[논문]하천 보축제체의 배수통문 구조물 측면부 침투 특성

양학영; 김영묵

doi:10.14481/jkges.2020.21.4.19

하천 보축제체의 배수통문 구조물 측면부 침투 특성
Seepage Behaviors on the Box Culvert Side of Enlarged Levee 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.21 no.4, 2020년, pp.19 - 30

양학영 (Taesung E&C co., Ltd.) , 김영묵 (Department of Civil & Environmental Engineering, Hanbat National University)

초록
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본 연구는 하천 보축제체 내부를 관통하여 설치되는 배수통문 구조물 연결부에서 누수가 발생하는 경우 구조물 측면의 침투 특성을 파악하고 이러한 측면 침투 거동에 따른 파이핑 등이 제체 안정에 미치는 영향을 분석한 수치해석적 연구이다. 측면 침투 거동을 고려하기 위해 동일한 모델에 대해 2차원 및 3차원 수치해석을 수행하였다. 그리고 측면 침투의 영향을 분석하고 수치 해석의 타당성을 평가하고자 하였다. 연구 결과, 제외지에 수문이 위치한 조건에서 누수가 발생하고 측면 침투를 고려하는 경우 구조물 누수지점 인근의 최대간극수압은 누수가 발생하지 않는 정상적인 침투 상태에 비해 절반 정도로 감소하였다. 특히 측면 침투를 고려하지 않는 경우 구조물 하부에서 과도한 간극수압 변화를 보였다. 구조물 상부와 하부의 동수경사는 고수위로 수위가 상승하면서 한계동수경사보다 큰 동수경사를 나타내고 있어 장기간 파이핑에 취약할 것으로 판단된다. 제내지에 수문이 위치하고 측면침투를 고려하지 않는 경우 동수경사와 침투유속 등 침투수의 영향은 측면침투를 고려하는 경우에 비해 과소하게 해석되었다. 수문이 제외지에 위치하고 누수가 발생하여 파이핑 발생 또는 제체 재료 유실이 우려되는 경우 측면 침투를 무시하게 되면 최대 동수경사는 상대적으로 작게 나타났다. 그리고 한계동수경사를 초과하는 기간도 짧은 시간대로 해석되었다. 결과적으로 측면 침투를 무시하게 되면 파이핑 발생 가능성을 과소하게 평가할 수 있어 주의해야 할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This numerical study is to investigate the seepage characteristics of the side of the structure in the event of leakage from the structural connection part of the drainage structure installed through the enlarged levee, and to analyze the effect of piping on the stabilization of the levee by the lateral penetration behavior. To take into account lateral seepage behavior, 2D and 3D numerical analyses were performed on the same model, and the effect of lateral seepage was analyzed to assess the validity of the numerical analysis. As a result, when leakage occurs and a lateral seepage is considered with the gate located on the riverside land, the maximum pore water pressure near the leakage point of the structure has been reduced by half compared to the normal seepage state where no leakage occurred. Excessive variation in the pore pressure was shown at the lower part of the structure, especially if lateral seepage is not considered. As a water level rises to the high water level, it shows the hydraulic gradient was larger than the critical hydraulic gradient, which will be vulnerable to long-term piping. If a gate is located in the inland and side seepage is not considered, the effect of the seepage water such as hydraulic gradient and seepage velocity is underestimated compared with the case of considering side seepage. The maximum hydraulic gradient is relatively small when lateral seepage is neglected if a gate is located in the riverside land and there was might be a risk of piping or loss of material. In addition, the period exceeding the critical hydraulic gradient was interpreted as a short time zone. As a result, it is considered that the possibility of piping can be underestimated if side seepage is ignored.

