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An Experimental Study on Cylindrical Countermeasures for Dissipation of Debris Flow Energy

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1) Graduate Student, Department of Civil Engineering, Gangneung Wonju National University 2) President, Department of Water Resources, ISAN Corporation

3) Senior Researcher, Department of Research Institute, ISAN Corporation

원통형 대책 구조물의 토석류의 에너지 저감 효과에 대한 실험적 연구

An Experimental Study on Cylindrical Countermeasures for Dissipation of Debris Flow Energy

김 범 준1)・ 한 광 두2)・ 김 호 섭3)・ Clarence E. Choi4)・ 윤 찬 영

Beom-Jun Kim ・ Kwang-Do Han ・ Ho-Seop Kim ・ Clarence E. Choi ・ Chan-Young Yune

Received: October 30

th

, 2018; Revised: November 8

th

, 2018; Accepted: November 19

th

, 2018

ABSTRACT : In this study, to investigate the effect of cylindrical countermeasure on the flow characteristics of debris flow, a series of small-scale tests were conducted using a flume with cylindrical baffles. Various heights and row numbers of installed baffles were considered as a test condition. High speed cameras and laser level sensors were also installed at the top and side of the channel, respectively, to capture the debris flow dynamics before and after baffles. Based on test results, the energy dissipation of debris flow due to baffles was analyzed. Test results showed that baffles can significantly reduce the velocity and flow depth of debris flows.

The energy dissipation effect of baffles also increase as the increase of height and row number of baffles.

Keywords : Debris flow, Cylindrical baffles, Baffle height, Number of rows, Velocity, Flow depth

요 지 : 본 연구에서는 원통형 대책 구조물의 설치변화가 토석류의 흐름에 미치는 영향을 확인하기 위해, 대책 구조물을 설치 가능 한 소형수로를 제작한 후에 실내모형실험을 실시하였다. 실험은 수로 내에 설치된 구조물의 높이와 종방향 열의 개수를 변화시켜가 면서 수행하였다. 대책 구조물이 설치된 수로 측면과 상부에는 초고속 카메라와 레이저 수위센서를 설치하여, 토석류가 구조물을 통과하기 전・후의 흐름변화를 측정하였다. 이를 바탕으로 대책구조물 설치에 따른 토석류의 에너지 저감효과를 비교, 분석하였다.

실험결과, 원통형 대책 구조물의 설치는 토석류의 유속과 흐름깊이를 감소시키는 것으로 나타났다. 또한 구조물의 설치높이와 종방 향 열의 개수가 증가할수록 그 영향은 더욱 커지는 것으로 나타났다.

주요어 : 토석류, 원통형 대책구조물, 구조물 높이, 열의 개수, 토석류 속도, 흐름깊이 Journal of the Korean Geo-Environmental Society

20(1): 57~65. (January 2019) http://www.kges.or.kr

ISSN 1598-0820 DOI https://doi.org/10.14481/jkges.2019.20.1.57

1. 서 론

토석류는 자연사면 붕괴에 따른 토사가 강우와 혼합되어 빠르게 이동하는 현상으로 여름철 태풍 및 집중호우 시 막 대한 인명 및 재산피해를 유발한다. 이러한 토석류의 유동 성을 저감시키기 위해서는 토석류의 발생이 예상되는 산지 계곡부 및 하류부에 대책 구조물을 시공하게 되며, 그 형태 는 시공되는 위치(발생부, 유하부, 퇴적부)와 목적(차단 및 지체, 에너지 소산, 퇴적 및 흐름 유도)에 따라 구분된다. 산 지가 전체 면적의 약 90%를 차지하고 있는 강원지역의 경 우, 최근 원통형 기둥구조와 같은 투과형 구조물의 시공이 증가하는 추세이다. Fig. 1은 국내에서 시공된 원통형 대책 구조물들을 보여주는 것으로, 각 유역 및 계곡부의 특성에 맞게 다양한 형태의 원통형 대책 구조물이 시공되고 있다.

