제체 내 누수와 관련이 있는 파이핑(piping) 현상은 제방 내에 큰 공동이나 수로를 만들어 제체의 붕괴 및 부등 침하를 일으키고 최종적으로 하천제방의 붕괴를 초래한다. 따라서 파이핑 현상에 의한 제방 붕괴에 적절하게 대응하고, 이에 대한 적절한 대책공법을 마련하기 위해서는 파이핑 현상에 의한 제방 붕괴 메카니즘을 분석할 필요가 있다. 이 연구에서는 축소 모형시험과 대형 모형시험을 수행하여 파이핑에 의한 제방 붕괴 형상 및 메카니즘을 분석하였으며, 침투압 시험을 수행하여 파이핑 대책공법으로 제안된 Hydraulic well의 침투압 분포 특성을 평가하였다. 연구 결과, 축소 모형시험을 통해 파이핑 안전율이 낮을수록 제방 붕괴 형상이 뚜렷하게 나타났으며, 대형 모형시험에서는 파이핑으로 인한 제방의 국부적인 손상 유형을 파악할 수 있었다. 또한 Hydraulic well의 침투압 시험을 통해 well의 중심 아래에서 파이핑 억제 효과가 가장 큰 것으로 평가되었다. 연구 결과의 신뢰성을 향상시키기 위해서 다양하고 연계성이 있는 모형시험 조건을 적용한 추가연구가 필요하지만, 이 연구는 파이핑에 의한 제방 붕괴 메카니즘 분석 및 대책공법 마련에 대한 기초 연구자료로 활용이 가능하다고 판단된다.
제체 내 누수와 관련이 있는 파이핑(piping) 현상은 제방 내에 큰 공동이나 수로를 만들어 제체의 붕괴 및 부등 침하를 일으키고 최종적으로 하천제방의 붕괴를 초래한다. 따라서 파이핑 현상에 의한 제방 붕괴에 적절하게 대응하고, 이에 대한 적절한 대책공법을 마련하기 위해서는 파이핑 현상에 의한 제방 붕괴 메카니즘을 분석할 필요가 있다. 이 연구에서는 축소 모형시험과 대형 모형시험을 수행하여 파이핑에 의한 제방 붕괴 형상 및 메카니즘을 분석하였으며, 침투압 시험을 수행하여 파이핑 대책공법으로 제안된 Hydraulic well의 침투압 분포 특성을 평가하였다. 연구 결과, 축소 모형시험을 통해 파이핑 안전율이 낮을수록 제방 붕괴 형상이 뚜렷하게 나타났으며, 대형 모형시험에서는 파이핑으로 인한 제방의 국부적인 손상 유형을 파악할 수 있었다. 또한 Hydraulic well의 침투압 시험을 통해 well의 중심 아래에서 파이핑 억제 효과가 가장 큰 것으로 평가되었다. 연구 결과의 신뢰성을 향상시키기 위해서 다양하고 연계성이 있는 모형시험 조건을 적용한 추가연구가 필요하지만, 이 연구는 파이핑에 의한 제방 붕괴 메카니즘 분석 및 대책공법 마련에 대한 기초 연구자료로 활용이 가능하다고 판단된다.
The presence of piping in a levee body allows water seepage to occur by producing a large cavity or water tunnel within it, ultimately resulting in the failure of the river levee and differential settlement. In order to properly cope with river levee failure due to piping and establish a proper reme...
The presence of piping in a levee body allows water seepage to occur by producing a large cavity or water tunnel within it, ultimately resulting in the failure of the river levee and differential settlement. In order to properly cope with river levee failure due to piping and establish a proper remediation method for this problem, it is necessary to analyze the failure mechanism of the river levee due to piping. Therefore, this study analyzed the shape and mechanism of river levee failure due to piping through small-scale and large-scale models and evaluated the seepage pressure distribution characteristics in the hydraulic well, which has been suggested as a remediation method for piping. According to the results of this study, as the safety factor for the piping in the river levee decreased, the river levee failure shape was more clearly shown through the small-scale model test. In the large-scale model test, the type of local damage to the levee due to the piping was identified and the evaluation showed that the hydraulic well had the largest effect on the inhibition of piping below the center of the well. A follow-up study is needed to confirm the reliability of the results. However, it is thought that this study can be utilized as the baseline data for research into the piping-induced river levee failure mechanism and for the preparation of a remediation method.
The presence of piping in a levee body allows water seepage to occur by producing a large cavity or water tunnel within it, ultimately resulting in the failure of the river levee and differential settlement. In order to properly cope with river levee failure due to piping and establish a proper remediation method for this problem, it is necessary to analyze the failure mechanism of the river levee due to piping. Therefore, this study analyzed the shape and mechanism of river levee failure due to piping through small-scale and large-scale models and evaluated the seepage pressure distribution characteristics in the hydraulic well, which has been suggested as a remediation method for piping. According to the results of this study, as the safety factor for the piping in the river levee decreased, the river levee failure shape was more clearly shown through the small-scale model test. In the large-scale model test, the type of local damage to the levee due to the piping was identified and the evaluation showed that the hydraulic well had the largest effect on the inhibition of piping below the center of the well. A follow-up study is needed to confirm the reliability of the results. However, it is thought that this study can be utilized as the baseline data for research into the piping-induced river levee failure mechanism and for the preparation of a remediation method.
따라서 이 연구에서는 축소 및 대형 모형시험을 통해 파이핑에 의한 제방 붕괴 형상 및 메카니즘을 분석하고자 하고, 파이핑 대책공법으로 제시된 Hydraulic well의 침투압 분포 특성을 평가하고자 한다.
