1. 서 론
2. 침투해석 연계를 통한 사면 안전율 해석과 변위 해석 방법
3. 태양광 발전시설이 설치된 사면의 지형·지반 조건 및 해석 조건
3.1 태양광 구조물 조건 및 지형·지반 조건
3.2 해석 조건
4. 태양광 발전시설의 유무에 따른 강우 시 침투해석 및 안전율 해석 결과
4.1 침투해석 내 태양광 발전시설 설치 유무에 따른 간극수압 분포 결과
4.2 태양광 발전시설 설치 유무에 따른 안전율 해석 결과
4.3 변수에 따른 안전율 해석 결과
5. 태양광 발전시설의 강우 시 변위 거동
5.1 태양광 발전시설 설치 유무에 따른 변위 해석 결과
5.2 태양광 발전시설이 설치된 사면의 안전율에 따른 최대 변위
5.3 태양광 발전시설이 설치된 사면의 최대 변위 분포
6. 결 론
1. 서 론
산업통상자원부(Ministry of Trade, Industry and Energy, 2022)에 따르면 2030년 재생에너지 보급 목표를 21.6%로 설정하였고, 정부에서 주력으로 실시중인 재생에너지 사업인 태양광과 풍력 발전 중 태양광 발전을 60%로 하여 태양광 발전 시설의 활용 및 확대는 지속될 것으로 예상된다. 하지만 국내 산지에 설치되어 있는 태양광 설비는 2020년 기준 총 1만 2,527개소이며 이 중 7.4%인 922개는 산사태 위험지역 1, 2등급에 설치되어 있다. 산림청(KFS, 2018)에 따르면 최근 6년간 산지 태양광 발전사업 허가 건수와 사업면적은 2013년 121건, 44ha에서 2018년 9월말 기준 3,991건, 1,742ha로 증가하였다. 이 가운데 최근 3년간 산지에 설치된 태양광 발전 시설 관련 사고는 총 35건이 발생하였다. 산지 태양광 발전시설의 사고 원인으로는 전기적 설비의 노후화에 따른 화제, 구조적 결함 등과 강우로 인한 사면 파괴가 있다. 하지만 국내에는 태양광 발전시설 설치 사면에 대한 안정성 평가 사례가 미비하여 이에 대한 고려가 필요하다.
산림청은 안정성 확보를 위해 2018년 12월부터 사업지 대상으로 허가 기준을 평균경사도 ‘25도 이하’에서 ‘15도 이하’로 강화하였다. 일반적인 사면에서 강우 시 사면 안전율에 미치는 영향 정도는 지형적인 요소와 지반 물성치 등에 따라 다르다. Park et al.(2010)은 지반 강도정수 중 점착력, 내부마찰각과 지하수위 등 절·성토 사면에서의 안정성에 영향을 미치는 영향인자의 민감도 분석을 건기 및 우기조건, 지진시로 구별하여 수행하였으며 각각의 조건별로 민감하게 반응하는 인자가 다르게 나타났다. Park and Ahn(2019)은 사면 높이 및 사면 기울기 등에 따른 안전율 변화비를 나타내어 사면안전율에 영향을 주는 인자들에 대한 영향성을 검토하였다. 이에 따라 태양광 발전시설이 설치되어 있는 사면에서의 영향 인자 중요도를 분석하기 위하여 기반암의 깊이, 지하수위, 사면의 경사도 및 점착력과 내부마찰각 같은 지반의 강도정수를 기준으로 하여 안전율을 새롭게 검토할 필요가 있다.
