1. 서 론

비탈면은 도로, 주택 등 보호대상 시설의 배후 구조물로 불특정한 시간에 인명 및 재산상의 피해를 유발하며 이상기후와 비탈면 증가로 피해규모가 증가하고 있는 상황이다. 비탈면의 붕괴는 암종과 지질, 지형구조, 공학적성질 및 비탈면의 시공상황, 풍화속도, 주변여건, 기후 등 다양한 요인으로 인해 발생하므로 재해를 예측하고 예방하기 위해서는 비탈면의 안정에 영향을 줄 수 있는 인자를 평가하고 사전적으로 관리할 필요가 있다. 이를 위해 국내에서는 재난관리체계에 따라 비탈면을 등록하고 관리하고 있으며, 비탈면의 재해위험성 평가를 목적으로 ‘산사태 위험지 평가표’나 ‘재해위험도평가표’ 등이 사용되고 있다.

현재까지 많은 연구자들은 국내의 현황에 부합하는 평가체제를 구축하기 위해 다양한 연구를 수행하고 있으며, Choi(1986)는 국내에서 발생되는 산사태의 붕괴특성을 통해 발생규모에 대한 연구를 보고하고, You(1997)는 고속도로 붕괴사례를 통해 붕괴특성과 절토사면에 적용할 수 있는 사면유지관리시스템을 제안한 바 있다. Baek et al.(2005)은 붕괴비탈면 조사자료를 통해 국내 비탈면의 붕괴 특성을 제안하고 Kim et al.(2008)은 충청도 지역의 절토사면 현황조사를 통해 위험 절토사면 분포도를 작성하였으며 Jung et al.(2008)은 경북지역 산사태 발생지에 대해 산사태 발생특성을 분석하여 판정기준표를 제안한 바 있다. Lee and Bae(2015)는 붕괴발생 비탈면에 대한 정밀조사를 통해 비탈면 붕괴와 기하학적인 특성, 파괴특성 및 지질학적 특성과의 관련성을 분석한 바 있고 Kim(2020)은 경상북도 일원의 붕괴된 암반비탈면을 통해 위험요소가 파괴유형에 미치는 영향을 분석하였으며, An(2023)은 불연속면의 방향성과 충전물의 종류가 비탈면 안정화에 미치는 영향에 대해 연구하였다.

최근 행정안전부는 2020년 전국 급경사지 실태조사 기법개발 및 활용방안 연구를 통해 실태조사의 기틀을 마련한 이후 실태조사를 통하여 2021년 1.6만 개소에서 2022년 2.1만 개소, 2023년 2.6만 개소, 2024년 3.6만 개소로 관리대상 비탈면이 지속적으로 증가되고 있는 상황이다(Choi et al., 2024).

현재 비탈면 붕괴는 매년 증가하고 대형화되고 있으나 붕괴 비탈면에 대한 정밀한 평가는 부족한 상황이며, 특히 체계화된 붕괴지 조사의 부재로 재해특성에 대한 데이터화가 수행되지 못해 추가적인 연구에 한계가 있는 것으로 판단된다.

본 연구에서는 붕괴가 발생된 160개 비탈면을 대상으로 현장조사를 수행하고 조사내용을 분석하였다. 분석에 사용된 데이터는 ‘재해위험도평가’ 항목을 중심으로 붕괴위험성을 인지할 수 있는 기하형상, 지형, 지질, 풍화상태 등 재해를 유발하는 다수의 인자들로 구성되어 있다. 분석에서는 붕괴 비탈면의 특성을 비교하기 위해 Lee(2026)의 연구에 사용된 7,791개소의 미붕괴 비탈면 자료를 활용하였으며, 기존 연구에서 발표된 다수의 연구결과(You, 1997; Choi, 2004; Ha, 2015; Lee and Bae, 2015; Kim, 2020; An, 2023)와 비교하였다.

2. 연구대상 비탈면 현황

2.1 미붕괴 비탈면의 일반적 특성

본 연구에서는 비탈면의 재해위험성을 판단하기 위해 행정안전부와 지방자치단체에서 수행한 실태조사 및 재해위험도 평가 결과를 이용한 Lee(2026)의 연구결과를 미붕괴 비탈면(7,791개소)의 비교데이터로 사용하였다.

