고속도로 사면은 벌목, 동결 및 융해 주기 및 폭풍 등과 같은 다양한 환경 및 기후 상태에 노출되어 있음. 시간에 지남에 따라, 이러한 기후 상태는 -- 지질학적 형태, 사면각도 및 지하수 상태와 같은 다른 인자들과 함께 -- 사면의 안정성에 영향을 미칠 수 있음. 이러한 인자들은 고속도로 구조와 대중의 이동에 위험한 사면안정을 일으키는데 기여함.

결과적으로, 토사면 파괴와 복원 데이타에 대한 관리 시스템을 가짐으로써 비용 대비 효과적이고 통계적으로 효율적인 복원 계획을 개발하는 것이 필수적임. 이 보고서는 공간 및 통계적 분석을 통하여 잠재적으로 불안정한 고속도로 사면을 나타낵 위해서 GIS 데이타베이스와 여러 지도를 사용하여 미국 메릴랜드 주(State of Maryland)에 대한 시스템을 개발하는 틀을 제공함.
 

고속도로 사면은 환경 및 기후 상태에 노출되어 있으며, 시간이 흐름에 따라 이러한 기후 상태는 사면의 안정에 영향을 미칠 수 있음. 미국 연방고속도로청(Federal Highway Administration, FHWA)은 각 주가 산사태 및 암 사면 목록을 작성하고 복원 계획을 개발하도록 강력히 제안하였음.

현재는 고속도로 기술자들이 사태 또는 사면 파괴를 예측할 수 있도록 지리정보시스템(Geographic Information System, GIS) 데이타베이스와 일련의 지도를 사용하여 초기 경보시스템을 개발에 중점이 주어졌음. GIS 데이타베이스는 이전의 사면 파괴에 대한 정보 -- 예를 들어, 파괴의 형태, 파괴의 위치, 사면 경사, 사면 식생, 배수 형태 및 복원 방법 -- 를 기록하고 저장함. 이러한 지도에는 지질학적 형태 지도, 토양 덮개 데이타, 고속도로 사면 파괴 목록과 고도 데이타를 포함하는 지도 및 이 지도에서 파생된 지도를 포함함. 이 시스템은 또한 사면의 안정과 사면의 파괴에 영향을 미치는 각 인자에 대한 가중치를 배분해야 함.

사면을 따른 토양의 이동은 사면에서 수집된 데이타에 대한 통계적 분석을 평가 시스템에 포함시킴으로써 평가될 수 있음. 사면의 안정을 분석하는 시스템은 사면 안정 관리 시스템(slope stability management system, SMS)으로 불려짐. GIS 기반의 사면 불안정 평가 시스템의 상당수는 수집된 데이타를 분석하기 위한 여러 다른 방법을 사용함. 각 평가 시스템은 여러 다른 변수와 가중치를 가지고 있는데, 왜냐하면 이러한 인자들은 여러 다른 경관에 대해 정의되어야 하기 때문임.

토양 타입과 사면 특징은 사면의 안정성을 분석하는데 들어있는 변수들에 따라 다양함. 제방의 건설에서 사용되는 높은 가소성의 토양에서 파괴의 상당수가 발생하는 것처럼 보이지만, 다양한 토사면 불안정 매커니즘은 자갈과 모래와 같은 조골재 사면에서도 관찰됨. 결과적으로, 토사면 파괴를 연구하기 위한 관리 시스템이 토사면과 복원 데이타를 추적하고 기록하며 평가하고 분석하며 검토하는 것이 필수적임. 이 시스템은 토사면 파괴의 원인을 평가하기 위한 데이타를 제공하고, 토사면 파괴와 보수의 가능성을 최소화하기 위해 설계, 시공 및 유지관리에 대한 제안사항을 제공할 것임.