더불어 근래의 이상기후로 인해 특정기간에 집중되는 강우 현상이 기록되고 있다. 사면에서 음의 간극 수압으로 이루어져 있던 불포화토에 강우가 침투할 경우 양의 간극 수압이 발생하여 유효 응력의 감소로 전단강도가 감소하여 안정성을 저해한다. 즉, 사면의 안정성을 유지하고 있던 지표면에서의 음의 간극 수압 소멸로 인한 강도의 감소가 얕은 사면파괴의 주요 원인인 것으로 알려져 있다(Fredlund, 1995; Ng et al., 1998). 따라서 강우로 인한 사면 안정성 저해를 고려하기 위해 강우 강도 및 기간에 따라 침투에 따른 안정성 검토가 이루어지고 있다. 하지만 태양광 발전시설은 지표로 곧바로 침투하는 경우와 불투수면인 태양광 패널 위로 떨어지는 경우도 존재하여 일반적인 사면에서의 침투 양상 및 과정과 다를 수 있다. 이를 고려하기 위해 태양광 패널 위로 떨어지는 강우를 고려한 침투해석을 통해 얻은 간극수압의 값을 사면 안정해석과 연계하였다.
또한, 최근에는 사면의 변위를 관찰하여 실시간 안정성을 추정하는 시도가 이루어지고 있다. Pei et al.(2018)은 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서를 활용하여 실내 모형실험을 통해 관찰된 최대 변위 증분을 기반으로 사면 안정성을 실시간으로 추정하는 방법을 제안하였다. Li et al.(2021)은 경사계와 내부 변위 센서 및 GNSS를 통한 표면 관측 센서, 지하수위와 강우 관측 센서를 통해 격자보와 같은 구조물을 포함한 사면의 변위를 관측한 결과, 지반공학적 물성치의 불확실성으로 인해 결정되어 있는 안정성 판단 변위 기준과 실제 지반의 거동이 상이하여 실시간 관측의 중요성이 대두되었다. 또한, Cho(2019)은 강우의 침투에 따라 발생하는 사면 파괴의 예측에는 많은 불확실성이 연관됨에 따라 이에 대한 추가 연구가 필요하다고 하였다. 이에 따라 사면 안정 해석 방법인 한계평형법(Limit Equilibrium Method)과 유한요소법(Finite Element Method), 유한차분법(Finite Difference Method) 중 본 논문에서는 태양광 발전시설 설치시 강우에 따른 사면 파괴 형상과 사면에서의 기초에 의한 거동을 관찰하기 위해 유한차분법을 활용한다. Yu et al.(2023)은 유한차분법을 활용한 사면 안정 해석 중 전단강도 감소기법을 활용하여 침투해석 결과를 연계한 강우시 사면의 안전율을 산정하고 수렴해석을 통해 변위를 관찰하였다.
본 연구에서는 국내 OO태양광 발전시설의 지형 및 패널 배치를 바탕으로 대표 단면을 설정하여 강우의 불포화토 침투에 따른 안정성 및 변위 분석을 실시하였다. 이를 원지반과 비교하여 태양광 발전시설이 사면 안정성 및 변위에 미치는 영향에 대해 안전율의 감소폭 또는 변위의 증가폭을 산정하여 분석하였다. 또한 변위계, 가속도계와 같은 계측 센서를 활용한 태양광 발전시설의 강우시 실시간 사면 안정성 예측에 관한 기초 연구로 최대 변위가 발생하여 사면의 파괴 형상을 통해 관측이 필수적인 계측기기 위치에 대해 제언하였다.
2. 침투해석 연계를 통한 사면 안전율 해석과 변위 해석 방법
강우의 침투를 고려하는 사면안정해석은 불포화토의 거동을 설명하는 함수특성곡선(SWCC)이 Van Genuchten(1980), Fredlund(1994)에 의해 개발되고 공유된 이후 활발하게 진행되고 있다. 특히, 강우의 침투로 인한 사면파괴 유발 조건 중 가장 중요한 요인은 침투로 인한 지반에서의 간극수압의 변화와 같은 수리학적 거동이므로(Cho, 2018) 침투해석을 통해 구한 간극수압 분포를 한계평형법에 연계한 사면안정해석이 보편적으로 활용되고 있다(Fredlund et al., 1993). 하지만, 이는 임의로 파괴면을 가정하여 침투에 의한 파괴면 및 거동을 관찰할 수 없다는 특징이 있어 계측 센서를 활용한 실시간 사면 안정성 예측에 활용할 수 없다는 한계가 있다. 따라서, 간극수압 분포를 연계한 사면안정해석을 실시하여 안전율과 변위를 관찰한 Yu et al.(2023)이 제안한 방법을 차용하였다. 이 방법은 여러 강우강도와 강우 지속시간을 가정한 침투해석을 통해 사면의 간극수압 분포 값을 얻고 FDM을 활용하는 사면안정해석과 변위해석에 각각 입력하여 특정 안전율일 때의 변위 값으로 도출하였다. 이를 태양광 패널을 고려한 강우의 침투해석과 기초를 포함한 태양광 구조물의 무게를 반영한 사면안정해석과 변위해석으로 확장하였다(Fig. 1).