주제어

표/그림 (22)

그림 Fig. 1. Cross section of the site (MLTMA, 2012; Yang & Kim, 2018)
그림 Fig. 2. Grain size distribution curve of soils (MLTMA, 2012; Yang & Kim, 2018)
그림 Fig. 3. Soil water retention curve of the materials (Yang & Kim, 2018; Yang, 2019)
그림 Fig. 4. Unsaturated hydraulic conductivity of the materials (Yang & Kim, 2018; Yang, 2019)
표 Table 1. Soil properties (MLTMA, 2012; Yang & Kim, 2018)
그림 Fig. 5. FEM meshes for numerical analysis
그림 Fig. 6. Location of leakage occurs (detail 'A')
그림 Fig. 7. Variations of water level (MLTMA, 2012; Yang, 2019)
그림 Fig. 8. Analysis location
그림 Fig. 9. Analysis location of the sidewall on the structure
표 Table 2. Case of numerical analyses
그림 Fig. 10. Change of pore water pressure (no leakage)
그림 Fig. 11. Change of pore water pressure (leakage)
그림 Fig. 12. Comparison of 3D hydraulic gradient and 2D hydraulic gradient
그림 Fig. 13. Change of flow velocity
그림 Fig. 14. Change of pore water pressure at the wallside on the structure (no leakage)
그림 Fig. 15. Change of pore water pressure at the wallside on the structure (riverside gate)
그림 Fig. 16. Change of pore water pressure at the wallside on the structure (inland gate)
그림 Fig. 17. Change of hydraulic gradient at the wallside on the structure (riverside gate)
그림 Fig. 18. Change of hydraulic gradient at the wallside on the structure (inland gate)
그림 Fig. 19. Change of flow velocity at thewall side on the structure (riverside gate)
그림 Fig. 20. Change of flow velocity at the wallside on the structure (inland gate)

AI 본문요약
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문제 정의

본제체와 보축제체간의 이질적인 침하가 발생하고 배수통문과 같이 제체를 횡단하여 설치되는 구조물의 손상이 발생하면 이로 인한 누수는 구조물 상부 및 하부뿐만 아니라 구조물 측면 파손부에서도 발생할 수 있다. 본 연구 조건에서는 구조물 측면부에서의 누수는 고려하지 않고 Fig. 6에서 보는 바와 같이 구조물 상부와 하부에서의 누수를 고려하고 있는데, 이는 구조물 측면으로의 침투 특성을 고려할 수 없는 2차원 침투 해석 조건과 동일한 조건을 설정하기 위한 것이다.
본 연구는 하천 제체 내부를 관통하여 설치되는 배수통문 구조물에서의 누수 발생 시 구조물 측면으로의 침투 특성을 파악하고 이러한 측면 침투 거동이 파이핑 등에 의한 제체 안정에 미치는 영향에 관련한 수치해석적 연구이다. 즉, 누수 발생 시 이로 인한 파이핑 등의 제체 불안정 조건을 분석하기 위한 것으로 지반 압밀 등으로 인한 지반 변위과정은 고려하지 않았으며, 수치해석을 통한 침투해석에 국한하여 연구한 것이다.
측면부의 침투 거동을 분석하기 위해서는 3차원 해석이 필요하다. 본 연구에서는 배수통문 구조물 측면부를 통한 제체 내부의 흐름 영향을 분석하기 위해 구조물 누수부로부터 제체 내부 쪽으로 구조물 측면부, 그리고 인접부의 제체 위치를 정하여 침투 분석을 수행하였다. 즉, 구조물로부터 제체내의 침투거동을 분석하기 위해 A지점과 B지점에서의 분석위치는 배수통문 구조물의 중심부로부터 구조물의 폭(D)을 기준으로 측면외부 접촉부인 0.
본 연구에서는 측면 침투 거동을 고려하기 위해 동일한 모델에 대해 2차원 및 3차원 수치해석을 행하였으며, 비교분석을 통하여 측면 침투의 영향을 분석하고 수치해석의 타당성을 평가하고자 하였다. 이를 통하여 실용적으로 수치해석 적용 시 주의해야 할 사항을 지적하여 실제 적용에 도움을 주고자 하는 것이다.
본 연구에서는 측면 침투 거동을 고려하기 위해 동일한 모델에 대해 2차원 및 3차원 수치해석을 행하였으며, 비교분석을 통하여 측면 침투의 영향을 분석하고 수치해석의 타당성을 평가하고자 하였다. 이를 통하여 실용적으로 수치해석 적용 시 주의해야 할 사항을 지적하여 실제 적용에 도움을 주고자 하는 것이다.
본 연구는 하천 제체 내부를 관통하여 설치되는 배수통문 구조물에서의 누수 발생 시 구조물 측면으로의 침투 특성을 파악하고 이러한 측면 침투 거동이 파이핑 등에 의한 제체 안정에 미치는 영향에 관련한 수치해석적 연구이다. 즉, 누수 발생 시 이로 인한 파이핑 등의 제체 불안정 조건을 분석하기 위한 것으로 지반 압밀 등으로 인한 지반 변위과정은 고려하지 않았으며, 수치해석을 통한 침투해석에 국한하여 연구한 것이다.

