[논문]낙석 시뮬레이션 해석을 이용한 효율적인 낙석 방지에 대한 연구

이종현; 구호본; 김진환; 손영진

문제 정의

현재 국내에서 주로 시공되고 있는 낙석방지시설은 낙석방지망과 낙석방지울타리가 주를 이루고 있으나, 이들 구조물에 대한 기능이나 효용성에 관한 연구는 전무한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 연구대상 절토사면을 선정하고, 낙석 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 낙석의 운동에너지 분포와 낙하속도, 도약높이 등에 대한 분석과 연구를 수행하였으며, 연구대상 절토사면의 대책 방안인 낙석방지울타리의 효율적인 설치를 위해 낙석의 운동에너지와 도약높이 등을 고려하는 방안을 검토하였다.
현재 국내에서 주로 사용되고 있는 낙석방지울타리는 약 50kJ까지의 낙석에너지를 흡수 가능한 것으로 보고되고 있다(한국도로공사, 1992). 따라서, 50kJ을 국내에서 시공중인 낙석방지시설의 흡수 가능 에너지로 보고, 낙석 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 본 연구대상 절토사면에서의 낙석의 형상 및 규모별 운동에너지, 낙하속도 및 도약높이에 대한 분석을 실시하고, 대책방안인 낙석방지울타리의 효율적인 설치를 위한 검토를 실시해 보았다.

가설 설정

낙석의 규모는 각 형상별로 7종류를 선정하였으며, 절토사면 하부로부터 1m의 이격거리를 가지고 2.5m의 낙석방지울타리가 설치된 것으로 가정하여 모사를 수행하였다. 본 연구에서 사용된 낙석 시뮬레이션 프로그램인 RockFall은 각각의 입력변수에 대하여 지정된 범위 내에서 여러 값들을 변화시켜 가며 입력하여 통계 적으로 처리가 되어진다.

제안 방법

본 연구에서 사용된 낙석 시뮬레이션 프로그램인 RockFall은 각각의 입력변수에 대하여 지정된 범위 내에서 여러 값들을 변화시켜 가며 입력하여 통계 적으로 처리가 되어진다. 따라서, 각각 입력변수의 특성에 따라 10～30%까지의 범위 내에서 변화시켜가며 100회의 시뮬레이션을 반복하였다.
5m를 상회하여 도로로 유입되는 것으로 분석되었다. 따라서, 낙석방지울타리의 설치 위치를 1.2m, 1.5m, 2.0m 거리로 이동 설치하여 낙석 시뮬레이션 해석을 반복 실시하였다.

대상 데이터

연구대상으로 선정된 절토사면의 연장은 180m이며, 높이는 15m로 1:0.5의 구배로 절취되어있다. 이는 국내 국도 주변 암반 절토사면의 일반적인 형성 높이가 10～20m이고 1:0.
연구대상 절토사면은 주로 암반으로 구성되어 있으며, 구배가 일정하지 않고 굴곡이 심한 편이다. 따라서, 반발계수와 회전 마찰계수는 암반의 특성을 나타내는 수치를 선정하였으며, 그 값은 각각 0.
02이다. 시뮬레이션에 사용된 낙석은 구형(sphere), 원통형(cylinder), 판형(plate)의 형상을 이용하였으며, 초기속도는 0.1m/sec로 회전하면서 굴러 떨어지기 시작한 것으로 추정하였다.

