본 연구에서는 국내 지형에 따른 하천 특성을 고려하여 하천제방구간 만곡부의 침투특성을 분석하였으며, 하천제방의 직선부 및 만곡부를 구분하여 보다 실제적인 침투해석이 실시 되도록 하였다. 제방만곡부 침투 특성 반영에 적합하도록 평면선형각도를 $90^{\circ}$, $130^{\circ}$로 변화시켰고, 평수위 및 홍수위 조건과 투수계수 등의 매개변수를 변화시켜가며 침투해석을 수행하였다. 침투해석은 보다 상세하고 정밀하게 만곡부 형상의 침투 해석 흐름을 나타낼 수 있는 3차원수치해석 프로그램인 VisualFEA로 수행하였다. 평수위 및 홍수위시의 침투 해석결과 직선부에서는 투수계수와 관계없이 동일 수위형태로 나타났으며 만곡부로 근접할수록 침윤선이 중첩되면서 수두가 증가하였다. 만곡부의 평면 선형 $90^{\circ}$, $130^{\circ}$ 의 경우 평면선형각이 $90^{\circ}$에서 수두증가 현상이 더 크게 나타났으며, 직선부에서는 모두 비슷한 양상을 보였다.
본 연구에서는 국내 지형에 따른 하천 특성을 고려하여 하천제방구간 만곡부의 침투특성을 분석하였으며, 하천제방의 직선부 및 만곡부를 구분하여 보다 실제적인 침투해석이 실시 되도록 하였다. 제방만곡부 침투 특성 반영에 적합하도록 평면선형각도를 $90^{\circ}$, $130^{\circ}$로 변화시켰고, 평수위 및 홍수위 조건과 투수계수 등의 매개변수를 변화시켜가며 침투해석을 수행하였다. 침투해석은 보다 상세하고 정밀하게 만곡부 형상의 침투 해석 흐름을 나타낼 수 있는 3차원 수치해석 프로그램인 VisualFEA로 수행하였다. 평수위 및 홍수위시의 침투 해석결과 직선부에서는 투수계수와 관계없이 동일 수위형태로 나타났으며 만곡부로 근접할수록 침윤선이 중첩되면서 수두가 증가하였다. 만곡부의 평면 선형 $90^{\circ}$, $130^{\circ}$ 의 경우 평면선형각이 $90^{\circ}$에서 수두증가 현상이 더 크게 나타났으며, 직선부에서는 모두 비슷한 양상을 보였다.
In this study we analyzed the seepage characteristics of meandering section of rivers commonly seen in domestic terrain. The seepage analysis is designed to be more realistic by considering a tangent and meandering section of levee. The levee was idealized to reflect the relevant characteristics by ...
In this study we analyzed the seepage characteristics of meandering section of rivers commonly seen in domestic terrain. The seepage analysis is designed to be more realistic by considering a tangent and meandering section of levee. The levee was idealized to reflect the relevant characteristics by considering the curved angle of 90 degrees and 130 degrees in the spatial frequencies, water elevation conditions, and hydraulic conductivities. Seepage analysis becomes more detailed and precise with the seepage curve shape which is interpreted to indicate the flow of three-dimensional numerical analysis program using VisualFEA. As a result of the analysis, it is shown that the water level in the straight levee was constant, regardless of hydraulic conductivities, and the total head in the meandering section was increased by the overlapping of seepage. Consequently, it is found that the total head was increased more significantly in the case of 90 degrees curved levees than 130 degrees, and the total head showed similar characteristics In the straight levee.
In this study we analyzed the seepage characteristics of meandering section of rivers commonly seen in domestic terrain. The seepage analysis is designed to be more realistic by considering a tangent and meandering section of levee. The levee was idealized to reflect the relevant characteristics by considering the curved angle of 90 degrees and 130 degrees in the spatial frequencies, water elevation conditions, and hydraulic conductivities. Seepage analysis becomes more detailed and precise with the seepage curve shape which is interpreted to indicate the flow of three-dimensional numerical analysis program using VisualFEA. As a result of the analysis, it is shown that the water level in the straight levee was constant, regardless of hydraulic conductivities, and the total head in the meandering section was increased by the overlapping of seepage. Consequently, it is found that the total head was increased more significantly in the case of 90 degrees curved levees than 130 degrees, and the total head showed similar characteristics In the straight levee.