그러나 원통형 대책 구조물의 설계 시, 제원 및 배치에 대한

합리적인 설계법이 제시되어 있지 않으며, 아직까지 많은 부분을 기술자의 경험적 설계에 의존하고 있다. 이와 같이 구조물에 대한 적절하지 않은 크기와 배치는 향후 과도한 건설비용과 무리한 환경훼손으로 이어질 수 있다. 원통형 대책 구조물은 상류부에서 발생하는 토석류의 선단부 유속 을 일시적으로 감소시키고 유목 및 큰 암석 등을 거르는 역 할을 하며, 이로 인하여 하류부로 흐르는 토석류의 유동성 및 에너지를 저감시키게 된다. 이때 토석류의 유속저감은 설치되는 구조물의 높이와 종방향 열(row)의 개수 등에 큰 영향을 받게 되며, 따라서 이러한 영향인자들은 원통형 대 책 구조물의 성능 평가 및 설계를 수행하는데 있어 중요한 지표로 활용될 수 있다. 토석류의 흐름경로 상에 박스형 혹 은 원통형 구조체를 적절히 배열하여 흐름을 분산시킴과 동 시에 흐름 유동성 및 속도를 감소시키고 토석류 에너지를 저감하는 대책구조물을 배플(baffle)이라고 부른다. 홍콩 등

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(a) Seoul Umyeon. Mt (b) Inje County Deoksan-ri

(c) Inje County Hangye-ri (d) Pyeongchang County Bongpyeong-myeon Fig. 1. Debris flow baffles in Korea

Fig. 2. Debris flow baffles installed in a basin in front of a rigid barrier in Hong Kong

에서는 사방댐 전면에 박스형 배플을 설치하여, 토석류가

사방댐에 도달하기 전에 에너지를 감소시키고 사방댐에 작 용하는 하중과 댐본체의 손상을 줄이기 위한 대책으로 널리 활용되고 있다(Fig. 2). 하지만 원통형 토석류 대책구조물에

대한 연구는 많지 않으며, 아직까지는 토석류 에너지 저감 을 위한 투과형 대책구조물에 대한 연구가 주로 수행되고 있다. 투과형 토석류 대책 구조물에 대한 연구는 주로 국외 연구자(Wenbing & Guoqiang, 2006; Takahara & Matsumura,

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Fig. 3. Small-scale test

2008; Teufelsbauer et al., 2011; Canelli et al., 2012; Xie et

al., 2014; Ng et al., 2014; Chen et al., 2018)들에 의해 수행 되었으며, 박스형 대책 구조물 설치로 인한 토석류의 유동 특성을 확인하기 위한 실험적 연구는 Ng et al.(2014), Choi et al.(2014), Choi et al.(2016), Wang et al.(2017)에 의해 수 행되었다. 반면에 원통형 대책 구조물을 대상으로 한 연구 사례는 찾아보기 힘들다. 국내에서는 최근에 와서야 일부 연구자들에 의하여 토석류 대책 구조물에 대한 실험적 연구 가 시작되었는데, Lim et al.(2008)과 Choi et al.(2015)는 슬 릿트형 구조물에서 토석류의 속도감소와 포착률에 대해 연 구하였다. Cho et al.(2016)은 토석류의 이동속도에 따른 중 력식 불투과형 사방댐과 링네트에 대한 충격하중 특성을 평 가하였고, Kim et al.(2018)은 버트리스 댐의 토석류 충격하 중과 차집률을 분석하고 최적의 스크린 간격에 대해 연구하 였다. 또한, Jung(2017)은 다양한 대책 구조물의 종류 및 설 치 형태에 대한 토석류의 저감효과를 연구하였다. 하지만, 원통형 대책 구조물의 높이 및 종방향 열 개수에 따른 토석 류의 유속과 흐름깊이 등 유동성 변화에 미치는 영향을 연 구한 사례는 아직까지 전무한 실정이다.

본 연구에서는 원통형 대책 구조물의 높이변화 및 종방 향 열 개수에 따른 토석류의 흐름특성 변화를 확인하기 위 해, 대책 구조물을 모사할 수 있는 소형수로를 제작하였다.