미붕괴 비탈면에 대한 분석결과(Fig. 1), 암반비탈면이 61.4%, 토사가 30.8%를 보이고 횡단구조는 직선형(67.3%)과 요철형(16.4%)이 주를 이루고 있다. 또한 대부분의 비탈면이 길이 100~150 m, 높이 5~24 m의 범위를 보이는 것으로 조사되었고 53.8%가 45~63°의 경사각을 보이고 있으며 풍화도는 중간풍화가 51%, 심한풍화가 35.6%인 것으로 나타났다.

Fig. 1.

Results of the investigation of non-failed slopes (Lee, 2026)

2.2 붕괴 비탈면의 일반적 특성

본 연구에 사용된 붕괴 비탈면은 강원도 3, 경기도 9, 경상북도 41, 인천 3, 전라남도 1, 전라북도 3, 충청남도 18, 충청북도 82로 총 160개소를 대상으로 하였으며, 붕괴 비탈면은 주로 충북과 경북지역으로 Fig. 2와 같이 지자체별로 분포하고 있다.

Fig. 2.

Major sites subjected to detailed investigation

붕괴 비탈면의 재해위험도평가 결과는 D등급(73.1%), C등급(26.3%), B등급(0.6%)의 순으로 나타났으며, 암반비탈면이 66.2%, 토사가 26.0%로 암반의 비중이 높고 횡단구조는 요철형(56.6%), 오목형(15.8%), 직선형(14.5%), 하부이탈형(9.9%)의 순으로 노두의 모양이 불균질한 요철형의 비중이 큰 것으로 확인되었다. 또한 붕괴가 발생한 비탈면 높이는 5~24 m(69.4%)의 범위가 주를 이루고 있으나 25 m 이상의 비탈면도 30%를 상회하고 특히 경사각은 고경사인 63°이상이 58.1%인 것으로 조사되었다(Fig. 3).

Fig. 3.

Results of the investigation of failed slopes

연구대상 비탈면은 지방도 이하 도로나 주택의 배후 비탈면으로 국도에 비해 경사각이 크고 불규칙하여 고경사의 비중이 상대적으로 큰 미관리 비탈면이 큰 비중을 차지하고 있다. 붕괴비탈면의 특징은 Kim(2013)의 정밀조사 결과도 암반 비중이 46.3%이며 20 m 이내의 높이가 76.4%로 중소규모의 암반비탈면 붕괴 비중이 높아 본 연구의 붕괴특성과 유사함을 알 수 있다.

3. 붕괴비탈면의 위험요소

3.1 지질학적 특성

한반도의 광역적인 지질은 선캄브리아대의 변성암류가 약 40%, 중생대와 그 후에 관입한 화성암류가 약 35%, 고생대 이후의 퇴적암류가 약 25% 분포하고 있다. 변성암류는 주로 북한과 한반도 중부지방에 분포되어 있으며 변성퇴적암과 화강변성암이 대부분을 차지하고 있다. 화성암류는 대부분 화강암으로 중생대에 관입한 것이며 화산암류는 대부분 백두산, 철원, 울릉도, 제주도에 분포하는 현무암이고 퇴적암류의 대부분은 고생대의 해성층과 중생대의 육성층인 것으로 알려져 있다(Lee and Bae, 2015).

붕괴구간에 대한 지질학적 특성은 Fig. 4와 같이 42.7%는 변성암, 34.7%가 화성암, 22.7%는 퇴적암 지역에서 발생한 것으로 나타났으며, 암종에 따라서는 편마암 26.7%과 화강암 25.3%이 가장 비중이 크고 셰일 10%, 각력암 8.7%, 편암 8% 등의 순인 것으로 조사되었다. 본 연구대상지역에 대한 조사결과 비탈면의 붕괴는 변성암의 경우 편리와 엽리 구조가 원인을 제공하고 있으며, 화성암은 발달된 절리구조와 풍화가 영향을 미치고 퇴적암은 주로 층리에 의한 암편화가 지질구조적 원인을 제공하고 있는 것으로 판단된다.

