선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 토석류 대책 구조물인 사방댐의 국내설계 시, 고려되고 있지 않은 토석류 충격력 특성을 평가하기 위해 시간의 변화에 따른 토압을 측정하는 토석류모형실험을 수행하였다. 이를 위해, 동일한 토석류 발생 경사 조건에서 모형 실험 재료의 종류와 무게를 변화 시켜 모형실험을 수행하였다.
- 이를 위해, 동일한 토석류 발생 경사 조건에서 모형 실험 재료의 종류와 무게를 변화 시켜 모형실험을 수행하였다. 특히 종류가 다른 두 실험재료를 혼합한 뒤, 각 시료의 중량비에 변화를 주어 모형실험을 수행하여 주어진 조건에서 충격력 특성을 파악하고자 하였다’ 기존 토석류 모형실험에서는 단일 종류의 시료를 사용하여 충격력 특성을 파악하였는데, 실제 자연에서는 다양한 크기의 입자들로 구성된 토석류 흐름이 발생한다為 본 실험에서는 이 같은 자연조건을 모사하고자 입자 크기가 다른 두 시료를 다양한 중량비로 혼합하여 모형실험을 수행하였다.
제안 방법
- 별 토압 분포 특성을 분석하여 보았다. 각 그래프의 데이터에는 로그 방정식의 추세선을 추가하여 데이터 분포 현황을 파악하였다(그림 17, 18, 19, 20).
- 아주 작은 흙 입자에서부터 매우 큰 암석까지 다양하게 구성되는 것을 관찰할 수 있다. 따라서 서로 다른 입자 크기를 갖는 시료간의 물리적 반응에 의해 발생될 수 있는 충격력 변화 양상을 관찰해보기 위해 작은 자갈과 큰 자갈을 일정 중량비로 섞어 혼합시료를 만든 뒤 토석류모형실험을 수행하였다. 혼합시료의 구성 조건은 표 I 과 같다.
- 김기환 외(2008)의 실험에서는 모래시료를 사용하였으며 모형실험 장치 상부에 장착한 인공강우 형식의 노즐을 통해 물을 뿌리는 방식으로 실험을 하였다. 반면 Berzi D & Larcan E(2007)의 실험에서는 자갈을 사용하였으며 물과 자갈을 함께 시료상자에 보관하여 수문을 열어 실험 장치의 수로를 통해 하부로 흘려보내는 방식으로 실험을 하였다. 이러한 점은 토석류를 구성하고 있는 재료의 종류 및 강우시와 강우 완료 후에 따라 토석류의 이동 양상이 다르게 나타날 수 있으므로 보다 많은 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 실험 방법은 실험장치 상단부 장착한 시료 낙하 상자(그림 四))에 큰 자갈, 작은 자갈, 중량비에 따른 혼합시료(큰 자갈+작은 자갈)를 측정하고자하는 무게만큼 담은 두], 그림 1(a)의 상단부에서 낙하시켜 실험 장치 하부에 설치된 토압계 센서가 실험재료의 토압을 측정하도록 실험을 수행하였다. 하부로 낙하된 시료는 약 10초 정도면 모두 낙하되지만 하부에 퇴적된 시료가 일정 시간동안 토압계에 영향을 미칠 수 있는지를 확인하기 위하여 60초 정도까지 토압을 측정하였다.
- 수행하였다. 이를 위해, 동일한 토석류 발생 경사 조건에서 모형 실험 재료의 종류와 무게를 변화 시켜 모형실험을 수행하였다. 특히 종류가 다른 두 실험재료를 혼합한 뒤, 각 시료의 중량비에 변화를 주어 모형실험을 수행하여 주어진 조건에서 충격력 특성을 파악하고자 하였다’ 기존 토석류 모형실험에서는 단일 종류의 시료를 사용하여 충격력 특성을 파악하였는데, 실제 자연에서는 다양한 크기의 입자들로 구성된 토석류 흐름이 발생한다為 본 실험에서는 이 같은 자연조건을 모사하고자 입자 크기가 다른 두 시료를 다양한 중량비로 혼합하여 모형실험을 수행하였다.
