115-121.
Published online October 31, 2014.

지하수위 변동과 지진동에 따른 산사태 평가

정재원

Landslide Susceptibility as a Function of Fluctuating Groundwater Levels and Seismic Loading

Jae-won Chung, David Rogers J.

Abstract

This paper presents a method to assess seismically-induced landslides with fluctuating groundwater levels. We note that heavy rainfall elevates the groundwater levels and significantly undermines slope stability. Groundwater depths sufficient to trigger seismic landslides were computed with back-calculation as well. Compared with the real-time water depths, the threshold water depths can be applied to assess the relative impacts and cost-benefits of mitigating slope instability through selected employment of dewatering measures, such as well, hydraugers, and subdrains. Numerous seismically-induced landslides in loess deposits were identified along the Mississippi River bluffs near Chester, IL, USA, which are believed to have been triggered by the New Madrid earthquakes of 1811-1812. We employed Newmark's model to evaluate slope stability using the ground motions enhanced by site effects for a $M_w8.1$ 수식 이미지 earthquake. Given a scenario earthquake, Arias intensity in this area was estimated from 0.59 to 2.8 m/s. Our results suggest that these seismically-induced landslides along the river bluffs would be extensively reactivated (Newmark displacement${geq}5 cm$ 수식 이미지) during the rainy season (groundwater depth=1 m). Meanwhile, they are unlikely to recur, except some of them, during the dry season (groundwater $depth{geq}4m$ 수식 이미지). This is because the present steepness of pre-landslide slope was reduced by the 1811-12 seismic events and increased its stability. Most of the river bluffs were exhibited threshold groundwater depths (for Newmark displacement=5 cm) ranging from 0 to 6 m deep (below existing grade); its values increase, as the slope angle and the ground motion increase. The remaining areas with more gentle slopes appear to be stable, even during heavy rainfall events.

Key Words: Hazard mitigation; Earthquake hazards; Newmark model; Rainfall; Groundwater table

요지

본 연구에서는 강우로 상승한 지하수위가 더욱 사면의 안정성이 감소시킨다는 점을 고려하여 지진 발생시 지하수위 변동에 따른 산사태 평가방법을 제시하였다. 또한 본 연구에서는 역산을 이용하여 지진 산사태을 일으키는 임계지하수위를 산정하였다. 실시간 지하수위와 임계지하수위를 비교함으로써, 우기시 신속하게 지진 산사태 취약지역을 파악하고 배수 관측정 등을 이용한 경제적인 산사태 경감대책이 가능할 것으로 판단된다. 사례 연구지역인 Chester 지역(미국 일리노이 주)은 미시시피강 주변 loess층에서 1811-1812년 New Madrid 지진으로 인해 산사태가 일어난 곳이다. 모멘트 규모($M_w$ 수식 이미지) 8.1 지진에 대한 사면안정성은 Newmark 모델을 이용하였고, 지진하중은 부지효과를 고려한 예측식을 이용하여 산정하였다. 시나리오 지진에 대한 Arias intensity는 0.59-2.8 m/s로 예측되었다. 연구결과, 강우시(지하수 깊이=1 m) 미시시피강 주변 급경사지에서 Newmark 변위가 5 cm 이상으로 예측되어 광범위하게 지진 산사태가 재발할 것으로 보인다. 반면, 건기시(지하수 깊이${geq}4m$ 수식 이미지)에는 일부 급경사지를 제외하면 지진 산사태 재발 가능성이 낮을 것으로 판단된다. 이는 1811-12 지진 산사태로 인해 사면의 경사도가 낮아짐에 따라 높아진 안전율에 기인한 것으로 풀이된다. Newmark 변위, 5 cm일 때의 임계지하수위는 강 주변 급경사지의 경우 깊이 0-6 m로, 사면경사가 급할수록, 지진하중이 클수록 그 깊이가 깊게 나타났다. 반면, 완만한 경사지는 극한 강우에도 지진 산사태로부터 안전할 것으로 분석된다.

핵심용어: 재해경감; 지진재해; Newmark 모델; 강우; 지하수위

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