도구스학업·수학

무한사면 안정 계산기

점착력·내부마찰각·경사각·깊이로 무한사면법 안전율(FS)을 구합니다. 지하수 침투가 있을 때와 없을 때를 나눠 비교합니다.

kPa
°
°
m
kN/m³

안전율 FS

1.382

여유 있음

전응력 σ = γz·cos²β44.4 kPa
간극수압 u0 kPa
유효응력 σ′ = σ − u44.4 kPa
전단응력 τ = γz·sinβcosβ20.7 kPa
전단강도 τf = c′+σ′tanφ′28.6 kPa
FS = τf ÷ τ — 파괴면이 버틸 수 있는 전단강도를 실제로 미끄러지려는 전단응력으로 나눈 값입니다. 1보다 작으면 이론상 그 순간 미끄러집니다.
비탈면과 나란한 평면 파괴를 가정하는 무한사면법입니다. 비탈 길이가 파괴 깊이보다 훨씬 긴 표층 붕괴에 맞는 근사이며, 원호 파괴·깊은 파괴는 다루지 않습니다. 지하수는 "없음"과 "지표까지 참(침투가 비탈면과 나란함)" 두 경우만 계산하고, 중간 수위는 범위 밖입니다. 실제 설계·시공에는 지반조사에 기반한 전문가 검토가 필요합니다.

계산 방법

  1. 1흙의 점착력(c′)과 내부마찰각(φ′), 단위중량을 입력합니다.
  2. 2비탈 경사각(β)과 파괴면까지의 깊이(z)를 입력합니다.
  3. 3지하수(침투) 유무를 고르면 그 조건의 안전율(FS)이 나옵니다.

자주 묻는 질문

비탈 길이가 파괴 깊이보다 훨씬 길고(경험적으로 10배 이상), 파괴면이 지표면과 나란한 평면에 가까운 "표층 붕괴"(장마철 얕고 넓게 미끄러지는 산사태가 전형적입니다)에서는 잘 맞습니다. 깊고 둥근 원호 파괴나 비탈이 짧은 경우는 Bishop 간편법 같은 원호 해석이 더 정확하며, 이 계산기 범위 밖입니다.

FS<1이면 이론상 그 순간 미끄러집니다. 실무에서는 흙 정수(c′·φ′)의 불확실성과 지진 등을 감안해 FS≥1.3~1.5 이상을 목표로 삼는 경우가 많지만, 이는 설계기준마다 다른 관행값이지 절대 기준이 아닙니다. 이 계산기의 값 자체를 안전 판정으로 쓰지 마세요.

물이 흙 입자 사이를 밀어내는 간극수압(u)이 유효응력(σ′=σ−u)을 깎아 마찰에 의한 전단강도를 직접 줄이기 때문입니다. 비탈면과 나란히 침투가 있고 지하수위가 지표까지 찬 경우 유효단위중량이 포화단위중량의 절반 수준(물속에서 가벼워지는 것과 같은 원리)까지 떨어져, 점착력이 없는 흙에서는 안전율이 거의 정확히 절반이 됩니다. 장마철 산사태가 급증하는 이유이기도 합니다.

이 계산기는 "지하수 없음"과 "지하수가 지표까지 차 침투가 비탈면과 나란한 경우" 두 가지만 다룹니다. 중간 수위는 습윤·포화 단위중량을 깊이별로 섞어야 해 계산이 복잡해지므로 범위 밖입니다. 실무에서는 두 경우 사이 값으로 가늠하되, 정확한 값이 필요하면 전문가의 원호 해석을 받으세요.

점착력이 0이면 안전율 식에서 깊이가 분자·분모 양쪽에서 지워져 결과에 영향을 주지 않습니다 — 이때 FS는 오직 내부마찰각과 경사각으로만 정해집니다. 점착력이 있으면 얕을수록 점착력의 상대적 기여가 커져 FS가 높아지므로, 이 경우는 깊이가 결과에 그대로 반영됩니다.

알아두면 좋은 점

  • 파괴면이 비탈면과 나란한 평면이라고 가정하는 무한사면법입니다. 원호 파괴, 깊은 파괴, 비탈이 짧은 경우는 다루지 않습니다.
  • 지하수는 "없음"과 "지표까지 참(침투가 비탈면과 나란함)" 두 경우만 계산합니다. 중간 수위는 범위 밖입니다.
  • 공식은 표준 토질역학 교재(Das, Principles/Fundamentals of Geotechnical Engineering)의 무한사면 이론과 구조가 같습니다. 실제 설계에는 지반조사에 기반한 전문가 검토가 필요합니다.

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마지막 검증: 2026년 9월 9일 · 결과는 참고용 추정치입니다.