제안 방법

Fig. 1의 배수통문을 포함하는 보축제체에 대한 비정상류의 측면 침투 특성을 분석하기 위해 3차원 수치해석을 행하였다. 이때 3차원 유한요소망은 Fig.
누수 발생으로 인한 구조물 측면부의 흐름 특성을 이해하기 위해 누수가 발생하지 않는 경우의 간극수압 변화를 분석하였다. Fig.
이때 배수통문에 설치된 수문은 제외지에 위치하는 경우도 있고 제내지에 위치한 경우도 있어 수문의 위치에 따라 제체 침투 특성은 다르게 나타나게 되므로 이를 고려하여 해석 조건을 설정하였다. 또한, 제체를 관통하는 배수통문에 의한 누수가 발생하지 않는 경우를 비교 조건으로 하여 해석을 하였으며, 그 결과를 비교 분석하였다.
배수통문 내부 및 누수 발생 위치의 절점은 주변 토질재료보다 극단적으로 큰 투수계수(k=10⁵m/day)를 입력하여 파손부로의 침투수가 유입되는 누수 발생 현상이나 통문내부 에서 물의 흐름에 최대한 제약이 되지 않도록 모사하였다.
배수통문 누수부는 본제체와 증축제체 사이의 경계부로서 박스 구조물 상부 및 하부에 0.05m 이격을 두고 이 이격부에 유한요소 및 투수 경계조건을 설정하였다. 즉, 배수통문 구조물의 외부는 불투수층으로 조건을 설정하고 누수부는 투수조건으로 경계조건을 설정시켜 누수부로의 침투수 유출입이 가능하도록 하였다.
배수통문 측면부의 흐름을 분석하기 위해서 요소분할은 배수통문 구조물 폭 크기인 D=1m를 기준으로 하여 분할하였다. 즉, 구조물과 제체 구성 흙과의 접촉부는 중심축으로 부터 0.
보축제체의 사례를 모델로 하여 기존 제체에 위치한 배수통문 구조물과 신설부, 즉 보축부에 위치한 배수통문 구조물과의 연결부에서 누수가 발생할 경우 파이핑 발생으로 인한 제체 손상이나 안정성 손상에 대한 예측, 판단 등에 도움이 될 수 있는 내용에 주안점을 두고 간극수압 및 동수경사의 변화 등을 분석하였다.
본 연구에서 비교분석을 위해 Yang & Kim(2018)의 2차원 해석 모델을 참고하고, 3차원 모델의 배수통문 구조물의 중심부 단면을 모델로 하여 2차원 해석도 행하였다.
그리고 배수통문 구조물의 요소 분할이 복잡하여 해석 결과에 대한 분석 위치 추적이 용이하지 않다. 본 연구에서는 보다 실용적인 적용성을 높이기 위해 배수통문 중심축을 기준으로 제체가 좌우 대칭임을 감안하여 3차원으로 모델링하는 방법을 적용하였다. 이에 대한 내용을 정리하면 다음과 같다.
8과 같다. 여기서 분석위치의 설정은 Jin(2013), Yang(2019)의 원심모형실험 및 기존 연구 등을 통해 간극수압 등 누수 발생 시 침투 거동의 변화가 가장 심하게 영향을 받는다고 판단되는 누수부 인근으로 설정하였다.
홍수나 폭우 등으로 인해 하천 수위가 상승하게 되면 하천수가 제내지로 역류되는 것을 방지하기 위해 제체를 관통하여 설치된 배수통문의 수문을 닫게 된다. 이때 배수통문에 설치된 수문은 제외지에 위치하는 경우도 있고 제내지에 위치한 경우도 있어 수문의 위치에 따라 제체 침투 특성은 다르게 나타나게 되므로 이를 고려하여 해석 조건을 설정하였다. 또한, 제체를 관통하는 배수통문에 의한 누수가 발생하지 않는 경우를 비교 조건으로 하여 해석을 하였으며, 그 결과를 비교 분석하였다.