- 자연에서 발생하는 토석류 발생현상을 실내시험으로 단순화시켜 여러가지 조건에 대하여 토석류가 발생하는 충격 력을 이해하기 위해 토석류 모형실험을 수행하였다. 특히 작은 자갈과 큰 자갈을 이용한 토석류 모형실험을 통해, 단일 시료와 혼합시료가 발생하는 토압을 시간에 따라 측정하여 토석류에 대한 충격력을 실험적으로 산정하였다.
- 혼합시료의 구성 조건은 표 I 과 같다. 작은 자갈과 큰 자갈을 일정 중량비로 섞어 단일 시료 실험의 경우와 같은 무게로 맞춘 뒤에 토석류모형실험을 수행하였다.
- 토석류 모형실험을 통해 측정된 작은 자갈, 큰 자갈, 혼합시료 3, 5, 7 kg을 이용하여 측정된 토압을 표 6에 정리하였다. 표 6을 보면 큰 자갈의 토압이 전반적으로 크게 나타나며 혼합시료의 경우에는 작은 자갈의 비율이 낮을수록 토압이 크게 나타남을 알 수 있다.
- 토석류의 이동 시간 특성을 파악해 보기 위하여 토석류 모형실험 결과로부터 각 시료의 토압계 최초 도달 시간과 최대 토압측정 시간을 측정하였다(표 5).
- Yamamoto A, 외(1998) 는 사방댐 형식 변화에 따른 토석류의 충격력 실험을 하였다. 투과형, 불투과형 사방댐 모형에 자갈시료를 이용하여 각각의 모형 구조물이 받는 충격력을 측정하였으며 그 결과를 개별요소법을 이용한 수치해석을 통해 검증한 결과를 발표하였다. 연구 결과 수치해석과 모형실험 결과는 비교적 잘 일치하는 것으로 보고한 바 있다.
- 특히 작은 자갈과 큰 자갈을 이용한 토석류 모형실험을 통해, 단일 시료와 혼합시료가 발생하는 토압을 시간에 따라 측정하여 토석류에 대한 충격력을 실험적으로 산정하였다.
- 표 6으로부터 각각의 실험 시료 구성 특성, 실험 시료 무게 별 토압 분포 특성을 분석하여 보았다. 각 그래프의 데이터에는 로그 방정식의 추세선을 추가하여 데이터 분포 현황을 파악하였다(그림 17, 18, 19, 20).
- 실험을 수행하였다. 하부로 낙하된 시료는 약 10초 정도면 모두 낙하되지만 하부에 퇴적된 시료가 일정 시간동안 토압계에 영향을 미칠 수 있는지를 확인하기 위하여 60초 정도까지 토압을 측정하였다. 실험에 사용한 시료 및 토압계의 사양을 표 1과 2에 나타내었다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 모형실험 장치 경사를 35。로 유지하여 실험을 수행하였다. 모형실험 장치의 길이는 5m이며 수로 폭은 0.1m, 높이는 0.2m이다. 토압계의 데이터 측정 감도를 높이기 위해 설치된토압계 뒤쪽에는 반력판을 설치하였다.
성능/효과
- 정리하였다(그림 13, 14, 15, 16). 각 실험 시료의 구 성별 최초 도달 시간을 보면 시료 구성 별, 무게별로 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 다만, 7kg의 경우에 약간 늦게 도달되는 현상을 볼 수 있는데, 이는 무게별 토압측정 경우와 같이 모형실험 수로의 영향으로 발생한 현상으로 판단된다(그림 13, 14).
- 토석류가 발생하는 자연지형에서도 상기 기술한 현상이 동일하게 나타날 수 있는 현상인 점을 고려해 볼 때, 토석류의 영향 범위는 토석류가 퇴적된 전구간에 해당하지 않고 일정 범위에 퇴적된 토석들만이 영향을 줄 수 있음을 시사한다고 볼 수 있다. 또한, 혼합시료를 이용하여 실험한 결과의 경우, 혼합시료를 구성하고 있는 작은 자갈의 비율이 높을수록 측정되는 토압이 작게 나타났으며 입자의 평균 지름이 크면 토압이 증가되지만 큰 자갈에 혼합된 평균 지름이 작은 입자들이 존재하면 혼합된 입자들의 양에 따라 토압의 크기가 감소한다. 이러한 결과는 토석류를 구성하고 있는 입자 크기에 따라 발생되는 토압이 다양하게 나타난다고 볼 수 있다.