제작된 수로를 이용하여 대책 구조물의 높이와 종방향 열 개수를 변화시켜가면서 실내모형실험을 수행하였다. 수로 측면과 상부에는 초고속 카메라와 레이저 수위센서를 설치 하여 토석류가 구조물을 통과하기 전・후의 흐름변화를 측

정하였다. 실험완료 후에는 측정된 결과를 이용하여 구조물 의 설치조건에 따른 토석류의 유속 및 흐름깊이 변화를 확 인하였고, 이를 바탕으로 토석류의 에너지 저감효과를 비 교・분석하였다.

2. 실험조건

2.1 토석류 대책구조물 모사 실험장비

대책 구조물을 설치하고 토석류의 흐름을 모사하기 위해, 구축된 수형수로의 장비형태와 구성도는 Fig. 3과 같다. 수 로는 길이 4.8m, 폭 0.3m, 높이 0.45m의 직사각형 단면으로 제작되었다. 수로 폭은 국내에서 수행된 실규모 토석류 실 험현장(Jun et al., 2015)의 유역 내 계곡부에 대한 상사비 (1/17)를 적용하여 그 폭을 결정하였다. Fig. 6(c)에서 볼 수 있듯이, 수로는 원활한 경사변환과 장기적인 안정성을 확보 하기 위하여 기존 사면모형시험기 내에 거치되었으며, 경사 는 20∼50° 범위조절이 가능하다. 수로는 상부에서 모형지 반을 조성하는 시료 저장부(Storage container)와 중앙부의 대책 구조물 설치 및 토석류의 이동이 이루어지는 경사부로 구분된다. 수로 내 토석류의 발생을 모사하기 위해, 시료 저 장부에는 일정량의 토사를 채울 수 있는 소형토조를 설치하 였다. 토조 입구에는 자동식 개폐도어를 설치하여 실험 전 시료를 적토하는 동시에 실험 시 원활한 시료방출이 이루어 지도록 하였다. 토석류의 거동을 육안으로 확인하기 위해, 모든 수로는 10mm 두께의 투명 강화 아크릴로 제작되었다.

(4)

Table 1. Index properties of Jumunjin sand



(mm)



(mm)

  

Internal friction angle (Ø) U.S.C.S

Jumunjin sand 0.38 0.50 1.35 0.97 2.65 28.5 SP

Fig. 4. Cylindrical baffles

Fig. 5. Installation of cylindrical baffles (two rows)

또한 토사의 흐름과 모형 대책구조물 및 센서설치 과정에서 수로의 변형을 최소화하기 위해, 각 프레임은 강성 재질의 스테인리스 스틸로 제작하였다. 실험과정에서 수로 측면에서 초고속 카메라(High speed camera, HAS-U2)를 이용한 촬 영이 이루어지며, 이를 위하여 빛의 유입이 차단된 조건에서 촬영이 가능한 암실(Darkbox)을 수로 측면에 설치하였고, 레 이저 수위센서(Laser level sensor, OPTONCDT-1420)를 설치 하기 위한 횡방향 프레임을 수로 상부에 추가적으로 설치하 였다. Fig. 4와 같이 대책 구조물은 모두 원통형으로, 앞서 결정된 실규모 실험과의 상사비를 적용하여 직경 30mm로 결정하였으며, 구조물의 높이변화가 토석류의 유속저감에 미치는 영향을 확인하기 위해 높이 20mm, 40mm, 60mm, 80mm로 제작되었다. 제작된 구조물을 수로 바닥부에 설치 시, 구조물의 개수만큼 바닥부의 구멍을 뚫어 구조물 하부 와 바닥부를 볼트로 고정시킬 수 있도록 제작하였다. 원통

형 대책 구조물의 설치형태는 Fig. 5와 같다. 이때, 실험조 건에 따라 구조물의 높이와 설치 개수를 자유롭게 변화시키 면서 실험을 수행할 수 있도록 하였다.