5m 및 1m, 기존제체와 하부의 연약점토층은 1m, 그리고 그 이하 원지반은 2m로 설정하였다. 전반적으로 수치해석을 위한 분할요소의 크기는 구조물기초 설계기준 해설(KGS, 2009)에서 제안하는 제체 높이(H)의 1/10 이하가 되도록 설정하였다. 간극수압, 동수경사 및 침투유속을 분석하였으며, 이때 분석 값은 분석위치를 중심으로 분석위치 절점에 접한 요소들의 평균값으로 하였다.
측면 침투 특성을 분석하기 위한 침투해석 시 지반 및 제체를 구성하고 있는 재료의 체적함수비와 부간극수압 관계 등 불포화 함수특성은 기존 자료를 활용하였다. 제체 구성재료의 입도 등의 물리적 특성, 투수시험 결과 및 기존 자료 등을 참고하여 유사한 특성을 갖고 있다고 판단되는 흙의 불포화 특성을 활용하였다.
제체의 침투 거동 및 파이핑 등에 의한 제체 안정 분석을 위해 누수발생 위치인 구조물 중앙부 상부 A와 구조물 하부 B 등 2개 위치를 설정하여 분석하였다. 이때 각각의 분석 위치는 구조물로부터 0.
배수통문 측면부의 흐름을 분석하기 위해서 요소분할은 배수통문 구조물 폭 크기인 D=1m를 기준으로 하여 분할하였다. 즉, 구조물과 제체 구성 흙과의 접촉부는 중심축으로 부터 0.5D에 위치하고 있으며, 구조물 측면으로부터 요수 분할 시 임의의 위치에서의 흐름 특성을 분석하고 해석 결과 추적의 용이성을 위해 요소의 횡방향 크기를 1m로 일정 하게 하였다.
본 연구에서는 배수통문 구조물 측면부를 통한 제체 내부의 흐름 영향을 분석하기 위해 구조물 누수부로부터 제체 내부 쪽으로 구조물 측면부, 그리고 인접부의 제체 위치를 정하여 침투 분석을 수행하였다. 즉, 구조물로부터 제체내의 침투거동을 분석하기 위해 A지점과 B지점에서의 분석위치는 배수통문 구조물의 중심부로부터 구조물의 폭(D)을 기준으로 측면외부 접촉부인 0.5D 및 구조물로부터 1D, 2D, 및 5D를 정하였으며, 이는 Fig. 9와 같다.
05m 이격을 두고 이 이격부에 유한요소 및 투수 경계조건을 설정하였다. 즉, 배수통문 구조물의 외부는 불투수층으로 조건을 설정하고 누수부는 투수조건으로 경계조건을 설정시켜 누수부로의 침투수 유출입이 가능하도록 하였다.
해석 모델의 실제 구성은 제체 내부에 배수통문 구조물이 설치되어 있는 형상이다. 즉, 배수통문은 중심축을 기준으로 제체가 좌우 대칭 형태를 보이고 있으며, 이를 감안하여 배수통문 횡단면 중심축을 기준으로 폭 10m의 반단면 제체를 모델링 하였다. 이때 배수통문 구조물의 횡단면 중심축의 표면, 즉 횡방향 X축과 높이 Z축의 XZ면은 Fig.
하천 보축제체의 배수통문 구조물 연결부에서 누수가 발생하는 경우 이로 인한 제체 침투거동에 관련하여 수치해석을 행하였다. 분석 결과를 정리하면 다음과 같다.