침투해석을 실시하기 위해 제시된 다양한 모델 중 Van Genuchten(1980)은 도입된 변수(θs: 포화체적함수비, θr: 잔류체적함수비, ψ: 음의 간극수압, a,n,m: curve fitting 파라미터)로 체적함수비(θw)를 추정하는 함수 식, 식 (1)을 제안하였으며 유효포화도(kw)와 모관흡수력(S) 사이의 상관관계를 포화투수계수(ks)와 curve fitting 파라미터를 반영한 식 (2)를 활용하여 정의하였다. 여기서, m=1-1/n이다.
침투해석의 결과인 간극수압 분포를 활용해 전단강도감소기법(SSRM)으로 사면안정해석을 실시하며 Fredlund et al.(1978)이 정의한 전단강도 식 (3)이 안전율을 계산하는데 활용될 수 있다. 이때, 흡인력에 의한 마찰각(ϕb)은 흡인력이 작을 때 유효내부마찰각(ϕ')과 동일하므로 식 (4)와 같다. 따라서, 침투해석에서 초기 간극수압 가정을 배제하여 사면안정해석 및 변위해석에서는 흡인력을 고려하지 않는다고 가정한다. 여기서, c': 유효점착력, ua: 간극공기압, uw: 간극수압, (σ-ua): 순연직응력(net normal stress), (ua-uw): 흡인력(matric suction)을 나타낸다.
3. 태양광 발전시설이 설치된 사면의 지형·지반 조건 및 해석 조건
3.1 태양광 구조물 조건 및 지형·지반 조건
태양광 구조물은 패널과 패널을 지탱하는 철골 및 기초로 이루어져 있다. 패널의 규격은 발전용량 및 종류에 따라 다르며 이를 지탱할 수 있는 철골 규격이 다르다. 기초는 타공식의 나선형 스파이럴 기초와 매립식의 독립기초, 줄기초 등이 있다. 본 연구에 사용된 태양광 구조물의 규격은 Fig. 2와 같으며, 구조물의 단위 면적당 하중 0.3kN/m2과 가로 1.0m, 세로 1.2m, 높이 0.6m의 무근 콘크리트 독립 기초의 단위 중량 23kN/m3을 고려하여 안전율과 변위 해석에서 콘크리트 기초의 단위 면적당 하중으로 약 14kN/m2를 가하였다.
고려한 지형 인자로는 경사도와 기반암의 깊이 및 지하수위가 있다. 경사도는 2018년 12월 개정 이전의 허가 기준과 이후의 강화된 허가 기준인 15도와 25도를 참고하였으며 기반암 깊이는 주변 시추공 7개를 바탕으로 역거리보간법(IDW)을 활용하여 추정되는 범위인 5.91m-6.32m를 산정하였다(Fig. 3). 태양광 패널이 일정한 간격으로 설치되는 사면의 길이는 OO태양광 발전시설을 고려하여 가정하였고 사면의 높이는 사면의 길이와 경사도에 따라 지정되었다(Fig. 4).
지반은 주변 시추공 자료를 바탕으로 토사층은 통일분류법의 SM에 해당하는 실트섞인 모래, 기반암층은 화강편마암으로 가정하였으며 이에 따른 침투해석 물성치와 사면 안정 해석 물성치의 범위를 산정하였다. 침투해석 물성치로는 Van Genuchten(1980)의 함수특성곡선 방정식의 변수(Table 1)들을 대입하여 곡선을 추정하였으며 사면 안정 해석의 물성치로는 지반의 강도정수가 Mohr-Coulomb 파괴기준을 만족하는 것으로 가정하였으며 이에 따라 건조 단위 중량(γd)과 유효점착력(c') 및 유효내부마찰각(ϕ'), 탄성계수(E) 및 포아송 비(ν)를 Table 2에 나타냈다.