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문제 정의
본 연구에서는 사행하천과 포행하천이 다수 분포하는 국내 하천 특성을 고려하여 하천제방구간 만곡부의 침투 특성을 분석하였으며, 이를 위해 하천제방의 직선 부 및 만곡부를 3차원으로 모델링하여 침투해석을 실시하였다. 만곡부 각도 변화에 따른 침윤선 변화를 고찰하기 위해 평면선형각도를 90。, 130。로 변화시켰고, 평수위 및 홍수위 조건과 투수계수를 변화시겨가며 침투 해석을 수행 하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
제안 방법
사용하였다. 경계조건으로는 기초 지반의 하부 수직방향, 양 측면의 경우 수평 방향 변위를 구속하였으며, 이때 침투해석에 영향을 미치는 제체 및 기초지반의 유한요소망의 크기는 직선부와 만곡부를 포함하는 제방형태의 포괄적인 흐름형상을 검토하기 위해 크기가 약 2.0m 정도인 삼각형 메쉬를 사용하였다.
90°, 130。로 구분하여 침투해석을 실시하였다. 침투해석시 투수계수는 lOem/sec, 10'5m/sec, 10'6m/sec 으로 단계별로 적용하여 하천제방의 투수계수에 따른 침윤선 변화를 고찰하였으며, 홍수위 및 평수위의 수위 조건으로 구분하여 설정하였다.
국내에서의 하천제방 만곡부 형상을 실제에 가깝게 반영하기 위해 평면선형각도를 90°, 130。로 변화시켰고, 평수위 및 홍수위 조건, 투수계수를 표 1과 같이 변화시켜가며 해석을 수행하였다.
위해 평면선형각도를 90。, 130。로 변화시켰고, 평수위 및 홍수위 조건과 투수계수를 변화시겨가며 침투 해석을 수행 하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
실제 홍수 수문곡선에서 최고수위의 지속 시간은 매우 짧으나 충분한 안정성 확보를 위해 제외지 수위가 상승하기 시작하여 최고수위(hmax)를 지나 최고수위의 3/4정도 내려갔을 때까지의 시간을 홍수위 지체 시간(홍수위 도달시간+홍수위 지속시간)으로 정의하는 것이 일반적이다. 본 연구에서도 홍수위 지체시간을 기준으로 침투해석 결과를 분석하였다.
침투해석시 적용한 수위조건은 홍수시 지속시간이 길어 파이핑 현상이 자주 발생하는 낙동강 제방 시간대별 관측 수위를 참고하여 선정하였으며, 평수위에서 2일에 걸쳐 최대수위에 도달한 후 3일의 지체시간을 거쳐 1일 동안에 평수위로 돌아오는 비정상 수위조건의 경우로 설정 하였다
실시하였다. 침투해석시 투수계수는 lOem/sec, 10'5m/sec, 10'6m/sec 으로 단계별로 적용하여 하천제방의 투수계수에 따른 침윤선 변화를 고찰하였으며, 홍수위 및 평수위의 수위 조건으로 구분하여 설정하였다.
의 일반적 조건인 퇴적층에서 흔히 발견된다. 투수계수는 모래의 일반적인 값들을 고려하여 3가지로 선정하였다.
대상 데이터
해석에 사용된 지반의 지층구조는 파이핑이 발생하기 쉬운 조건인 투수계수가 큰 시-질토로 모델링하였다 (윤광석, 2004). 사질토는 하천제방.
이론/모형
본 연구에서는 침투해석을 위해 유한요소해석을 이용하였으며, 제방단면의 3차원 모델링이 가능한 VisualFEA 프로그램을 사용하였다. 경계조건으로는 기초 지반의 하부 수직방향, 양 측면의 경우 수평 방향 변위를 구속하였으며, 이때 침투해석에 영향을 미치는 제체 및 기초지반의 유한요소망의 크기는 직선부와 만곡부를 포함하는 제방형태의 포괄적인 흐름형상을 검토하기 위해 크기가 약 2.