이 연구에는 세 가지의 주요 목적이 있었음. 첫번째 목적은 GIS 데이타베이스에 정보를 포함하기 위해 필요한 프로토콜을 개발하기 위해 메릴랜드 주에서 토사면 파괴에 대한 역사적 데이타를 수집하고 평가하는 것이었음. 두번째 목적은 토사면 파괴에 대한 정보를 포함한 데이타베이스 구조를 개발하는 것이었음. 마지막으로, 세번째 목적은 메릴랜드 고속도로에 대한 사면 파괴의 확률을 예측하고 모델을 색상이 가미된 취약지도(vulnerability maps)로 옮기기 위해 정량적 모델을 만드는 것이었음.

메릴랜드 주 고속도로청(Maryland State Highway Administration, MSHA)은 현재 고속도로의 사면 파괴의 세부사항을 파악하고 평가하거나 복원 방법과 비용을 추적하기 위한 데이타베이스나 관리 시스템을 가지고 있지 않음. 따라서 현재 및 과거의 고속도로 사면 파괴에 대한 관련 정보를 수집하기 위한 즉각적인 필요성은 효율적인 사면 관리 시스템을 유지하는 것임. 측량지와 휴대용 글로벌 위치확인 시스템(Global Positioning System, GPS) 장치와 같은 도구를 사용하여 현장에서 사면 파괴에 대한 관련 정보가 일단 문서화되기만 하면, 종합적이고 사용자가 사용하기 편리한 데이타베이스에 데이타가 분류되고 저장되어야 함. 정보를 기록하고 저장하는 이러한 시스템이 있으면, 저장된 데이타를 평가하고 분석하는 절차가 덜 복잡한 임무가 됨.
 

2장에서 검토된 사면 안정 관리 시스템의 대다수는 본질적으로 주관적임. 파괴된 사면을 평가하는데 있어 주관성이 완벽히 제거되지 못한다 할지라도, 이 연구는 사면을 정량적으로 분석하여 주관적인 평가의 영향을 완화할 수 있는 절차를 제시하고 검토하였음.

중요한 결론 및 결과는 아래와 같음:

(1) 메릴랜드 주 고속도로청이 토사면 파괴와 토사면 복원 데이타를 더 잘 기록하고 평가하며 분석하고 검토할 수 있도록 하는 종합적인 관리 및 평가 시스템이 개발되어 왔음.

(2) 토사면 파괴와 관련된 정보를 포함하는 데이타베이스 구조는 마이크로 액세스(Microsoft Access)를 사용하여 개발되었음. 이 데이타베이스 구조는 여러 오라클(Oracle) SDC 테이블을 가진 웹 기반의 관계형 GIS-타입 데이타베이스로 구성되었음. 데이타베이스에 저장된 모든 정보와 분석된 결과는 GIS 기능(features)을 사용하여 시각화될 수 있음.

(3) 메릴랜드에서 고속돌의 사면 파괴와 관련된 정보를 기록하기 위해 종합적인 측량지가 만들어졌음. 이러한 파괴 현장지는 현장에서 기술자를 위한 데이타 수집 절차를 최적화하였음. 이는 데이타를 수집하기 위해 필요한 시간을 줄였고 균일한 데이타 수집, 입력 및 저장 절차를 강제하였음. 현장에서 수집된 정보는 GIS 데이타베이스로 입력될 수 있음.

(4) 메릴랜드 주 고속도로청의 사면 파괴 복원 반응은 파괴 결과에 근거하여 인자 목록으로 분류되었음. 위험 및 결과를 연구하는데 있어 초기 단계가 설정되었음. 기술자들은 작은 데이타셋을 가지고 있는 거소가 관련된 법률 문제를 피하기 위해 복원 프로젝트의 우선순위를 결정하고 예산을 배분하기 위한 지침으로써 이러한 분류를 사용할 수 있음.

(5) 사면 불안정을 분석하기 위한 틀이 메릴랜드 주 고속도로청을 위해 제안되고 개발되었음. GIS 데이타베이스를 사용하여 기술자에 의해 기록된 전체 48건의 사면 파괴가 분석되었음. 이는 물리적 변수와 사면의 불안정을 연계시키는 미래의 추세와 패턴을 위해서였음.