Table 1.
SWCC parameters of soil and bedrock layer (Cho et al., 2017; Rouxel et al., 2011; Domenico and Schwartz, 1990)
| Parameter | Soil | Bedrock | |
| Upper limit | Lower limit | ||
| θs | 0.2242 | 0.442 | 0.347 |
| θr | 0.0703 | 5.1E-05 | 0.104 |
| a (kPa) | 2.89 | 0.003 | 0.62 |
| n | 2.25 | 1.12 | 1.703 |
| m | 0.56 | 0.11 | 0.41 |
| ks (m/sec) | 1.6E-05 | 8.25E-05 | 5.2E-05 |
Table 2.
Properties satisfying Mohr-Coulomb failure criterion (Cater and Bentley, 2007; Minnesota Department of Transportation, 2007; Association of Swiss Road and Traffic Engineers; Obrzud and Truty, 2012; Seo at al., 2016)
| Parameter | Soil | Bedrock | |
| Upper limit | Lower limit | ||
| γd (kN/m3) | 20.5 | 27.2 | |
| E (MPa) | 18.5 | 25.3 | |
| ν | 0.31 | 0.18 | |
| c' (kPa) | 75 | 10 | 15400 |
| ϕ' (°) | 34 | 27 | 47.5 |
3.2 해석 조건
해석 과정에서 해석 단면의 길이는 1m로 하여 단위 길이에 대해 해석을 실시하는 무한사면으로 가정하였다. 본 연구에서 참고한 태양광 패널과 기초의 가로 길이가 1m이므로 태양광 패널이 설치된 1m 두께의 단면으로 가정하였다(Fig. 5). 침투해석의 경우 2차원 해석으로 GeoStudio의 SEEP/W(version 2021.4)을 활용하여 1m 단위 길이의 사면의 단면에 대해 해석하였고, 안전율해석과 변위해석의 경우 3차원 해석으로 Itasca의 FLAC3D(version 6.00)을 사용하였다. 안전율해석과 변위해석에서 단위 길이 방향의 노드에 침투해석으로부터 얻은 간극수압에 대해 동일한 값을 입력하였다. 침투해석은 정상류 상태(steady state) 해석과 비정상류 상태(transient state) 해석으로 구성되며 초기 상태인 정상류 해석의 경우 초기 지하수위 경계의 압력 수두를 0으로 설정했을 때의 간극수압 분포를 관찰하였고 비정상류 해석의 경우 24시간 강우의 침투에 따른 간극수압 분포를 관찰하였다. 강우는 기존에 발생한 총 258건의 국내 급경사지 재해 자료(1999-2019년)를 바탕으로 통계기법인 분위수 회귀분석을 통해 지정한 4단계의 강우기준(National Disaster Management Research Institute, 2020) 중 가장 높은 위험수준인 50% 이상의 경보(Alarm)와 최초의 알림 위험수준인 5-20%의 예보(Watch) 수준의 기간별 강우 강도를 입력하였다(Table 3). 해당 강우기준은 강우 지속기간 별 부여되는 강우 강도가 다르기 때문에 강우 지속기간이 24시간일 때 강우 기준을 채택하였다. 강우로 부여되는 water flux 경계조건에 대해서는 잠재적 침투면 재조사(potential seepage surface review)를 하지 않아 토사층이 포화될 경우 사면 위 고임(ponding) 현상이 발생하지 않고 주변으로 배수된다고 가정하여 완전히 포화된 사면에 대해서는 강우 강도가 증가하여도 안전율 변화가 없는 불포화 사면에 대해 검토하였다. 또한 태양광 패널은 불투수면(impervious barrier)으로 하여 20도 각도로 24개를 설치하는 것으로 표현하였고, 해당 불투수면과 태양광 패널이 설치되지 않은 사면에 강우 경계조건을 설정하였다. 안전율해석과 변위해석에서 사면의 양단 측면은 이동단(roller), 하단은 회전단(hinge)으로 설정하였으며, 기초를 포함한 태양광 구조물의 무게를 단위 면적당 하중으로 가하였다. 각 해석의 경계조건은 Fig. 6과 같다.