2.2 실험과정 및 조건

연구에서는 원통형 대책 구조물의 배치로 인한 소형 수 로실험에 앞서, 토석류가 수로 내에서 원활한 흐름을 유지 하기 위한 최적의 수로경사와 토사량을 산정하기 위해, 다 양한 경사와 토사량 변화에 대하여 반복적인 토사유출 실험 을 수행하였다. 이때 최적의 현장 조건 모사를 위하여, 흐름 특성을 무차원화한 프루드수(Froude Number)를 함께 비교 하였으며(Keo et al., 2018), 그 결과, 소형 수로실험을 진행 하기 위한 최적의 수로경사(29°)와 토사량(75kg)을 도출하 였다. 이를 토대로 원통형 대책 구조물을 수로 내에 설치하 고 소형 수로실험을 실시하였다. 수형수로 실험과정은 크게 수로경사 고정, 원통형 대책 구조물 설치, 초고속 카메라 및 수위센서 설치, 모형지반 조성, 시료방출 및 측정 순으로 나 타낼 수 있다. 먼저 소형수로의 상부와 중앙부를 지지하고 있는 크레인을 이용하여 수로경사를 29°로 고정한다. 경사 고정이 완료되면, 실험조건에 따라 수로의 중앙 바닥부에 원통형 구조물을 설치한다. 토석류가 구조물을 통과하기 전・

후의 초기 유입 및 최종 유출부에서 토석류의 흐름을 촬영 하고 그 깊이 변화를 측정하기 위해, Fig. 3과 같이 대책 구 조물의 주변을 측정영역으로 하여 초고속 카메라와 레이저 수위센서를 수로 측면과 상부 0.5m 지점에 각각 설치하였 다. 여기서 초고속 카메라를 수로 측면에 설치된 암실내부 (Fig. 6(a))에 설치하고, LED 조명과 카메라의 밝기를 조정 하여 최적의 촬영조건을 확보하였다. 초고속 카메라와 수위 센서를 설치한 후에는 수로 상부에 위치한 시료 저장공간에 토석류의 발생부를 모사하기 위해, 주문진 표준사를 이용하 여 모형지반을 조성하였다. 주문진 표준사의 기본 물성시험 결과는 Table 1과 같다. 모형지반 조성이 완료되면, 시료 저 장공간과 개폐식 도어 사이의 시료 유출여부와 초고속 카메 라 및 레이저 수위센서의 작동 여부를 확인한 후에 시료 저 장공간의 개폐식 도어를 열어 시료를 방출시킨다. 시료가 방출되는 동안에는 구조물을 통과하기 전・후의 초기 유입 및 최종 유출부에서 시간에 따른 토석류의 흐름을 촬영하고 그 깊이를 측정하였다. 실험은 수로 내에서 토석류의 흐름 이 완전히 멈춘 것을 확인한 후 카메라 촬영 및 수위 측정 을 종료하였다. 실험이 완료되면, 촬영된 영상과 측정된 수

(5)

(a) High-speed camera in darkbox

(b) Laser level sensor (c) 4.8-m long channel

Fig. 6. Experimental setup Table 2. Test condition

Baffle condition Baffle height (H)

Number of rows (R)

Spacing between successive rows (L)

Blockage ratio (S)

Amount of debris (kg)

Channel inclination

Without baffle - - - -

75 29°

With baffle (Cylindrical shape)

60 mm 1

200 mm 40%

20, 40, 60, 80 mm 2

60 mm 3

60 mm 4

위를 토대로 구조물 전・후부의 유속과 흐름깊이를 산정하 였다. 본 연구에서는 원통형 대책 구조물의 높이변화 및 종 방향 열 개수를 변화시켜가면서 실내모형실험을 수행하였 으며, 각 실험에 적용된 실험조건은 Table 2와 같다.