- Berzi D & Larcan E(2007)도 토석류의 속도에 영향을 미치는 몇 가지 인자를 밝히는 실험을 하였는데, 시료의 포화도 조절, 모형실험장치의 경사조절, 실험장치 바닥판의 거칠기를 조절하여 실험을 수행하였다. 실험결과 포화도가 높을수록 이동 속도가 늦어지고, 경사가 급하고 실험장치 바닥면의 거칠기가 매끄러울수록 이동 속도는 빠르게 나타났다. 김기환 외 (2008)의 결과와 비교해보면 함수비에 따른 실험재료의 이동 양상이 반대로 나타나는 것을 알 수 있는데, 이는 모형실험에 사용한 시료의 차이 및 함수 조건을 조절하는 방법의 차이에서 발생하는 것으로 판단된다.
- 큰 자갈 시료는 초기에 토압이 급격히 증가하다가 약 2~6초 사이에 정확한 첨두점을 보인 후 급격히 감소하는 경향이 나타났다. 1kg 큰 자갈의 경우 초기 충격에 의한 최대 토압이 負21洒/折로 측정되었으나 시간이 지나면서 최종 토압은 IZlkN/k로 일정하게 낮아졌다.
- 큰 자갈 시료의 경우 전반적으로 빠른 낙하 속도에 의한 충격에 의해 초기 최대 토압 값이 크게 측정되는 경향을 보여 작은 자갈과 달리 최대 토압 값과 최종 토압 값의 차이가 약간 크게 나타난다. 큰 자갈의 경우도 작은 자갈의 경우와 마찬가지로 시료의 무게 증가와 비례하게 토압이 증가하는 경향을 보이지는 않고 7kg 시료의 경우 최대 토압은 크게 작용하였으나 최종 토압은 5kg 시료에 비해 낮은 값으로 나타났다(그림 4 참조). 그림 4에 나타난 바와 같이 7kg의 시료를 실험하였을 경우 결과 값이, 5kg을 사용한 경우와 크게 다르지 않거나 오히려 값이 적은 경우를 관찰할 수 있는데, 이는 보다 많은 양의 시료가 일정한 모형실험장치 수로 폭을 통과할 때 입자 상호 간의 간섭으로 인한 영향으로 7kg 시료의 최종토압이 작게 산정된 것으로 판단된다.
- 혼합시료의 경우는 초기에 토압이 급격히 증가하다가 정확한 첨두점을 보인 후 급격히 감소하는 경향을 보이는 큰 자갈과 같은 형태의 토압분포 형상을 나타내고 있으나 일정 시간이후에는 일정한 토압을 유지하고 있어 최종토압 부분에서는 작은 자갈과 같은 경향을 나타내고 있다. 특히 혼합시료의 최종 무게가 3kg의 경우, 혼합시료에서 차지하는 작은 자갈의 비율이 낮을수록 최대 토압 및 최종 토압이 높게 나타났다. 측정되는 토압 값은 시료의 비율별로 다르게 나타났지만, 충격력 형태를 보여주는 그래프는 세 경우가 매우 유사한 양상을 보인다.
후속연구
- 반면 Berzi D & Larcan E(2007)의 실험에서는 자갈을 사용하였으며 물과 자갈을 함께 시료상자에 보관하여 수문을 열어 실험 장치의 수로를 통해 하부로 흘려보내는 방식으로 실험을 하였다. 이러한 점은 토석류를 구성하고 있는 재료의 종류 및 강우시와 강우 완료 후에 따라 토석류의 이동 양상이 다르게 나타날 수 있으므로 보다 많은 연구가 필요할 것으로 생각된다. Tiberghien D.
- 이러한 결과는 토석류를 구성하고 있는 입자 크기에 따라 발생되는 토압이 다양하게 나타난다고 볼 수 있다. 토석류 발생시 나타나는 충격력이 토석류의 양에 비례하게 증가하지 않으며 토석류를 구성하고 있는 입자 크기의 구성비에 따라 충격력의 양상이 다양하게 나타난다면 이런 점을 고려하여 토석류 대책구조물을 설계하는 방법을 개발해야 할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.