하천제방의 안정성 향상을 위해서는 양질의 성토재료 사용, 철저한 다짐관리, 적절한 수리구조물 및 차수벽 설치 등이 필요하다. 특히, 하천제방 축조를 위한 양질의 성토재료는 하천제방의 안정성에 있어서 가장 중요한 요소라고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 하상토의 제방 성토재로서 적합성 평가를 위한 기초연구로서, 국내 하상토의 제체재료로서의 침투에 대한 안정성 평가를 위하여 하천설계기준(2005)의 제체 표준단면을 이용한 모형시험과수치해석을 수행하였다. 그 결과 국내 발생 하상토의 경우 대부분이 모래(SP)로서 하천설계기준 제체재료의 투수계수 ($10^{-3}cm/sec$ 이하)를 만족시키지 못하였으며 양질토 혼합 및 함수비 조정 등과 같은 안정처리공법이 요구되는 것으로 나타났다.
하천제방의 안정성 향상을 위해서는 양질의 성토재료 사용, 철저한 다짐관리, 적절한 수리구조물 및 차수벽 설치 등이 필요하다. 특히, 하천제방 축조를 위한 양질의 성토재료는 하천제방의 안정성에 있어서 가장 중요한 요소라고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 하상토의 제방 성토재로서 적합성 평가를 위한 기초연구로서, 국내 하상토의 제체재료로서의 침투에 대한 안정성 평가를 위하여 하천설계기준(2005)의 제체 표준단면을 이용한 모형시험과수치해석을 수행하였다. 그 결과 국내 발생 하상토의 경우 대부분이 모래(SP)로서 하천설계기준 제체재료의 투수계수 ($10^{-3}cm/sec$ 이하)를 만족시키지 못하였으며 양질토 혼합 및 함수비 조정 등과 같은 안정처리공법이 요구되는 것으로 나타났다.
To improve the stability of levee structure, it is required to use good quality fill materials, intensive management, appropriate hydraulic structure and construction of cut-off wall. In particular, the most important factor of levee construction technology is to use bed sediment for its safety. In ...
To improve the stability of levee structure, it is required to use good quality fill materials, intensive management, appropriate hydraulic structure and construction of cut-off wall. In particular, the most important factor of levee construction technology is to use bed sediment for its safety. In this study, seepage model test and numerical analysis were performed based on a standard section of levee recommended in the river design standard of korea (2005). The results of test and analysis show that most of the bed soil is a sand (SP in USCS), which does not satisfy the permeability criteria for levee materials ($< k=10^{-3}cm/sec$), thus for the safety of levee it is required to adopt a stabilizing method such as good quality soil mixing, water content control.
To improve the stability of levee structure, it is required to use good quality fill materials, intensive management, appropriate hydraulic structure and construction of cut-off wall. In particular, the most important factor of levee construction technology is to use bed sediment for its safety. In this study, seepage model test and numerical analysis were performed based on a standard section of levee recommended in the river design standard of korea (2005). The results of test and analysis show that most of the bed soil is a sand (SP in USCS), which does not satisfy the permeability criteria for levee materials ($< k=10^{-3}cm/sec$), thus for the safety of levee it is required to adopt a stabilizing method such as good quality soil mixing, water content control.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 실험은 투수저항성이 불량한 모래(SP)를 제체 재료로 사용하였을 경우에 대한 제체 내의 침투특성을 파악하기 위한 것으로, 제체 하부 기초지반은 상대적으로 투수 저항성이 큰 화강풍화토(SM)을 사용하여 기초지반으로의 침투를 방지하였다.
본 연구에서는 국내 발생 하상토 및 혼합비율에 따른 하상혼합토의 제체 재료로서의 적합성 평가를 위하여 하천설계기준(2005)의 제체 표준단면을 이용한 축소 모형시험과 모형 및 실물에 대한 수치해석 등 제방 안정성 평가를 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 낙동강 유역 하상토의 제체재료로서의 침투에 대한 안정성 평가를 위하여 하천설계기준 (2005)의 제체 표준단면을 이용한 모형시험과 수치해석을 수행하였다.
제안 방법
모형실험에 적용된 수위조건은 1시간에 걸쳐 최대 수 위 10cm로 증가하고, 이후 최대 수위 10cm를 유지하는 조건으로 홍수 시 수위가 올라가고 일정기간 최대 홍수위가 지속되는 비정상수위조건을 적용하였다.