Fig. 4(a)에 비교한 바와 같이 기존 연구(You, 1997; Choi, 2004; An, 2023)에서도 붕괴가 변성암지대에서 주로 발생되었고 특히, You(1997)는 한국지체구조도와 비교하여 경기육괴의 편마암지대에서 46.7%, 경상분지를 이루는 퇴적암지대에서 34.7%, 옥천고지향사대의 퇴적변성암에서 10.6%, 영남육괴를 이루는 암층에서 8%의 붕괴비율을 나타내는 것으로 분석한 바 있다. 또한 시공 중 비탈면에 대한 Lee and Bae(2015)의 연구에서는 화성암 45%, 변성암 43%, 퇴적암 12%로 나타났고 편마암, 천매암과 셰일의 분포가 큰 것으로 보고된 바 있다. 단 Ha(2015), Kim(2020)의 연구는 대상지를 경상남북도에 국한하여 진행한 결과로 영남육괴에 해당하는 비탈면의 영향으로 화강암의 비중이 큰 것으로 확인되었다. 연구자에 따른 차이는 수집된 자료의 위치에 따른 것으로 다양한 연구자료를 활용하여 지역적인 특성에 대한 지속적인 분석이 필요할 것이다.

Fig. 4.

Distribution of rock types in collapsed slope

3.2 지형적 특성 비교

Fig. 5는 미붕괴 비탈면과 붕괴 비탈면의 지형적 특성을 비교한 것으로 비탈면 높이에 따른 분포는 미붕괴 비탈면이 5~14 m 구간에서 약 65% 이상의 높은 빈도를 보이는 반면, 붕괴 비탈면은 15~24 m 구간(약 45%)에서 집중적인 분포를 보여 일정 높이 이상에서 붕괴 위험도가 급격히 증가함을 확인하였다. 비탈면 경사의 경우, 미붕괴 비탈면은 45~ 63° 구간까지 비교적 균등한 분포를 형성하고 있으나, 붕괴 비탈면은 64° 이상의 급경사지에서 약 60%의 집중적인 발생률을 나타내 경사도가 비탈면의 안정성을 결정짓는 핵심 임계인자인 것으로 분석된다.

또한 단면 형상 특성 분석 결과, 미붕괴 비탈면의 약 70%는 직선형(Straight) 구조를 유지하고 있으나 이와 대조적으로 붕괴 비탈면은 요철형(Concavo-convex)에서 약 65%의 높은 발생 빈도를 나타내어 지형적 굴곡이 응력 집중을 유발하거나 연쇄적인 붕락을 나타내어 붕괴에 취약한 구조를 형성함을 알 수 있다. 배수 상태는 두 군 간의 차이가 가장 극명하게 나타난 인자로 미붕괴 비탈면은 보통(Normal) 이상의 배수 성능을 유지하고 있는 반면, 붕괴 비탈면의 약 65% 이상은 배수 시스템이 확보되지 않아 적절한 배수 시설의 부재가 비탈면 붕괴의 직접적인 원인으로 작용하고 있음을 확인할 수 있다. 특히 고경사의 비탈면이 산마루배수로의 설치가 용이하지 않다는 상관관계도 추정할 수 있으며 분석한 바와 같이 경사각이나 배수상태, 단면형상이 붕괴에 민감한 변수인 것으로 판단된다.

Fig. 5.

Comparison of conditions between collapsed and non-collapsed slope

3.3 결함인자 비교

Fig. 6은 토사 비탈면과 암반 비탈면의 붕괴 및 미붕괴 사례에 나타난 주요 결함 인자를 비교하고 있다. 붕괴가 발생한 토사비탈면은 원호 파괴가 약 37%로 미붕괴에 비해(약 7%) 약 5배 이상의 높은 빈도로 주요한 결함양상으로 나타났고, 표층유실은 미붕괴비탈면이 약 20% 크게 나타나 표층 유실이 즉각적인 붕괴로 이어지기보다는 전조 현상으로 작용할 가능성이 크고 원호파괴 양상이 나타날 경우 실제 붕괴 위험이 급격히 높아짐을 나타낸다.

Fig. 6.