3. 실험결과 및 분석

3.1 토석류 속도

원통형 대책 구조물의 설치조건에 따른 토석류의 에너

지 저감효과를 분석하기 위해, 대책 구조물을 소형수로 내 에 설치한 후에 구조물의 높이와 개수를 변화시켜가면서 실내모형실험을 수행하였다. Fig. 7은 대책 구조물의 높이 와 종방향 설치 개수에 따른 토석류의 유속변화를 시간에 따라 대책 구조물을 통과하기 전・후(초기 유입부(B : Before countermeasures), 최종 유출부(A : After countermeasures))로 구분하여 도시한 결과이다. 이때, 영상과 흐름깊이를 측정 한 측정지점이 2곳이므로 토석류가 2개의 측정지점에서 지 나가는 시점을 시작점으로 하여 각 지점에서의 토석류 속도 를 그래프로 도시하였다. 또한 흐름의 변화가 빠르게 나타

(6)

(a) Height of baffle

(b) Number of baffle rows Fig. 7. Velocity of debris flow

Table 3. Comparison of height of baffle and number of baffle rows

Height of baffle Number of baffle rows

Height (mm)

Before countermeasures After countermeasures No. of row

Before countermeasures After countermeasures

AV (m/s)* Ratio** AV (m/s)* Ratio** AV (m/s)* Ratio** AV (m/s)* Ratio**

0 2.32 1.00 2.30 1.00 0 2.32 1.00 2.24 1.00

20 1.14 0.49 1.47 0.64 1 0.94 0.41 1.34 0.60

40 1.04 0.45 1.36 0.59 2 0.82 0.35 1.18 0.53

60 0.82 0.35 1.22 0.53 3 0.86 0.37 1.17 0.52

80 0.63 0.27 1.04 0.45 4 0.70 0.30 0.86 0.38

AV* : Average Velocity

Ratio** : Ratio compared to the case without baffles

나는 1초까지는 0.1초 단위로 속도를 표시하였고, 그 이후 부터는 1초 단위로 속도를 표시하였다.

Fig. 7(a)의 실험조건은 종방향 열 개수(R), 열간격(L), 유 로차단 비율(S)을 고정하고 구조물의 높이(H)만을 변화시 킨 것이다. 실험대조군으로 사용된 대책구조물 무설치 수로 에서는 토석류 속도가 초기에 최대값을 보이고 시간에 따라 점차 감소하는 경향을 보여주고 있으며, 2개의 위치에서 측

정된 토석류 속도는 유사한 빠르기와 경향성을 갖는다. 대 책 구조물이 설치된 수로의 경우 무설치 수로보다 토석류의 유속이 감소하였으며, 구조물의 설치높이가 증가할수록 그 유속은 더욱 감소하는 것으로 나타났다. 또한 각각의 실험 조건에서 대책구조물 통과 전의 유속을 보면 대책구조물 통 과 직전 급격히 유속이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 반면 에 대책구조물 통과 후의 유속을 보면 유속이 일부 회복되 어 증가된 유속을 보이지만 대책구조물이 설치되지 않은 경 우와 비교하면 여전히 낮은 유속을 보여 유속저감 효과를 발휘한다는 것을 알 수 있다.

Fig. 7(b)는 구조물의 높이(H), 열간격(L), 유로차단 비율 (S)을 고정하고 종방향 열 개수(R)만을 변화시키면서 수행 한 실험결과이다. 이 결과에서도 마찬가지로 대책 구조물이 설치된 수로에서는 토석류의 유속이 감소하는 것으로 나타 났다. 또한 대책구조물 통과 전의 유속은 대책구조물의 종 방향 열 개수가 증가할수록 감소하는 경향을 보였으며, 대 책구조물 통과 후에는 유속 감소에 대한 종방향 열 개수의 영향이 더 증가하는 경향을 보였다.

앞서 수행된 실험결과들을 이용하여 대책 구조물의 설치 높이와 종방향 열 개수에 따른 토석류의 평균속도 및 감소 비율을 각 실험별로 정리하여 Table 3과 같이 나타내었다.

