KSEG Conference / April 7 - 9, 2011 / Jeju / Korea
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토석류 충격력 특성 평가
Evaluation of debris flow's impcat force characteristics
류상훈 Ryu SangHun1), 이용수 Lee YongSoo1), 정재형 Jeoung JaeHyeung1*), 조규태 Cho GyuTae1)
1)
한국건설기술연구원, Korea Institute of Construction Technology
* 교신저자:
jjhcivil @kict.re.kr
주요어: 토석류, 개별요소법, DEM, 수치모델링
1. 서론
최근 국내에서는 집중적인 호우나 태풍으로 인한 다양한 재해 유형 중 산악지형을 중심으로 토석류 피해가 증가하고 있다. 이러한 토석류에 의한 각종 피해를 예방하기 위해 토석류 발생 지역 예측, 발생원인, 피해 범위, 피해 규모, 토석류 흐름 해석, 토석류 차단 시설물 등 토석류 발생에 대한 다양한 분야에서 연구(채병곤 외, 2004; 김원형, 2001)가 수행되고 있으나 토석류 파괴에서 중요한 요소인 충격력 특성에 관한 연구는 부족한 편이다. 본 연구에서는 토석류 모 형실험자료를 바탕으로 개별요소법(DEM)을 적용한 프로그램인 PCD3D를 활용하여 토석류 충 격력을 분석하였다.
2. 분석방법 2.1 모형실험
모형실험 장치의 재원은 길이는 5m, 수로폭은 0.1m, 높이는 0.2m이고, 실험 방법은 실험장치 상 단부에 장착한 시료낙하상자에 시료를 담은 뒤, 낙하시켜 실험장치 하부에 설치된 토압계 센서 가 실험재료의 토압을 측정하도록 하였다. 서로 다른 입자크기를 갖는 시료간의 물리적 반응에 의해 발생될 수 있는 충격력 변화 양상을 관찰해보기 위해 작은 자갈(지름 3mm)과 큰 자갈(지 름 7mm)을 3:7 중량비로 섞어 혼합시료를 만든 뒤 토석류 모형실험을 수행하였다.
A B
그림1. 토석류 모형실험장치(A.모형실험장치, B.토압측정센서)
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2.2 수치해석 모델링수치해석 프로그램은 개별요소법(DEM)을 적용한 PFC3D(ver. 4.0)를 사용하였으며, 토석류 모 형실 장치의 재원과 같은 길이 5m, 수로폭 0.1m, 높이 0.2m로 프레임을 설계하였다. 입자의 크기 역시 모형실험과 같이 작은 자갈과 큰 자갈을 3:7 중량비로 섞은 혼합시료 3kg을 입력하였으며, 다른 입력변수들은 시행착오법을 통하여 획득하였다. 또한 투과형 차단시설에 대한 고려를 하기 위하여 모델링 프레임 설계를 달리하여 차단시설에 가해지는 충격력을 산정하였다.
A B
그림2. 수치해석 모델링 설계모형(A.불투과형, B투과형)
3. 결과분석
모형실험과 동일조건하에서 수치해석 모델링을 실시하였으며, 그 결과 불투과형 차단시설에 가 해지는 충격력은 9.298N으로 계산되었으며. 실제 모형실험과 비교 결과 0.8N정도의 차이가 발생 하였다. 모형실험과 수치모델링의 충격력 비교 결과 충격력 차이가 10%이내 이기 때문에 수치 해 석 모델링의 변수 설정이 비교적 합리적인 것으로 판단하였다.
또한 동일 변수를 적용하여 슬롯크기 5mm의 투과형 차단시설의 충격력 수치해석 결과는 8.933N으로 계산되었다.
그림3. 수치해석 모델링
4. 결론
불투과형 수치 해석 모델리 결과 충격력은 9.298N으로 계산되었고, 투과형 수치해석 결과 충격
력은 8.933N으로 계산되었으며, 충격력 감소량은 0.365N이다. 충격량 감소가 작게 일어난 원인은
전체 입자의 무게 중 작은 입자의 무게는 30%에 불과하며, 작은 입자들이 빠져나갈 수 있는 공간
이 큰 입자들에 의해 초기에 막힘으로써 충격력 감소가 크게 발생하지 않은 것으로 판단된다. 또
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한, 충격력 감소량은 슬롯의 크기와 시료의 입자 크기에 민감하게 변화할 것으로 판단된다.
추후 슬롯의 크기 변화에 따른 충격력 변화 및 시료의 무게를 증가에 따른 충격력 변화에 대한 분석을 시행할 계획이다.
사사
본 연구는 국토해양부 지역기술혁신사업의 연구비 지원(‘08지역기술혁신 B01-01, 산지하천도로 호우피해 방지를 위한 수충부 및 토석류 방재설계 선진화 기술개발-토석류 대책구조물 설계를 위 한 모형실험)에 의해 수행되었습니다.
참고문헌
김진환, 이용수, 박근보, 2010, 토석류 충격력 특성 평가를 위한 모형실험연구, 한국지반공학회논문집, vol.
26. no. 11, pp. 5~15
김원형, 2001, 토석류 산사태의 발생원인과 예측, 방재연구, vol 3. no 4. pp 4∼14
채병곤, 김원영, 조용찬, 김경수, 이춘호, 최영섭, 2004, 토석류 산사태 예측을 위한 로지스틱 회귀모형 개 발, 지질공학회지, vol 14. no 2, pp 211∼222