모형토조실험에 사용된 주요 장비로는 데이터 로거 및 컴퓨터, 간극수압 측정을 위한 간극수압계로 구성되어 있다(그림 2 참조). 모형실험에 적용한 제방 축소모형은 그림 3에서 보는바와 같이 높이 12cm, 둑마루 폭 12cm, 제체 경사 1:3의 단면으로 제작하였으며, 제체재료의 경우 하상토 모래 (왜관하상토-1, SP), 기초지반의 경우 화강풍화토(SM) 를 사용하여 실험 중 기초 지반으로의 침투를 방지하였다. 제체 내 간극수압계 설치는 제방 중앙 하부를 중앙부 1개소 제외지 쪽으로 10cm 이격하여 1개소 제내지 방향으로 각 10cm 이격하여 3개소를 설치하였고, 수위조건을 측정하기 위하여 제외지 방향 앞비탈 기슭에서 20cm 이격하여 1개를 설치하여 총 6개소를 설치하였다 (그림 3(a)참조).
0m, 제체 경사 1:3의 단면으로 설정하였으며(하천설계기준, 2005), 제체 재료는 모형실험에 사용된 모래(SP), 화강풍화토(SM), SP 25%+SM75%, SP50%+SM50%, SP75%+ SM25%로 혼합한 재료를 이용하였다. 이때 기초지반의경우 투수저항성이 크도록(1.0x1 o'cm/sec) 화강풍화토 (SM)를 사용하여 실험 중 기초 지반으로의 침투를 방지하였, .
제체 내 간극수압계 설치는 제방 중앙 하부를 중앙부 1개소 제외지 쪽으로 10cm 이격하여 1개소 제내지 방향으로 각 10cm 이격하여 3개소를 설치하였고, 수위조건을 측정하기 위하여 제외지 방향 앞비탈 기슭에서 20cm 이격하여 1개를 설치하여 총 6개소를 설치하였다 (그림 3
침투해석에 적용된 수위 조건은 평수위 지속시간 10 시간, 평수위에서 5일에 걸쳐 최대수위에 도달한 후 3일의 지체시간을 거쳐 2일 동안에 평수위로 돌아오는 비정상 수위조건을 적용하였다.
하상혼합토를 이용하여 축조된 제방의 안정성 평가는 혼합비에 따른 제체 사면안정성평가, 제체 침투에 따른 제체내 포화영역의 변화, 제체 선단부의 유속벡터의 변회를 통해 평가하였다.
대상 데이터
한편, 해석에 이용된 메쉬 크기는 제체 높.이의 1/10 이하인 가로 Im, 세로 Im로 설정하였으며, 해석에 사용된 각 지반의 투수계수 및 기본 물성치는 실내 실험 자료를 사용하였으며, 기타 물성치는 대표적인 값을 이용하였다.
침투모형실험에 사용된 모형토조는 그림 1에서 보듯이 310cmx96cmx50cm 크기의 철제 박스를 이용하였으며, 박스의 전면은 투명아크릴을 이용하여 제체 형상 및 실험 중거동 특성을 관찰할 수 있도록 하였다. 모형토조실험에 사용된 주요 장비로는 데이터 로거 및 컴퓨터, 간극수압 측정을 위한 간극수압계로 구성되어 있다(그림 2 참조).
침투해석은 단면 및 수위 조건을 모형실험과 동일하게 설정하여 수행하였으며, 메쉬의 크기는 제체 높이의 1/10 이하인 가로 1cm, 세로 1cm로 설정하였으며, 해석에 사용된 각 지반의 투수계수는 앞서 수행된 실내 실험자료를 사용하였으며 기타 물성치는 대표적인 값을 이용하였다.
해석에 이용된 단면은 제체 높이 12.0m, 둑마루 폭 4.0m, 제체 경사 1:3의 단면으로 설정하였으며(하천설계기준, 2005), 제체 재료는 모형실험에 사용된 모래(SP), 화강풍화토(SM), SP 25%+SM75%, SP50%+SM50%, SP75%+ SM25%로 혼합한 재료를 이용하였다. 이때 기초지반의경우 투수저항성이 크도록(1.
이론/모형
침투해석은 약 760 여 개의 치밀한 4절점 평면요소로 이루어진 유한요소망을 이용하였다 수치해석에 이용된 프로그램은 스위스 ZACE 사에서 개발된 지반과 관련된 흙과 암반, 지중 구조물, 굴착, 흙-구조물 상호 작용과 지하의 흐름의 수치해석적 시뮬레이션 등에 주로 적용되는 지반전용 해석 프로그램인 Z-SOIL 프로그램 사용하여 수행하였다.