또한 대책 구조물의 무설치 대비 대책 구조물 설치에 따른 토석류의 유속 감소비율을 추가적으로 표에 정리하여, 구조 물의 설치 유・무에 따른 유속변화를 함께 비교할 수 있도록 하였다. 먼저 대책 구조물 설치에 따른 유속은 무설치 수로 와 비교하여 평균 50% 이상 감소하는 것으로 나타나, 구조 물 설치로 인한 토석류의 유속저감 효과는 매우 큰 것으로 나타났다. 대책 구조물의 설치높이에 따라서는 대책구조물 통과 전 평균 61%, 통과 후 평균 45% 가량 유속이 감소하 는 것으로 나타났으며, 구조물의 높이 증가에 따라 유속은 더욱 감소하는 것으로 나타났다. 이처럼 구조물의 높이에 따라 유속이 감소하는 것은 구조물의 높이가 증가할수록 토 석류의 선단부와 구조물과의 충돌면적이 상대적으로 커지

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Table 4. Comparison of height of baffle and number of baffle rows

Height of baffle Number of baffle rows

Height (mm)

Before countermeasures After countermeasures No. of row

Before countermeasures After countermeasures

AH (mm)* Ratio** AH (mm)* Ratio** AH (mm)* Ratio** AH (mm)* Ratio**

0 45.80 1.00 31.62 1.00 0 45.80 1.00 30.36 1.00

20 50.85 1.11 16.90 0.53 1 59.82 1.31 14.58 0.48

40 57.55 1.26 15.60 0.49 2 72.40 1.58 14.50 0.48

60 74.93 1.64 15.48 0.49 3 68.16 1.49 11.62 0.38

80 80.37 1.75 13.26 0.42 4 67.58 1.48 - -

AH* : Average Height

Ratio** : Ratio compared to the case without baffles

(a) Height of baffle

(b) Number of baffle rows Fig. 8. Flow depth of debris flow

기 때문이다. 충돌과정에서 토석류의 선단부는 구조물과의

1차 충돌(초기 유입부)로 인해 에너지가 일시적으로 감소하 였다가 구조물을 통과한 후, 2차 충돌(최종 유출부)로 인해 추가적으로 에너지가 감소하게 된다. 이와 같은 토석류의 에너지 감소는 구조물의 설치 수가 늘어남에 따라 더욱 증 가하게 된다. 종방향 대책 구조물의 설치 수에 따른 유속변 화를 보면, 구조물의 설치 수가 증가할수록 토석류의 유속 은 감소하였으며, 구조물을 통과한 후 최종 유출부에서 평 균 50% 감소하였다. 앞선 구조물의 설치높이에 따른 유속 결과와 비교하면, 토석류의 유속은 평균 5% 이상 더 감소 하는 것으로 나타났다. 이는 수로 내에 종방향으로 증가된 구조물이 토석류의 에너지를 지속적으로 감소시켜 토석류 의 유속을 감소시킨 것으로 판단된다.

3.2 토석류 흐름깊이

Fig. 8은 대책 구조물의 설치조건에 따른 토석류의 흐름 깊이 변화를 구조물을 통과하기 전・후로 구분하여 도시한 결 과이며, 실험조건은 앞선 유속 결과조건(Fig. 7)과 동일하다.

먼저 실험대조군인 대책구조물 무설치 수로에서의 결과 를 보면 첫 번째 측정위치에서는 비교적 뚜렷한 선단부의 형태를 보이고 그 이후 급격히 흐름깊이가 줄어드는 반면에 토석류가 하류부의 두 번째 측정위치에 도달하면 전반적으 로 흐름깊이가 감소하면서 선단부의 크기가 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 대책 구조물의 설치높이에 따른 흐름깊이 변화를 도시한 Fig. 8(a)를 보면, 토석류가 구조물과 충돌 직전 흐름깊이가 급격히 증가하고 그 이후에도 흐름 깊이가 유지되면서 대책구조물이 오랜 시간 동안 토석류를 가두고 흐름을 억제하는 효과를 나타내고 있다. 또한 구조물의 높 이가 증가할수록 흐름 깊이가 급격히 증가하는 것을 볼 수 있다. 반면에 대책구조물을 통과한 후에는 토석류 양이 줄 어듦으로 인하여 흐름깊이가 감소하며, 구조물의 높이는 이 후 흐름깊이에는 큰 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 종 방향 구조물 열 개수의 영향을 정리한 Fig. 8(b)에서도 유사

하게 열의 개수가 증가할수록 대책구조물 충돌 직전에 흐름 깊이가 급격히 증가하며, 구조물 통과 이후에는 흐름 깊이 가 감소하는 경향성을 보인다.