국내의 경우 일본과 같이 홍수 지속시간이 짧아 수위조건을 정상 상태로 다룰 경우 과대한 외력을 줄 수 있으므로(권교근 등, 2006) 비정상 침투 해석을 실시하는 것이 타당할 것으로 판단되며, 세계 각국의 추세(김진만 등, 2(X)4) 와같이 포화.불포화 모델을 사용하여야 하나 하천설계기준과 같이 포화 부정류해석(한국수자원학회, 2005)을 실시하였다. 이와 같이 하천설계기준에서 포화 부정류해석을 채택한 것은 부정류해석은 초기 제방 포화도에 따라 매우 다른 결과를 나타내나 이를 설계시에 정량적으로 산정하여 적용하기는 현실적으로 곤란하다.
또한 불포화시 흙의 투수계수는 포화시보다 더 작은 값을 갖는데, 이는 흙 속의 공기에 의한 흐름저항 때문이며 결과적으로 침투해석에 의한 파이핑 안전율은 포화시에 비하여 훨씬 작은 값을 나타낸다. 이러한 사항을 고려하여 볼 때 안전 측 설계를 위하여 포화 부정류해석을 채택한 것으로 판단되며 본 연구에서도 하천설계기준을 준용하였다.
성능/효과
(1) 제방 만곡부에서는 직선부 보다 수두가 증가하였다. 수두증가에 따른 동수경사는 평면선형각도 90。의 경우 만곡부는 직선부에 비해 1.
(2) 제방 만곡부의 각도가 커져 완만한 형태를 가질수록 수두 증가효과가 감소하는 것으로 나타났다. 이는 제체 법선 직각방향으로 유입하는, 제내 지측으로의 침윤선 집중효과가 감소하는 현상에 기 인한다.
(3) 직선부와 만곡부의 파이핑 안전율은 만곡부 쪽으로 갈수록 낮은 것으로 나타났다. 평면선형각도 90。의 경우 직선부 파이핑 안전율은 H.
(4) 만곡부 각도변화에 따른 파이핑 안전율은 만곡 각도가 클수록 즉 만곡도가 완만할수록 크게 나타났다. 평면선형각도 90。의 경우 만곡중앙부 파이핑 안전율은 6.
(5) 투수계수에 따른 파이핑 안전율은 투수계수가 클수록 감소한다. 이는 투수계수 증가에 비해 침투 유량 증가 폭이 더 커 결과적으로 동수경사가 커지게 되는 것을 의미하는 것으로 만곡부에서의 침윤선 집중은 투수계수가 커질수록 두드러진다고 할 수 있다.
(6) 만곡부의 경우 제체 법선에 직각방향으로 유입되는 침투류에 의해 침윤선이 중첩되고 수두가 상승함에 따라 동수경사가 증가한다. 평면선형각도 90。의 경우 직선구간에 비해 만곡부는 동수경사가 1-4-1.
만곡부 각도변화에 따른 파이핑 안전율은 만곡각도가 클수록, 즉 만곡도가 완만할수록 크게 나타났다. 만곡부의 평면선형각도가 90。인 경우 만곡중앙부에서 파이핑 안전율은 약 6.
만곡부를 고려한 침투해석 결과 제방선단부가 침윤 선과 만나는 부분(진한색으로 표시된 부분)이 직선부보다 크게 상승한 것으로 나타났다. 이는 침투류는 제 체 법선에 직각방향으로 유입이 되고, 만곡부에서는 이러한 침투류에 의한 침윤선이 중첩되는 현상이 발생한다.
투수계수에 따른 파이핑 안전율은 투수계수가 클수록 감소하는 것으로 나타났다. 이것은 투수계수 증가에 비해 침투유량 증가량이 더 커, 결과적으로 동-수경사가 커지게 되는 것을 의미하는 것으로 만곡부에서의 침윤선 집중은 투수계수가 커질수록 두드러진다고 할 수 있다.
참고문헌 (11)
권교근, 한상현 (2006), 우리나라 하천제방에 대한 내부침식 파괴연구; 사례연구, 대한토목학회 논문집, 제 26권 1C호, pp.33-42
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