성토사면, 굴착사면의 안정해석은 지반공학에서 가장 빈번하게 다루어지는 문제들 중에 하나입니다. 사면은 중력에 의한 자중의 위치에너지를 항상 가지고 있는 상태이며, 여기에 간극수압, 재하중, 지진, 파력 등의 외력이 작용하면 사면의 안정은 크게 영향을 받습니다. 이때 자중 및 외력에 의해 발생되는 사면 내부의 전단응력이 사면 토질이 갖고 있는 전단강도보다 크게 되면 사면파괴 의 파괴가 발생합니다. 이와 같은 전단응력과 전단강도에 따른 사면파괴에 대한 안정성을 계산하는 것을 사면안정 해석이라 합니다.

midas GTS NX에서는 사면 안정해석법으로 다음의 방법을 사용할 수 있습니다.

• 강도 감소법 (Strength Reduction Method: SRM): 비선형 유한요소법과 연동된 강도 감소법

• 한계평형법에 근거한 응력해석법 (Stress Analysis Method: SAM): 비선형 유한요소 해석법과 한계평형이론(limit equilibrium theory)을 기초로한 방법

강도 감소법(SRM)

유한요소법을 이용한 사면안정 해석은 다양한 형상과 하중, 경계조건에 대하여 사면의 최소안전율 계산과 사면의 파괴거동을 자세히 분석할 수 있는 수치해석 방법입니다. 특히, 강도감소법은 사면의 파괴활동에 대한 사전의 가정 없이 자동적으로 파괴과정을 모사할 수 있는 방법입니다(Griffith등 1999; Matsui, 1990). 또한 3차원, 축대칭 문제에서도 적용할 수 있다는 장점을 갖습니다.

강도 감소법에서는 전단강도 및 마찰각를 서서히 감소시켜 가면서, 계산이 수렴되지 않는 지점까지 해석을 수행하여 그 시점을 사면의 파괴로 간주하고 그때의 최대 강도 저하율을 이용하여 사면의 최소안전율로 산정합니다.

한계평형법에 근거한 응력해석법 (SAM)

이 방법은 먼저 유한요소법을 사용하여 사면에 대한 응력해석을 수행하고 이 응력해석결과를 바탕으로  한계평형법에서 사용하는 가정된 여러 경우의 가상활동면들에 대한 안전율을 계산합니다. 이때, 여러 가상활동면에서 계산된 안전율 중 최소가 되는 안전율값과 이때의 임계단면을 산정하는 방식입니다. SAM 방법은 2차원 환경에서만 사용가능한 해석법 입니다.