Table 3.
Rainfall intensity by duration according to the alert level of steep slope disaster (National Disaster Management Research Institute, 2020)
| Rainfall duration (h) | Rainfall intensity by alert level (mm/h) | ||
| Watch (5-20%) | Warning (20-50%) | Alarm (50%) | |
| 6 | 8.69 | 12.74 | 18.85 |
| 12 | 6.10 | 8.64 | 12.10 |
| 18 | 4.96 | 6.89 | 9.33 |
| 24 | 4.28 | 5.86 | 7.76 |
4. 태양광 발전시설의 유무에 따른 강우 시 침투해석 및 안전율 해석 결과
4.1 침투해석 내 태양광 발전시설 설치 유무에 따른 간극수압 분포 결과
태양광 발전시설이 설치된 사면에 대해 설정한 강우기준이 경보 수준이고 강우 지속기간이 24h이며 Table 1에 의해 SWCC 관련 변수가 최대일 때, Table 3에 의해 Mohr-Coulomb 모델 관련 변수가 최소일 때, 사면의 기울기가 25도이며 기반암 깊이가 6.32m일 때, 사면 안전율이 최소이므로 이를 대표단면으로 설정하여 표면(Fig. 7(a))과 3.16m의 깊이(Fig. 7(b))에서의 간극수압 분포를 관찰하였다. 사면의 표면을 관찰하였을 때, 사면의 하부는 포화된 반면 상부는 포화되지 않았으며 패널 설치 유무에 따른 차이가 미미한 것으로 보인다. 반면, 3.16m의 깊이에서 관찰하였을 때 패널이 설치되지 않았을 때는 대부분 간극수압이 0 이상으로 고르게 포화된 반면(Fig. 7(c)), 패널이 설치되었을 때는 패널이 설치된 아래 사면의 간극수압이 0 이하로 포화되지 않았고 패널이 설치되지 않은 부분만 간극수압이 0 이상으로 포화되어(Fig. 7(d)) 패널 설치 유무에 따른 간극수압 분포에 차이를 보이며 이는 강우 침투 양상에 차이를 보인다는 점을 나타낸다. 또한, 포화되었을 때 간극수압이 사면 상단부보다 하단부에 더 크게 나타났다.
4.2 태양광 발전시설 설치 유무에 따른 안전율 해석 결과
태양광 발전시설의 설치 유무에 따라 안전율 변화 경향을 패널 설치 이후의 감소율로 나타낸 결과는 Fig. 8과 같다. 이때의 음의 값은 감소를 의미하며 양의 값은 증가를 의미한다. 모든 강우기간에 대해 3분위 수 이하의 감소율이 음의 값을 보이므로 최소 75%는 패널 설치 이후 감소하는 것으로 나타났다. 하지만 강우 지속기간이 증가할수록 일부 양의 값을 보이는 경우 태양광 구조물의 기초 하중에 의해 사면의 활동이 저해되며 태양광 구조물이 존재하지 않을 때에 비해 안전율이 상대적으로 높게 나타나는 것으로 판단된다.
4.3 변수에 따른 안전율 해석 결과
태양광 발전시설이 설치되었을 때 SWCC, 지반 밀도 및 강도정수와 사면의 각도와 기반암 깊이 또는 지하수위 등의 지형적 인자를 고려한 안전율 해석 결과는 Fig. 9와 같다. 강우 알림 수준 중 경보와 예보의 차이가 매우 미미하며 주어진 SWCC 범위에서는 강우 지속기간이 증가할수록 차이가 두드러지는 것으로 나타났다. 강우가 존재하지 않는 초기 지반의 경우 maximum으로 지정한 SWCC 변수일 때 안전율 범위는 1.65-8.88이고 minimum으로 지정한 SWCC 변수일 때의 안전율 범위는 1.65-8.97인 반면, 강우 지속기간이 24h일 때는 maximum의 SWCC 변수의 경우 안전율의 범위가 0.67-7.67이고 minimum의 SWCC 변수의 경우 1.28-8.41이다. 또한 Mohr-Coulomb 모델 관련 변수인 강도정수가 클수록 안전율이 높으며 주어진 가능한 통일분류법의 SM 범위 내에서는 다양한 변수의 종류 중 가장 큰 변동성을 보인다. 하지만 이는 강도 정수를 참고한 문헌 값의 범위에 따라 다양한 양상을 보일 것으로 예측된다. 강우 지속기간이 24h일 때 최대강도정수의 경우 안전율의 범위는 3.00-8.41이고 최소 강도정수의 경우 안전율의 범위는 0.67-3.12로 평균값의 차이가 약 3.04배이다.