대상 데이터

본 해석 모델은 금강하류 지역에 위치하고 있는 기존제체에 제외지측으로 보축이 이루어진 전형적인 보축제체로서 배수통문 구조물은 제체를 횡단하여 설치되어 있으며, 기존제체 구간으로부터 직접 연결하여 보축 구간까지 연장 설치되었다. 기존제체는 1:2.0 기울기로 축조되어 있었으나 보축 시 1:3.0으로 시공되었으며, 제체 높이는 최대 10m이고, 기초지반은 약 10m 두께의 연약점토층으로 구성되어 있다. 고수위(H.
본 연구 대상 모델의 제체를 구성하고 있는 성토재료는 통일분류법상 실트질모래(SM)로 분류되며, 일반적인 성토재료로 활용되는 화강풍화토로서 흙의 입도, 투수계수 등 물리적, 공학적 특성이 유사한 것으로 판단되는 성환 풍화토의 자료(Ryu, 1997; Yang & Kim, 2018)를 적용하였으며, 연약점토로 구성된 기초지반은 입도분포곡선과 투수계수 등을 참고하여 기 발표된 점성토 자료(GEOSLOPE, 2012)를 환산하여 적용하였다.
본 해석 모델은 금강하류 지역에 위치하고 있는 기존제체에 제외지측으로 보축이 이루어진 전형적인 보축제체로서 배수통문 구조물은 제체를 횡단하여 설치되어 있으며, 기존제체 구간으로부터 직접 연결하여 보축 구간까지 연장 설치되었다. 기존제체는 1:2.
본 해석에서 중요한 조건으로 제시되는 실제 배수통문 크기는 1m×1m의 사각단면으로서 높이 1m는 유지하고 폭은 횡단면 중심축을 기준으로하기 위하여 0.5m로 설정하였다.
측면 침투 특성을 분석하기 위한 침투해석 시 지반 및 제체를 구성하고 있는 재료의 체적함수비와 부간극수압 관계 등 불포화 함수특성은 기존 자료를 활용하였다. 제체 구성재료의 입도 등의 물리적 특성, 투수시험 결과 및 기존 자료 등을 참고하여 유사한 특성을 갖고 있다고 판단되는 흙의 불포화 특성을 활용하였다.
해석 모델의 실제 구성은 제체 내부에 배수통문 구조물이 설치되어 있는 형상이다. 즉, 배수통문은 중심축을 기준으로 제체가 좌우 대칭 형태를 보이고 있으며, 이를 감안하여 배수통문 횡단면 중심축을 기준으로 폭 10m의 반단면 제체를 모델링 하였다.
해석 모델의 요소 크기는 침투 영역의 크기 등 외형적인 조건과 침투 거동 시의 역할, 중요도 등의 내적인 조건 등을 고려하여 배수통문 내부, 누수 발생부, 누수 위치 주변 및 보축제체는 0.5m 및 1m, 기존제체와 하부의 연약점토층은 1m, 그리고 그 이하 원지반은 2m로 설정하였다. 전반적으로 수치해석을 위한 분할요소의 크기는 구조물기초 설계기준 해설(KGS, 2009)에서 제안하는 제체 높이(H)의 1/10 이하가 되도록 설정하였다.

데이터처리

전반적으로 수치해석을 위한 분할요소의 크기는 구조물기초 설계기준 해설(KGS, 2009)에서 제안하는 제체 높이(H)의 1/10 이하가 되도록 설정하였다. 간극수압, 동수경사 및 침투유속을 분석하였으며, 이때 분석 값은 분석위치를 중심으로 분석위치 절점에 접한 요소들의 평균값으로 하였다.