대책 구조물의 설치조건에 따른 토석류의 흐름깊이와 감 소비율을 정리하여 Table 4에 나타내었다. 대책 구조물의 설치높이에 따른 흐름깊이 변화에서는 구조물의 높이가 높

(8)

아질수록 토석류의 흐름깊이가 증가하며, 평균적으로 약 44%

증가하였다. 반면에 구조물을 통과한 후에는 흐름깊이가 평 균 52% 감소하였다. 또한 종방향 열 개수에 따라서도 유사 한 경향성을 확인할 수 있다. 대책구조물 통과 전 토석류의 흐름깊이는 평균 47% 증가하고, 이후 구조물 통과 후에는 평균 55% 감소하였다. 구조물의 설치높이에 따른 결과와 함 께 비교하면, 종방향 설치 개수를 증가시키면 더 많은 토석 류를 퇴적시키는 효과와 함께 하류부의 흐름깊이를 평균 3%

이상 더 감소시키는 것으로 나타나 구조물의 종방향 열 개 수를 늘리는 것이 토석류 퇴적을 유도하고 에너지를 저감시 키는데 더 효율적인 것으로 판단된다.

4. 결 론

본 연구에서는 원통형 대책 구조물의 설치변화에 따른 토석류의 흐름특성을 확인하기 위해, 수로 내에 대책 구조 물을 모사할 수 있는 소형수로를 제작하고, 초고속 카메라 와 레이저 센서를 설치한 후에 실내모형실험을 실시하였다.

실내모형실험은 구조물의 높이와 개수를 변화시켜가면서 수행하였다. 실험완료 후에는 토석류가 대책 구조물을 통과 하기 전・후의 유속과 흐름깊이 변화를 측정하여 구조물의 크기효과에 따른 토석류의 에너지 저감효과를 확인하였으 며, 이에 따른 결론은 다음과 같다.

(1) 원통형 대책 구조물을 설치할 경우, 토석류의 유속과 흐름깊이는 감소하는 것으로 나타났으며, 구조물의 설 치높이와 종방향 설치 열수가 증가할수록 유속과 흐름 깊이는 더욱 감소하는 것으로 나타났다.

(2) 대책 구조물의 설치조건에 따른 유속결과를 비교해 보 면, 구조물의 설치높이 보다 구조물의 열 개수가 증가할 수록 토석류의 유속은 감소하였고, 구조물을 통과한 후 최종 유출부에서 평균 5% 감소하는 것으로 나타났다.

(3) 대책 구조물의 설치조건에 따른 흐름깊이 결과를 비교 하면, 유속결과에서도 마찬가지로 구조물의 열 개수가 증가함에 따라 흐름깊이는 감소하였으며, 토석류가 구 조물을 통과한 후의 흐름깊이는 평균 3% 감소하는 것 으로 나타났다.

(4) 이러한 결과들을 종합하여 비교해 보면, 대책 구조물을 설치할 경우 토석류의 충격에너지를 결정하는 중요한 인자인 속도와 흐름깊이를 모두 감소시켜, 에너지 저감 효과가 큰 것으로 나타났으며, 구조물의 종방향 열 개 수 증가가 구조물의 높이를 증가시키는 것에 비하여 에 너지 저감효과가 큰 것으로 나타났다.

References

1. Canelli, L., Ferrero, A. M., Migliazza, M. and Segalini, A.

(2012), Debris flow risk mitigation by the means of rigid and flexible barriers-experimental tests and impact analysis, Natural Hazards and Earth System Sciences, Vol. 12, No. 5, pp. 1693~

1699.