지형적 인자에 따른 안전율 해석 결과는 강우 지속기간이 24h일 때, 기반암 깊이 또는 지하수위가 5m일 경우 안전율 분포가 0.81-8.41이고 6m일 경우 0.67-6.40으로 안전율이 대체적으로 낮은 범위에 분포한다. 사면의 각도 측면에서 15도일 경우 안전율 분포가 2.16-8.41이고 25도일 경우 0.67-4.97이다. 따라서, 사면의 각도가 증가할수록 안전율이 감소한다. 또한 사면의 각도와 기반암 깊이(지하수위)에 대해 가정한 범위 중 두 인자 모두 유사한 변동성을 보였지만 사면의 각도는 평균값의 차이가 약 1.96배이고 기반암 깊이는 약 1.23배로 사면의 각도가 더욱 주요한 변수인 것으로 판단된다. 따라서, 산지 태양광의 강화된 허가 기준인 15도는 사면 안정성에 주요한 영향을 미치는 인자를 고려한 것으로 드러났다.
5. 태양광 발전시설의 강우 시 변위 거동
5.1 태양광 발전시설 설치 유무에 따른 변위 해석 결과
태양광 발전시설 설치 유무에 따라 발생하는 최대 변위의 차이를 관찰하였다(Fig. 10). 그 결과, 대부분의 강우 지속 기간에서 패널이 설치된 사면이 패널이 미설치된 사면에 비해 증가율이 양의 값이므로 최대 변위가 증가한 것으로 나타났다. 이는 불균형한 침투 양상 및 기초 구조물의 하중이 안정성에 영향을 미쳤다고 예측할 수 있다. 하지만, 강우 지속기간이 12h, 18h, 24h인 경우의 수평방향 최대 변위 중 일부의 증가율이 음의 값으로 패널이 설치되었을 때 변위의 거동이 미설치 되었을 때보다 작게 나타나는 경우가 있다. 해당하는 경우 중 강우 지속기간이 12h 일 때의 75%는 기초 하중 인접점에서 최대 변위가 나타났다. 따라서, 일부 태양광 발전시설 설치 사면의 경우 기초의 하중으로 인해 수평 방향으로의 사면의 활동이 저해되는 현상이 나타나기도 한다는 것을 알 수 있다. 이에 따라 태양광 발전시설이 설치되는 사면은 일반적인 사면과 비교해 구조물 중 기초의 하중에 의해 강우 지속기간이 증가할수록 발생하는 변위의 경향성이 달라진다고 판단할 수 있다.
5.2 태양광 발전시설이 설치된 사면의 안전율에 따른 최대 변위
본 연구에서 안전율 해석에 따른 사면의 변위를 관찰하기 위해 안전율과 수평 및 수직방향의 최대 변위의 상관관계를 Fig. 11과 같이 나타내었다. 해석 결과, 안전율이 1 미만일때는 사면에 파괴가 발생하고 수렴이 되지 않아 강제로 다른 해석과 비교하여 일정 시간 이후 수렴시켰으며 유의미한 변위 데이터로 포함시키지 않았다. 안전율이 1 이상일 때 변위를 관찰하면, 수평방향 변위와 수직방향 변위 모두 안전율이 증가할수록 변위가 감소하는 양상을 보이는 것으로 관찰되었다. 하지만, 수평 방향의 변위의 경우 안전율이 3-5 범위에 해당할 때 일부 상대적으로 큰 변위가 관찰되었는데 해당 경우는 SWCC 변수가 maximum으로 지정된 경우와 사면의 각도가 25도일 때, 강우 지속기간이 18h와 24h일 때이다. 따라서 변위가 안전율의 값에 의존적이지 않으며 절대적인 관계를 지니지 않는다는 것으로 판단할 수 있다. 이는 사면 안전성을 평가할 때 실제 사면에 대한 변위와 안정성 상관관계에 대해 규명하는 검토 절차가 필요하다는 것을 의미한다.