이론/모형

본 연구에서는 이러한 기존연구 등을 참고하여 실험결과와 일치도가 높다고 평가되고 있는 Fredlund & Xing(1994)의 함수특성곡선을 활용하여 체적함수비와 부간극수압의 관계로부터 구하였다(Yang &Kim, 2018; Yang, 2019).
본 자료는 제체 보축 시공에 따른 준공 도서를 참고하였다(MLTMA, 2012;Yang & Kim, 2018).
6과 같이 모델링 하였다. 이때 사용된 수치해석방법은 FEM(Finite Element Method)으로 MAIDASGTS NX(MAIDAS IT, 2016)를 사용하였다.

성능/효과

(1) 제외지에 수문이 위치한 조건에서 누수 발생 시 측면침투를 고려하는 경우 구조물 누수지점 인근의 최대간극수압은 누수가 발생하지 않는 상태에 비해 절반 정도로 감소하였다. 이러한 간극수압의 감소 현상은 구조물의 누수 및 제체내부의 파이핑 등에 의한 제체 안정 손실을 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
(2) 제외지에 수문이 위치하는 경우 구조물 하부에서의 간극수압은 구조물 침투를 고려하지 않게 되면 누수 전에는 과도하게 평가하고 있으며, 누수발생 후에는 과소하게 평가되었다.
(3) 제외지에 수문이 위치하고 있고 누수가 발생하게 되면 구조물 측면 침투를 고려하는 경우 고수위로부터 저수위로 하강한 이후 한계동수경사보다 큰 값을 한동안 지속적으로 보이고 있어 장기간 파이핑에 취약할 수 있는 것으로 판단된다.
(4) 제내지에 수문이 위치한 조건에서 측면침투를 고려하지 않는 경우 동수경사와 침투유속 등 침투수의 영향은 측면침투를 고려하는 경우에 비해 과소하게 해석되었다.
(5) 제내지에 수문이 위치한 조건에서 누수 발생 시 구조물 측면 접촉부의 간극수압은 구조물 중심부와 유사하게 크게 나타나고 있어 구조물과 제체와의 접촉부의 강도 정수가 제체부에 비해 상대적으로 작은 경우 제체 안정성 관점에서 취약부로 발전할 수 있을 것으로 우려된다.
(6) 누수 발생 시 배수통문 구조물 측면부의 누수 영향은 구조물 중심부에서 폭의 약 5배 정도 떨어진 위치에서는 작게 나타났다.
(7) 제외지에 수문이 위치한 경우 구조물과 제체와의 접촉부에서의 동수경사는 구조물 상하 누수부 최대동수경사의 약 절반 이하의 크기를 보였다.
결과적으로 제외지에 수문이 위치하는 경우 구조물로부터 누수가 발생하게 되면서 간극수압은 대략 50% 정도 감소하였으며, 이러한 간극수압의 감소 현상을 참고해보면 제체내부의 파이핑 등에 의한 제체 안정 손실을 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
구조물 측면 침투를 고려하게 되면 이를 무시한 경우보다 상대적으로 누수부의 침투유속이 증가하였으며, 결과적으로 구조물의 측면 침투 흐름이 파이핑 발생 우려에 상대적으로 기여하고 있는 것으로 보인다. 최대 침투유속은 A에서는 고수위에서 수위 하강 전으로 측면 침투를 고려하는 경우 1.
1kPa를 보이고 있다. 누수가 발생하지 않는 정상적인 침투 시 최대 24.5kPa과 비교하여 보면 약 140% 이상 증가한 값이며, 제체 하부 누수지점 B의 경우에도 약 59.8kPa로서 누수가 발생하지 않는 경우의 46.5kPa과 비교하여 약 130%의 증가를 보이고 있다. 이는 파이핑에 의한 제체 손실이 우려되는 제외지에 수문이 위치한 경우와 달리 구조물 내부로부터 제체로 하천수가 침투하여 간극수압이 증가하게 되는 것으로 이러한 간극수압 증가로 인해 제외지측의 제체 사면 안정성이 감소할 우려가 있다.
본 해석 결과를 보면 구조물 측면부 제체와의 접촉부에서의 침투유속은 누수가 없는 경우에 비해 크게 나타나고 있어 해석 시 이를 고려하는 것이 중요하다. 2차원 수치해 석에서는 구조물 측면부로의 침투 영향을 고려할 수 없으므로 실제와는 다를 수 있음을 주의해야 할 것으로 판단된다.
제외지에 수문이 위치하는 조건에서 구조물 측면 침투를 무시하는 경우 누수 전 구조물 상부 A의 간극수압은 측면침투를 고려하는 경우와 유사한 21.7kPa을 보였으나 누수 발생 시 2.7kPa로 감소하였고, 하부 B에서는 누수 전 64.1kPa가 11.7kPa로 감소하여 결과적으로 누수 발생 시 대략 80%이상 감소하는 것으로 나타났다. 즉, 누수 발생 시 측면 침투가 무시되는 경우 지나치게 큰 변화를 보이고 있어 해석 결과 분석 시 주의가 필요할 것으로 판단된다.
배수통문 하부 B에서의 간극수압은 상부와는 달리 차이를 보이고 있다. 즉, 수위 상승 후 고수위를 유지하는 동안 최대간극수압은 측면부 흐름을 고려하지 않는 2차원 해석 결과에서는 64.1kPa로 일정하게 유지하고 있는 반면, 측면부 흐름을 고려하는 3차원 해석 결과에서는 Fig. 10에서 보는 바와 같이 지속적으로 상승하는 경향을 보이고 있으며 수위 하강 전 최대 간극수압은 46.5kPa를 보이고 있다. 이러한 차이는 2차원 해석에서는 구조물이 불투수층으로 간주되어 구조물 하부 B에서의 간극수압은 단순하게 제체 하부로부터 정수압 형태로 나타나기 때문으로 보이며, 이는 실제보다 과대하게 해석되는 값으로 판단된다.
13(b)에서 보는 바와 같이 상부 누수부 A에서의 최대 침투 유속은 측면부 흐름을 고려한 경우의 1/3 수준으로 낮게 평가되고 있으며, 하부 누수부 B의 경우에는 더욱 큰 차이를 보이고 있어 구조물 측면 침투를 무시한 경우 실제와는 큰 차이를 나타내고 있다. 즉, 제내지에 수문이 위치하는 경우는 측면침투를 고려하지 않는 해석은 결과적으로 지나치게 낮게 해석하는 경향이 있었다.