2. Choi, C. E., Ng, C. W. W., Song, D., Kwan, J. S. H., Shiu, H. Y. K., Ho, K. K. S. and Koo, R. C. H. (2014), Flume investigation of landslide debris baffles, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 51, No. 5, pp. 540~553.

3. Choi, C. E., Ng, C. W. W., Goodwin, G. R., Liu, H. and Kwan, J. S. H. (2016), Flume investigation of the influence of rigid barrier deflector angle on dry granular overflow mechanisms, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 53, No. 10, pp. 1751~1759.

4. Choi, S. K., Lee, J. M., Jeong, H. B., Kim, J. H. and Kwon, T. H. (2015), Effect of arrangement of slit-type barriers on debris flow behavior : laboratory-scaled experiment, Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 15, No. 3, pp. 223~

228 (In Korean).

5. Cho, S. H., Yoo, B. S., Kim, J. H. and Lee, K. S. (2016), Performance assessment for debris mitigation structure by using scale model tests, Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 16, No. 5, pp. 247~260 (In Korean).

6. Chen, Y., Qiu, Z., Li. B. and Yang, Z. (2018), Numerical simulation on the dynamic characteristics of a tremendous debris flow in Sichuan, China, Processes, Vol. 6, No. 8, pp. 1~13.

7. Jun, K. J., Lee, S. D., Kim, G. H., Lee, S. W. and Yune, C.

Y. (2015), Verification of countermeasures by velocity estimation of real scale debris flow test, 6th International Conference on Debris flow Hazard Mitigation : Mechanics, Prediction and Assessment, Japan, DFHM 6TH International Conference on Debris-flow.

8. Jung, W. G. (2017), Experimental study on the analysis of effects of debris flow reduction facilities, M.S. Thesis, Gangwon National University, Korea (In Korean).

9. Keo, S. A., Chhun, K. T., Choi, C. E., Han K. D. and Yune, C. Y. (2018), Physical modeling of debris flow based on Froude number by using Jumunjin standard sand, 5th International Debris Flow Workshop Symposium on Silk Roads Disaster Mitigation, Beijing, China.

10. Kim, S. T., Kim, J. J., Kyeon, T. S. and Yoo, H. K. (2018), Study on optimum screen spacing of buttress dam, Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 18, No. 4, pp. 165~

173 (In Korean).

11. Lim, Y. H., Jeon, G. U., Kim, M. S., Yeom, G. J. and Lee, J. H. (2008), Capture effect of slit dam for debris flow and woody debris with hydraulic model experiment: focusing on a and d type. Proceeding of 2008 Summer Conference of Korean Forest Society, Korean Forest Society, pp. 343~344 (In Korean).

12. Ng, C. W. W., Choi, C. E., Song, D., Kwan, J. S. H., Shiu, H. Y. K., Ho, K. K. S. and Koo, R. C. H. (2014), Physical modelling of baffles influence on landslide debris mobility, Landslides, Vol. 12, No. 1, pp. 1~18.

13. Takahara, T. and Matsumura, K. (2008), Experimental study of the sediment trap effect of steel grid-type sabo dams, International Journal of Erosion control Engineering, Vol. 1, No. 2, pp.

73~78.

(9)

14. Teufelsbauer, H., Wang, Y., Pudasaini, S. P., Borja, R. I. and Wu, W. (2011), DEM simulation of impact force exerted by granular flow on rigid structures, Acta Geotechnica, Vol. 6, pp.

119 ∼133.

15. Wenbing, H. and Guoqiang, O. (2006), Efficiency of slit dam prevention against non-viscous debris flow, Journal of natural sciences, Vol. 11, No. 4, pp. 865~869.

16. Wang, F., Chen, X., Chen, J. and You, Y. (2017), Experimental

study on a debris-flow drainage channel with different types of energy dissipation baffles, Engineering Geology, Vol. 220, pp. 43~51.

17. Xie, T., Yang, H., Wei, F., Gardner, J. S., Dai, Z. and Xie, X.

(2014), A new water-sediment separation structure for debris flow

defense and its model test, Bulletin of Engineering Geology

and Environment, Vol. 73, No. 4, pp. 947~958.

참조

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