5.3 태양광 발전시설이 설치된 사면의 최대 변위 분포
태양광 발전시설이 설치되었을 때 변위 분포를 통해 효율적인 계측 기기의 위치에 대해 제언하기 위하여 최대 수평 및 수직 방향 변위가 나타난 지점의 사면 하단부로부터의 수평거리와의 관계를 Fig. 12와 같이 나타내었다. Fig. 12(a)를 통해 최대 수평 변위는 사면 하단부 인접 지점에 상대적으로 큰 변위가 집중적으로 나타난다는 것을 알 수 있고, Fig. 12(b)를 통해 최대 수직 변위는 사면 하단부와 상단부 인접 지점에 집중적으로 분포한다는 것을 알 수 있다. 이에 따라 사면의 하단부와 상단부 인접지점에 우선적으로 배치시키는 것이 변위 관측의 효율성을 증대시킬 수 있을 것으로 보인다.
6. 결 론
본 연구는 최근의 태양광 발전시설이 설치된 사면에서 발생하는 강우에 의한 재해에 대해 안정성을 평가하기 위해 태양광 발전시설을 고려한 침투해석과 사면안정해석의 연계 해석을 통해 특정 발전시설에 대한 안정성 검토 및 변위 거동을 실시하였다. 이를 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
태양광 패널 설치 유무에 따라 간극수압 분포가 달라 침투 양상이 다른 것으로 나타났으며 특정 강우기준의 24시간 동안의 강우 지속기간 동안 패널이 설치된 곳은 포화되지 않았고 패널이 설치되지 않은 곳은 포화되었다. 이에 따라 패널이 설치되지 않는 곳이 포화가 먼저 일어나는 것으로 나타났으며 사면의 상단부보다 하단부가 먼저 포화되는 것으로 나타났다.
태양광 발전시설 기초에 따라 미설치 시와 비교해 기초 하중에 의해 사면 안전율이 증가하기도 하지만 대부분 감소하며 강우 지속기간이 오래 지속될수록 안전율 감소폭은 커진다. 또한 태양광 발전시설이 설치된 사면에 영향을 미치는 정도는 각 변수마다 다르며, 본 연구에서 가정한 강도 정수 범위 및 지형적 인자가 본 연구에서 설정한 변수들 중 가장 많은 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이에 따라 현행법상 산지 태양광 발전시설의 설계 기준 각도가 25도에서 15도로 상향된 것은 사면 안정성 측면에서 효과적인 안전성 확보 방안인 것으로 보인다.
태양광 구조물의 기초의 하중에 의해 특정 강우 지속기간에서 발전시설 설치 시 사면의 최대 변위가 미설치 시와 비교해 기초의 하중에 의해 작게 나타나기도 하지만 대부분의 강우 지속기간에서 사면의 최대 변위는 크게 나타났다. 또한, 사면 안전율이 감소할수록 최대 변위는 대부분 증가하는 양상을 보였다. 최대 변위 지점은 대부분 하단부와 상단부 인접 지점에 분포하는 것으로 나타나 실시간 안정성 평가 측면에서 사면의 변위를 계측하기 위해서는 해당 지점에 우선적으로 배치시키는 것이 효율성을 높일 수 있을 것으로 예측된다.
이러한 안정성 평가 시스템을 검증하기 위해서는 현장에서 실제 변위 관측 데이터와 지반의 함수특성 곡선 및 강도 정수, 지형적 특징을 고려한 안정성 평가를 실시하는 것이 필요할 것으로 보인다.