후속연구

(8) 누수 발생 시 파이핑 또는 제체 재료 유실이 우려되는 수문이 제외지에 위치한 경우 최대 동수경사는 구조물 측면 침투를 무시하게 되면 상대적으로 작게 나타나고 있으며, 한계동수경사를 초과하는 기간도 짧은 시간대로 해석하고 있어 결과적으로 측면 침투를 무시하게 되면 파이핑 발생 가능성을 과소하게 평가할 수 있어 주의해야 할 것으로 판단된다.
본 해석 결과를 보면 구조물 측면부 제체와의 접촉부에서의 침투유속은 누수가 없는 경우에 비해 크게 나타나고 있어 해석 시 이를 고려하는 것이 중요하다. 2차원 수치해 석에서는 구조물 측면부로의 침투 영향을 고려할 수 없으므로 실제와는 다를 수 있음을 주의해야 할 것으로 판단된다.
이러한 보축 제체에서 배수통문과 같은 구조물에서의 파손이나 변형 등에 의해 누수가 발생한다면 제체의 안정 및 관리에 중요한 문제가 될 수 있다. 그러므로 누수 또는 파이핑 등에 의한 제체 불안정 조건을 보다 용이하게 판단하거나 예측할 수 있다면 실용적인 관점에서 제체 안정 관리 및 방재에 기여하는 바를 기대할 수 있을 것이다.
2차원 수치 해석에서는 경계조건 설정 시 제체내에 설치된 배수통문과 같은 구조물이 불투수층으로 간주되므로 구조물 측면으로의 침투는 고려하기 곤란하며, 구조물 측면으로의 침투 거동을 고려하기 위해서는 3차원 수치해석이 요구된다. 또한, 3차원 해석이 필요한 경우보다 용이한 적용 및 분석 방안의 제시도 필요하며, 이에 대한 다양한 조건에 대한 연구도 필요할 것이다.
7kPa로 감소하여 결과적으로 누수 발생 시 대략 80%이상 감소하는 것으로 나타났다. 즉, 누수 발생 시 측면 침투가 무시되는 경우 지나치게 큰 변화를 보이고 있어 해석 결과 분석 시 주의가 필요할 것으로 판단된다.
한편으로는 구조물이 설치된 제체의 침투 해석시 2차원 해석 결과가 3차원 해석 결과와 유사한 결과를 나타내고 있어 실제 적용에 큰 무리가 없다면 실용적으로 사용할 수 있을 것이다. 그런데 2차원 해석 결과가 제체내의 침투 거동을 정확하게 평가하는데 문제가 된다면 이에 대한 적용 및 결과 분석 시 주의가 필요할 것이다.