Comparison of defect factors between collapsed and non-collapsed slope

암반 비탈면은 모두에서 낙석이 주요 결함 인자로 조사되었으나(붕괴 38%, 미붕괴 42%), 절리와 관련된 결함은 붕괴 비탈면에서 약 36%를 차지하여 미붕괴 비탈면에 비해 약 1.5배 높게 나타나 불연속면인 절리의 발달 상태가 암반 비탈면의 최종적인 붕괴 여부를 결정짓는 핵심 인자임을 확인하였다.

3.4 붕괴특성 비교

Fig. 7(a)는 붕괴 비탈면과 미붕괴 비탈면에서 비탈면 방향과 절리면 주향의 차를 나타낸 것으로 5~10° 이내의 구간이 약 28%로 가장 높은 빈도를 기록하였고 Jeong(2009)의 연구에서는 0~5° 구간이 약 18%로 가장 높게 나타나 절리의 주향이 비탈면 방향과 유사한 경우 평면파괴 등에 매우 취약한 구조를 형성하고 있음을 확인할 수 있다.

Fig. 7(b)는 붕괴 유형별 분포를 나타내는 것으로 평면파괴와 쐐기파괴가 각각 약 18%와 28%를 차지하여 주요한 파괴 메커니즘으로 작용하고 있음을 확인하였다. 이는 다른 연구결과에서도 유사한 경향을 보이고 있으나, 낙석 빈도가 약 18%로 타 연구에 비해 높게 나타나 본 연구 대상지가 절리발달 및 이완 암반 등으로 소규모 붕락에 노출되어 있음을 의미하며 조사시 붕괴유형과 함께 붕괴규모를 확인하여 명시할 필요가 있음을 알 수 있다.

Fig. 7.

Comparison of failure features

Fig. 8은 붕괴 유발 인자에 대한 비교·분석으로 절리발달이 약 45%로 가장 지배적이었으며, 이는 기존 연구(Chung and You, 1996; An, 2023)의 경향성과도 일치하는 것으로 나타났고 특히 암종별 분석에서 화성암 지역에서는 절리에 의한 붕괴가 약 65%로 압도적인 반면, 퇴적암 지역은 층리 영향이 약 45%로 지질학적 특성에 따른 붕괴 원인의 차별성이 뚜렷하게 관찰되었다.

Fig. 8.

Comparison of failure causes

화성암의 경우, 본 연구에서는 표면침식(34.6%)과 복합 붕괴(26.9%)의 빈도가 높으나 기존 연구(Chung and You, 1996; An, 2023)가 전도파괴나 원형파괴를 높게 보고하고 있어 연구결과와 차이를 보이는 것으로 나타났다. 퇴적암은 낙석(35.9%)과 평면 파괴(23.1%)가 주요한 붕괴 형태로 조사되었고 특히 낙석 발생 빈도가 화성암(5.8%)이나 변성암(14.5%)에 비해 높아 해당 암종에서의 낙석 방지대책 수립이 중요함을 알 수 있다. 이는 층리의 발달에 의해 암편화가 발달하고 풍화에 쉽게 영향을 받고 있기 때문으로 판단된다. 변성암은 평면 파괴(23.2%)와 원형 파괴(21.7%)가 유사한 비중으로 발생하였으며, 복합 붕괴(17.4%)의 비중 또한 타 암종 대비 높게 분석되었다.

분석결과(Table 1), 암종별로 붕괴를 유발하는 지질학적 요인과 그로 인한 파괴형태 사이에 밀접한 연관성이 있음이 확인되었다. 화성암은 절리교호에 기인한 표면붕락, 퇴적암은 층리 및 풍화에 의한 낙석, 변성암은 절리와 엽리의 복합작용에 의한 평면 및 원형 파괴가 지배적이었으며, 이는 비탈면 점검이나 조사 등 안정성 검토 시 암종별로 지질학적 불연속면의 특성을 최우선적으로 고려해야 함을 뒷받침하고 있는 것으로 판단된다.