가설 설정
0 등으로서 소하천설계기준(2012)을 만족하도록 하였다. 이때 둑마루폭의 경우 제방이 침윤선에 의해 제체누수가 발생하지 않아야 하므로 사전에 정상침투해석을 수행하여 침윤선이 제방 하단부 소단에 도달하지 않는 최소 둑마루폭인 2.5m로 설정하였다.
제안 방법
이러한 월륜공법의 단점을 개선하기 위해 Fig. 12와 같이 Hydraulic well을 개발 및 제작하였으며, 이 연구에서는 Hydraulic well의 침투압 시험을 수행하여 지반 내 침투압 분포 특성을 평가하고자 하였다.
대상 데이터
대형 모형시험에 사용된 흙은 축소 모형시험과 같이 안동지역 부근 낙동강 하상토인 모래를 사용하였으며, Fig. 7은 대형 모형시험에 사용된 수로이다. 수로의 제원은 3.
축소 모형시험에서는 하천제방특성을 고려하여 안동 지역 부근 낙동강 하상토인 모래를 사용하였으며, 이 모래의 물성값 및 역학적 특성값은 Tabel 1과 같다. KWRA(2009)[9]에 따르면 통일분류법에 근거하여 최대 입경이 100mm 이하인 입도가 균등한 하상모래(SP)의 사용을 금지하고 있으나, 안정성이 확보되는 것을 확인한다면 사용이 가능하다.
이론/모형
4은 축소 모형시험에 사용된 모형제방 단면도이다. 모형제방 단면을 결정하기 위해서는 둑마루폭, 제내외지 경사, 제방고 등을 결정해야 하는데, 본 연구는 둑마루폭, 비탈경사 등에 따른 제방붕괴특성에 관한Lee(1999)[10]의 연구내용 중 관련 상사 법칙을 인용하였고, 모형제방 단면의 경우 월류 제방붕괴특성에 관한 Kim et al.(2015)[11]의 연구내용을 참조하여 모형제방 단면을 Fig. 4(둑마루폭 0.4m, 제내외지 경사 1:2.0, 제방고 0.7m)와 같이 결정하였다.
성능/효과
(1) 축소 모형시험을 통해 파이핑 안전율이 낮은 경우(Fs = 0.27 , 0.77) 파이핑 원형형상이 뚜렷하지만, 파이핑 안전율이 높은 경우(Fs = 1.21) 파이핑 원형형상은 나타나지 않고 제방 하부가 전체적으로 고르게 파괴되는 양상을 보인다. 또한 시간에 따른 파이핑 형상비를 비교한 결과, 파이핑 메카니즘 특성은 동수경사와 제체재료의 공학적 특성에 기인하여 발생되는 것으로 판단된다.
31%의 침투압 감소 효과가 있는 것으로 평가되었다. 이를 통해 Hydraulic well은 well의 직하에서 파이핑 억제 효과가 가장 큰 것으로 판단된다.
(3) 파이핑 대책공법으로 제시된 Hydraulic well의 침투압 시험을 수행하였다. 침투압 시험을 통해 수위 70cm에서 Hydraulic well 직하의 경우 지표 밑 5cm는 88.15%, 지표 밑 15cm는 62.73%, 지표 밑 25cm는 62.52%의 침투압 감소효과가 있고, 측벽부의 경우 이격거리 35cm에서 지표 밑 5cm는 25.49%, 지표 밑 15cm는 28.64%, 이격거리 45cm에서 지표 밑 5cm는 27.31%의 침투압 감소 효과가 있는 것으로 평가되었다. 이를 통해 Hydraulic well은 well의 직하에서 파이핑 억제 효과가 가장 큰 것으로 판단된다.
후속연구
(4) 이 연구는 파이핑에 의한 제방 붕괴 메카니즘 분석 및 대책공법 마련에 대한 기초 연구자료로 활용이 가능하다고 판단되며, 연구 결과의 신뢰성을 높이고 각 모형시험 결과의 직, 간접적인 비교 및 분석을 위해서 다양하고 연계성 있는 시험 조건을 적용한 추가연구가 필요하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
제체 및 지반 누수의 원인은 무엇인가?
우리나라의 경우 집중호우와 그로 인한 홍수의 발생이 여름철(6~9월)에 집중되며, 이러한 강우 특성은 하천수위의 급상승과 급강하를 일으킨다. 하천수위의 급변동(급상승 및 급강하)에 의한 하천수의 제방 침투는 제체 내 침윤선과 침투유속, 동수경사 등을 변화시켜 하천제방의 내구성에 큰 손상을 주게 된다[1]. 이러한 현상은 제체 및 지반 누수의 원인이며, 파이핑(piping)에 의한 제방 붕괴를 야기 시킨다.
하천제방은 무엇인가?
하천제방(river levee)은 제외지의 하천수 범람으로부터 제내지의 인명 및 재산 등을 보호하기 위해 설치된 수공구조물(hydraulic structure)이다. 우리나라의 경우 집중호우와 그로 인한 홍수의 발생이 여름철(6~9월)에 집중되며, 이러한 강우 특성은 하천수위의 급상승과 급강하를 일으킨다.
모형제방 단면을 결정하기 위해서는 무엇을 먼저 결정해야하는가?
4은 축소 모형시험에 사용된 모형제방 단면도이다. 모형제방 단면을 결정하기 위해서는 둑마루폭, 제내외지 경사, 제방고 등을 결정해야 하는데, 본 연구는 둑마루폭, 비탈경사 등에 따른 제방붕괴특성에 관한Lee(1999)[10]의 연구내용 중 관련 상사 법칙을 인용하였고, 모형제방 단면의 경우 월류 제방붕괴특성에 관한 Kim et al.(2015)[11]의 연구내용을 참조하여 모형제방 단면을 Fig.
참고문헌 (13)
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