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수중 자갈의 전단 및 파쇄 특성에 관한 실험적 연구
Experimental Study on the Shearing and Crushing Characteristics of Subaqueous Gravels in Gravel Bed River 원문보기

한국지구과학회지 = Journal of the Korean Earth Science Society, v.42 no.2, 2021년, pp.164 - 174  

김소라 (한국지질자원연구원 석유해저연구본부) ,  정승원 (한국지질자원연구원 지질환경연구본부) ,  이광수 (한국지질자원연구원 석유해저연구본부) ,  유동근 (한국지질자원연구원 석유해저연구본부)

초록
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본 연구는 육상 기원 조립질 하상 퇴적물의 높은 이동성에 영향을 미치는 전단과 파쇄특성을 조사하기 위하여 링전단실험을 수행하였다. 평균 입경 6 mm 자갈에 대하여 링전단시험장치를 사용하여 전단시간(shear time)과 전단속도(shear velocity)에 따른 전단-변형률 역학특성과 입자파쇄 특성을 조사하였다. 특히 배수(장시간 전단)와 비배수(단시간 전단)조건을 고려하기 위하여 초기 전단속도(0.01→0.1→1 mm/sec와 0.1→0.01→1 mm/sec)에 따른 링전단실험을 수행하였다. 실험결과에 따르면, (i) 배수와 비배수조건 모두에서 입자파쇄 특성이 확인되었지만, 비배수조건에서 상대적으로 큰 전단저항을 받는 것으로 나타났다. (ii) 배수조건에 관계없이 수중 자갈의 초기 전단속도는 전단응력-전단변형률 관계곡선을 결정하는 중요한 요인으로 나타났다. (iii) 입자파쇄는 평균 입경에 영향을 받으며 사용된 수중 자갈은 상대적으로 큰 입자파쇄 특성을 보였다. 그리고 (iv) 전단응력 결정에서 가장 크게 영향을 미치는 영향인자는 전단시간과 초기 전단속도임을 확인할 수 있었다. 결론적으로 모래와 자갈을 다량 함유한 조립질 하상 퇴적물은 입자-입자 간 상호접촉, 마모, 맞물림, 마찰 등의 물리적 이동과정을 통해 입자파쇄와 세립토 함량이 증가되고 이러한 현상은 하상 퇴적물의 고유동성을 초래하는 원인이 되는 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The study examines the shearing and crushing characteristics of land-derived subaqueous granular materials in a gravel-bed river. A series of large-sized ring shear tests were performed to examine the effect of shear time and shear velocity on the shear stress characteristics of aquarium gravels wit...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 즉, 동해안에서 수행된 기존 연구들은 주로 퇴적물 입경분석을 통한 분포양상 분석을 통해 퇴적물 이동성을 해석하였으며, 그에 반해 육상 기원 조립토가 연안으로 이동할 때 발생하는 수중 자갈의 역학물성 및 파쇄특성을 제시한 연구는 매우 부족하다. 따라서 본 연구에서는 기존연구에서 다루지 않았던 전단영역에서 조립질 하상 퇴적물의 이동성에 영향을 미치는 물리·역학적 특성 분석을 실시하였다. 하상 퇴적물 이동특성 및 입경분포 변화에 대한 메커니즘 연구의 일환으로 한국지질자원연구원에서 개발된 대형 링전단시험장치를 사용하였다.
  • 본 연구에서는 육상 기원 하상 퇴적물이 하상 경계면을 따라 이동하는 과정에서 발생하는 전단과 파쇄 특성에 관한 실험을 수행하였다. 퇴적물의 역학적 특성을 조사하기 위한 방법인 전단시험(shear tests) 에는일반적으로 하중의 재하방법(loading methods)에 따라 일축, 삼축, 직접, 링 타입의 전단시험장치가 사용된다.
  • (2013)에 의해 상세히 다루어진 바 있다. 이러한 이유로 본 연구에서는 시험 장치, 시료 준비과정과 실험방법에 대하여 간략하게 설명하고자 한다(Fig. 4). 시험장치는 시료 상자의 크기와 사용된 센서들의 측정범위에서 다소 차이가 있지만 그 구성요소는 대부분 비슷하다.
  • 육상 기원 퇴적물의 유동확산성 (mobility and spreading)을 평가하기 위해서는 역학 특성과 유동특성에 대한 이해가 필요하다. 이에 본연구에서는 균일한 둥근모양 지름 <6mm 입자크기를 가진 상업용 자갈(gravels)을 사용하여 링 전단실험을 수행하고자 한다(Fig. 4d).
  • 실험결과에 따르면, 전단속도에 따라 전단응력은 초기 전단속도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 편의상 배수조건에서 전단 속도를 증가시킨 실험결과를 살펴보기로 한다. Fig.
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참고문헌 (23)

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