성능/효과
(1) 제체 재료 모래(SP)를 이용한 축소모형실험 결과를 통한 제체 내 간극수압 및 수두는 경과시간 60분에 걸쳐 최대 수위에 도달하는 수위조건에 따라 점차 상승하고, 최대 수위 도달 이후 계속 싱승하여 경고} 시간 75분(최대 수위 지속시간 15분)에 제체 누수가 발생하는 것으로 나타나 제체 침투만을 고려할 경우 모래(SP)는 제체 재료로 부적절한 것으로 나타났다.
(2) 모형실험 조건을 이용한 수치해석 결과는 모형시험 결과와 마찬가지로 경과시간 60분에 걸쳐 최대 수위에 도달히는 수위조건에 따라 점차 상승하고, 최대 수위 도달 직후인 경과시간 60분에 제체 누수가 발생하는 것으로 나타나 모형실험결과 전체적인 경향은 일치되는 것으로 나타났다.
(3) 하상혼합토의 혼합비에 실단면 수치해석 결과 제체 재료 SP, SP75%+SM25%인 경우 사면안정성이나 제체 침투에 취약하며, SP50%+SM50%, SP25%+SM75%, SM의 경우 상대적으로 안정성이 확보되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 하상혼합토를 이용하여 제방을 축조할 경우 양질토(SM)의 혼합비율을 50% 이상이 되어야 할 것으로 판단된다.
2로 불안정한 것으로 나타냈다. 그 외의 제체 재료의 경우 사면의 안정성이 가장 떨어질 것으로 예상되는 최대수위 지속시간 3일째인 경과시간 8일에서 안전율 2.0 이상으로 안정한 것으로 나타났다. 이때, 각 혼합비에 따른 하상혼합토로 축조된 제방의 예상파괴면은 그림 9에서 보듯이 제체사면 내 파괴가 발생하는 것으로 나타났다.
모형실험 결과는 시간경과에 따른 간극수압 및 수두변화를 보여주는 표 1 에서 보듯이 제체 내 간극수압 및 수두는 경과시간 60분에 걸쳐 최대 수위에 도달하는 수위조건에 따라 점차 상승하고, 최대 수위 도달 이후 계속 상승하여 경과시간 75분(최대 수위 지속시간 15분) 에 제체 누수가 발생하는 것으로 나타나 제체 침투만을 고려할 경우 모래(SP)는 제체 재료로 부적절한 것으로 평가되었다.
나타났다. 본 해석결과를 종합하면 제체 재료 SP, SP75%+SM25% 인 경우 사면안정성이나 제체 침투에 취약하며, SP50%+ SM50%, SP25%+SM75%, SM의 경우 상대적으로 안정성이 확보되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 하상 혼합토를 이용하여 제방을 축조할 경우 하상토(SP)와 양질토(SM)의 혼합비는 SP:SM이 25:75 이상의 것을 사용하여야 할 것으로 판단된다.
사면안정성평가 결과는 하상혼합토 혼합비에 따른 사면안정 해석결과를 보여주는 표 4에서 보듯이 제체재료 SP의 경우 수위가 상승 중인 4일 째에 사면안전율이 1.1 로 불안정한 것으로 나타났으며, SP75%+SM25% 의 경우 최대수위 도달 후 최대수위 지속시간 3일 째인 경과시간 8일에서 사면안전율이 1.2로 불안정한 것으로 나타냈다. 그 외의 제체 재료의 경우 사면의 안정성이 가장 떨어질 것으로 예상되는 최대수위 지속시간 3일째인 경과시간 8일에서 안전율 2.
나타내고 있다. 앞서 수행한 모형시험 결과와 마찬가지로 경과시간 60분에 걸쳐 최대 수위에 도달하는 수위조건에 따라 점차 상승하고, 최대 수위 도달직후인 경과시간 60분에 제체 누수가 발생하는 것으로 나타났다.
해석결과에 따른 포화영역은 제체 재료에 따른 포화영역 변화를 보여주는 그림 11에서 보듯이 제체 재료 SP, SP75%+SM25%의 경우 정상침투상태의 포화영역이 발생하는 반면에 상대적으로 제체 재료의 투수 저항성이 큰 SP50%+SM50%, SP25%+SM75%, SM의 경우 제체 침투가 거의 발생하지 않는 것으로 나타났다. 본 해석결과를 종합하면 제체 재료 SP, SP75%+SM25% 인 경우 사면안정성이나 제체 침투에 취약하며, SP50%+ SM50%, SP25%+SM75%, SM의 경우 상대적으로 안정성이 확보되는 것을 확인할 수 있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.