질의응답

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	하천 보축제체 내부를 관통하여 설치되는 배수통문 구조물 연결부에서 누수가 발생하는 경우 구조물 측면의 침투 특성을 파악하고 이러한 측면 침투 거동에 따른 파이핑 등이 제체 안정에 미치는 영향에 대해 분석한 결과는 어떠한가?	그리고 측면 침투의 영향을 분석하고 수치 해석의 타당성을 평가하고자 하였다. 연구 결과, 제외지에 수문이 위치한 조건에서 누수가 발생하고 측면 침투를 고려하는 경우 구조물 누수지점 인근의 최대간극수압은 누수가 발생하지 않는 정상적인 침투 상태에 비해 절반 정도로 감소하였다. 특히 측면 침투를 고려하지 않는 경우 구조물 하부에서 과도한 간극수압 변화를 보였다. 구조물 상부와 하부의 동수경사는 고수위로 수위가 상승하면서 한계동수경사보다 큰 동수경사를 나타내고 있어 장기간 파이핑에 취약할 것으로 판단된다. 제내지에 수문이 위치하고 측면침투를 고려하지 않는 경우 동수경사와 침투유속 등 침투수의 영향은 측면침투를 고려하는 경우에 비해 과소하게 해석되었다. 수문이 제외지에 위치하고 누수가 발생하여 파이핑 발생 또는 제체 재료 유실이 우려되는 경우 측면 침투를 무시하게 되면 최대 동수경사는 상대적으로 작게 나타났다. 그리고 한계동수경사를 초과하는 기간도 짧은 시간대로 해석되었다. 결과적으로 측면 침투를 무시하게 되면 파이핑 발생 가능성을 과소하게 평가할 수 있어 주의해야 할 것으로 판단된다.
	2002년 홍수 시 낙동강에서 발생한 제방 파괴 사례를 보면 유실지점이 어디서 발생했는가?	2002년 홍수 시 낙동강에서 발생한 제방 파괴 사례를 보면 유실지점이 배수통문 주위에서 발생하였다고 보고하고 있다(KICT, 2005). 한국건설기술원(KICT, 2005)의 여러 실제 사례에서 볼 수 있는 바와 같이 배수통문 구조물과 지반과의 상대적인 침하 차이에 의한 공동 발생 또는 파이핑 촉진 등이 제체 파괴의 원인이 될 수 있어 배수통문 구조물의 잔류침하량 제한 등 재해 방지 차원에서 장기적이고 구체적인 관리가 필요하다.
	우리나라의 하천 하류지역의 지리적 특성은 어떠한가?	우리나라의 하천 하류지역은 일반적으로 오랜 세월 세립토의 퇴적으로 인해 두꺼운 충적층이 형성되어 있으며, 이러한 하천 충적층이 연약지반으로 구성되어 있는 경우를 흔히 볼 수 있다(MLTMA, 2010). 하천 제체는 대부분 배수통문 등과 같이 제체를 관통하여 여러 구조물들이 설치되어 있으며, 연약지반상에 설치된 하천 제체에 침하가 발생하게 되면 이에 따라 구조물의 변위를 수반하게 된다.

참고문헌 (18)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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