사면 안정 관리 시스템을 사용하여, 2008년과 2012년 사이에 발생한 48건의 사면 파괴가 메릴랜드 주 고속도로청의 기술자에 의해 기록되었음. 48건의 사면 파괴에 대한 종합적인 정보에 근거하고 공간 분석 도구를 사용하여, 파괴 분산에서 특정한 추세가 파악되었고 그 추세는 아래와 같음:

(1) 사면 파괴의 46 퍼센트는 30-90미터 높이의 사면에서 발생하였음; 사면 파괴의 약 4분의 1은 10-30미터 높이의 사면에서 발생하였음. 메릴랜드에서 사면 높이와 토사면 파괴 사이에 명확한 추세가 없었음.

(2) 사면 파괴의 50 퍼센트 이상은 20-30도의 경사각을 가진 고속도로 사면에서 발생하였음. 공학 및 분석의 목적을 위해, 메릴랜드 주 고속도로청은 거의 모든 고속도로 사면이 2:1의 경사를 가지고 있다고 추정함. 따라서, 이 분석은 현장상태와 일치함.

(3) 사면 파괴의 52 퍼센트는 개발된 토지나 도시 지역에서 발생하였음. 이는 도시화 및 토지 사용의 패턴이 사면 불안정에 미치는 영향에 대한 통찰력을 제공함.

(4) 사면 파괴의 58 퍼센트는 저밀도 토지 덮개를 가진 지역에서 발생하였음. 이러한 파괴는 폭파, 천공, 교통량 및 건설 활동과 같은 인간의 활동이 증가하기 때문일 수 있음.

(5) 사면 파괴의 90 퍼센트는 표면 침식 파괴(surficial erosion failures)임. 사면 파괴의 4 퍼센트만이 심도가 깊은 회전형 파괴(deep rotational-type failures)임. 이러한 정보와 GIS 데이타베이스를 상호참조해 보면, 사면 파괴의 80 퍼센트가 강우 중 또는 강우 후에 발생하였음.

(6) 사면 파괴의 80 퍼센트 이상은 많은 강우를 가진 것으로 예측된 지역에서 발생하였음. 사면 파괴의 96 퍼센트는 개착식 배수 단면(open drainage sections)을 가진 고속도로 사면을 따라 발생하였음. 파괴 지역에서 강우량과 배수 단면의 타입을 연계하였을 때, 이러한 추세는 강우량과 배수 상태가 사면 불안정에 영향을 미침을 보여줌.

(7) 사면 파괴의 87 퍼센트는 애틀랜틱 코스탈 플레인 지역(Atlantic Coastal Plains province)에서 발생하였음. 이 지역은 실트질 또는 점토질 모래, 자갈질 모래, 굵은 모래, 자갈 타입 토양을 가진 사면으로 주로 구성되어 있음.

(8) 사면 파괴의 절반은 모래 구성을 가진 사면에서 발생하였고, 이러한 사면 파괴의 39 퍼센트는 자갈 구성을 가진 사면에서 발생하였음.

(9) 견고한 정량적 맵핑 시스템을 개발하기 위한 틀과 지침이 준비되어 왔음. 이상적이고 적합한 다변량 통계 접근방식(multivariate statistical approach)이 검토되었고 이 연구에서 제시되고 있음.
 

이 연구에서 개발되고 검토된 사면 안정 관리 시스템은 완전히 개발된 것이 아니며 여전히 개발 중에 있음. 앞에서 자주 언급된 것처럼, 더 많은 사면 파괴 사례가 포함되면 될수록 이 시스템은 더 확실히 개발될 수 있을 것임.

이 사면 안정 관리 시스템이 기록한 정보는 2008년 2012년 사이에 발생한 사면 파괴를 구성함. 시간이 흐르고 데이타베이스가 풍성해지면, 이 시스템에 추가적인 개선이 이루어질 수 있고 고속도로 사면 파괴의 추세를 더 나은 결론으로 분석하기 위한 새로운 정보의 유입을 지원할 것임.