또한 파괴 발생구간의 붕괴규모는 대규모가 9.4%. 소규모 32.5% 그리고 중규모 58.1%로 조사되었다. 단, 본 연구에서는 표면유실, 국부적 낙석, 단순 토사 흘러내림 등을 소규모(100 m³ 미만), 비탈면 일부 구간의 활동, 소단 파손 붕락 등을 중규모(100~1,000 m³), 비탈면 전체 붕괴, 활동면이 원지반 깊숙이 형성된 경우 등을 대규모(1,000 m³ 이상)로 계상하여 조사결과를 분류하였다.

You(1997)의 연구에서도 지질구조에 따른 붕괴에서 퇴적암은 주로 층리면 사이에 충전된 미교결 점토층에 의해 붕괴가 발생되었으며 화성암은 절리, 그리고 변성암에서는 단층과 암질불량에 의한 붕괴가 우세한 것으로 분석한 바 있다. 이상에서와 같이 붕괴예측을 위해서는 현장조사시 상세한 붕괴 원인, 지질구조, 붕괴유형 및 규모 등 조사항목을 세분화하여 분류할 수 있도록 조사매뉴얼이 상세화될 필요가 있으며, 이를 기준으로 학습과 위험인자 평가가 수행되어 매뉴얼에 환류될 필요가 있을 것으로 판단된다.

4. 결 론

본 연구에서는 붕괴가 발생된 비탈면을 대상으로 현장조사를 수행하고 다수의 붕괴위험인자를 도출하였으며, 붕괴 비탈면의 특성을 비교하기 위해 미붕괴 비탈면 자료와 기존 연구결과와 비교분석을 수행하였다.

(1) 조사결과, 붕괴 비탈면은 다양한 높이 분포를 보였으며, 횡단구조는 주로 요철형으로 나타났고 63° 이상의 고경사 비중이 크며 암반의 비중이 큰 것으로 나타났다. 이러한 결과는 대상 붕괴비탈면의 보호대상시설이 주로 지방도 이하도로나 미규격 도로, 주택 등의 배후지로 설계기준을 따르지 않거나 노두가 불규칙하고 보강공법이 적용된 비율이 상대적으로 낮은 미관리 비탈면이 존재하기 때문인 것으로 판단된다.

(2) 붕괴 비탈면은 암종에 따라서는 편마암과 화강암의 비중이 크며, 화성암은 절리교호와 풍화에 의한 낙석, 변성암은 절리와 엽리의 복합작용에 의한 평면 및 원형 파괴, 퇴적암은 층리와 풍화에 의한 붕락이 붕괴를 유발하고 있는 것으로 확인되었다. 또한 미붕괴 비탈면과 비교한 결과, 능선부 상황과 고경사 등 지형적인 요인이 배수시스템의 설치에 영향을 미쳐 붕괴 유발에 영향을 미친 것으로 분석되었다. 이와같이 지질학적요인과 배수상태가 파괴형태와 밀접한 연관성이 있음이 확인되었으므로 안정성 검토 시 암종별로 지질학적 불연속면의 특성을 반듯이 고려해야 할 것으로 판단된다.

(3) 미붕괴 비탈면과 결함인자를 비교한 결과, 토사비탈면은 원호파괴와 표층유실의 비중이 높고 표층 유실이 붕괴의 전조 현상으로 작용하고 원호파괴 양상이 나타날 경우, 실제 붕괴 위험이 급격히 높아짐을 확인하였다. 또한 암반비탈면은 낙석이 주요한 결함인자로 확인되며 절리와 관련된 결함이 붕괴를 결정짓는 핵심인자인 것으로 분석되었다.

(4) 붕괴유형으로는 쐐기파괴, 평면파괴 및 낙석의 비중이 크며, 평면형붕괴에 대한 비탈면 방향과 절리면 주향의 차는 5~10° 구간이 가장 크고 20~25° 구간도 큰 비중을 나타내는 것으로 확인되었다.

붕괴예측을 위해서는 현장조사 시 상세한 붕괴 원인, 지질구조, 붕괴유형 및 규모 등 조사항목을 세분화하여 기록할 수 있도록 조사매뉴얼이 상세화될 필요가 있으며, 이를 기준으로 학습과 위험인자 평가가 수행되어 붕괴규모별로 관리인자를 규정하여 매뉴얼에 환류될 필요가 있을 것으로 판단된다.