성능/효과

5(63^o)로 절취된다는 점을 고려한다면, 본 연구대상 절토사면은 국도 주변에서 쉽게 관찰되어지는 전형적인 규모라 할 수 있다(한국건설기술연구원, 1999). 정밀 현장조사로부터 획득한 불연속면의 방향성을 하반구 등면적 투영망에 도시하여 평면 및 쐐기파괴에 대한 안정성을 검토한 결과, 평면파괴와 쐐기파괴의 파괴가능 영역 내에 도시된 절리군은 관찰되지 않았다. 따라서 불연속면을 따라 발생하는 대규모의 파괴에 대해서는 안정한 것으로 판단되나, 절토사면의 일부 구간에서 과발파로 인해 평균 0.
먼저, 낙석 형상별 운동에너지와 낙석 무게의 관계에 대한 분석을 실시한 결과, 그림 1과 같이 유사한 낙석 규모를 보일 때, 낙석 형상별 운동에너지는 원통형이 가장 크며, 그 다음이 구형, 마지막으로 판형의 순으로 분석됨을 확인할 수 있다. 국내 낙석방지울타리의 흡수 가능 운동에너지를 50kJ로 보았을 때, 모든 형상의 약 700㎏ 이하의 낙석에 대해서는 낙석방지울타리의 기능을 충분히 발휘할 수 있는 것으로 분석되었다.
먼저, 낙석 형상별 운동에너지와 낙석 무게의 관계에 대한 분석을 실시한 결과, 그림 1과 같이 유사한 낙석 규모를 보일 때, 낙석 형상별 운동에너지는 원통형이 가장 크며, 그 다음이 구형, 마지막으로 판형의 순으로 분석됨을 확인할 수 있다. 국내 낙석방지울타리의 흡수 가능 운동에너지를 50kJ로 보았을 때, 모든 형상의 약 700㎏ 이하의 낙석에 대해서는 낙석방지울타리의 기능을 충분히 발휘할 수 있는 것으로 분석되었다.
낙석의 형상별 낙하속도와 낙석 규모의 관계에 대한 분석을 실시한 결과, 그림 2와 같이 유사한 낙석 규모를 보일 때, 낙석 형상별 낙하속도는 원통형이 가장 크며, 그 다음이 구형, 마지막으로 판형의 순으로 분석됨을 확인할 수 있다. 또한, 각 낙석 형상별 규모에 따라 낙하속도 변화에 대한 추세선이 거의 일정한 간격으로 감소하고 있음을 알 수 있다.
유사한 낙석 규모를 보일 때, 낙석 형상별 도약높이는 구형이 가장 크며, 그 다음이 판형, 마지막으로 원통형의 순으로 분석된 것을 확인할 수 있다. 또한, 각 낙석 형상별 규모에 따라 도약높이의 변화에 대한 추세선이 거의 일정함을 알 수 있으며, 본 연구대상 절토사면에서는 원통형의 낙석만이 2.5m 이하의 도약높이를 보여 낙석방지울타리 내에 잔류할 수 있을 것으로 분석되었다.
그림 4는 낙석방지울타리의 설치 위치에 따른 낙석 무게별 운동에너지의 변화를 나타내고 있는 그림이다. 이격거리 1.0m 일 때는 낙석 규모 1,000㎏ 정도까지의 발생 운동에너지가 국내 낙석방지울타리의 흡수 가능에너지 범위 내에 분포함을 알 수 있으며, 이격거리 1.2m 일 때는 낙석 규모 약 700㎏ 정도까지의 발생 운동 에너지가 낙석방지울타리의 흡수 가능 에너지 범위 내에 분포하고, 이격거리 1.5m와 2.0m 일 때는 낙석 규모 약 500㎏ 정도까지의 발생 운동에너지가 낙석방지울타리의 흡수 가능 에너지 범위 내에 분포하고 있음을 알 수 있다. 그림 5의 낙석방지울타리 설치 위치에 따른 낙석 무게별 도약높이의 분포를 살펴보면, 이격거리 1.
5m를 상회하여 낙석의 도로 유입이 가능할 것으로 판단된다. 1.2m 이상의 이격거리를 갖는 낙석방지시설에 낙하하는 낙석은 이격이 증가함에 따라 도약높이가 감소하며, 모두 2.5m이 하의 도약 높이를 가지고 있는 것으로 해석되었다. 또한, 이 때의 낙석운동에너지는 이격거리가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보이고 있으나, 본 연구대상 절토사면에서 관찰되는 낙석의 무게가 260㎏ 정도로 조사되어 발생 운동에너지가 약 20kJ 내외로 1.
5m이 하의 도약 높이를 가지고 있는 것으로 해석되었다. 또한, 이 때의 낙석운동에너지는 이격거리가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보이고 있으나, 본 연구대상 절토사면에서 관찰되는 낙석의 무게가 260㎏ 정도로 조사되어 발생 운동에너지가 약 20kJ 내외로 1.2m에서 2.0m사이의 이격거리 내에서 충분히 낙석의 피해를 예방할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구를 통해서 낙석의 형상과 규모에 따라 야기되는 운동에너지와 낙하속도, 도약높이 등을 고려하는 것이 효율적인 낙석의 방지에 도움이 됨을 알 수 있었다. 또한, 낙석 시뮬레이션에 의한 분석 결과, 낙석 형상에 따른 운동에너지와 낙하속도는 동일 규모에서 원통형, 구형, 판형의 순으로 크며, 규모가 증가함에 따라 운동에너지는 선형적인 증가 경향을 보임을 알 수 있으며, 낙하속도는 2차원적인 감소 경향을 보임을 알 수 있다.
본 연구를 통해서 낙석의 형상과 규모에 따라 야기되는 운동에너지와 낙하속도, 도약높이 등을 고려하는 것이 효율적인 낙석의 방지에 도움이 됨을 알 수 있었다. 또한, 낙석 시뮬레이션에 의한 분석 결과, 낙석 형상에 따른 운동에너지와 낙하속도는 동일 규모에서 원통형, 구형, 판형의 순으로 크며, 규모가 증가함에 따라 운동에너지는 선형적인 증가 경향을 보임을 알 수 있으며, 낙하속도는 2차원적인 감소 경향을 보임을 알 수 있다. 낙석 형상에 따른 도약높이는 동일 규모에서 구형, 판형, 원통형의 순으로 크며, 규모의 증가에도 거의 일정한 값을 보였다.
또한, 낙석 시뮬레이션에 의한 분석 결과, 낙석 형상에 따른 운동에너지와 낙하속도는 동일 규모에서 원통형, 구형, 판형의 순으로 크며, 규모가 증가함에 따라 운동에너지는 선형적인 증가 경향을 보임을 알 수 있으며, 낙하속도는 2차원적인 감소 경향을 보임을 알 수 있다. 낙석 형상에 따른 도약높이는 동일 규모에서 구형, 판형, 원통형의 순으로 크며, 규모의 증가에도 거의 일정한 값을 보였다. 또한, 낙석방지울타리나 낙석방지옹벽 등의 설치 시에는 낙석의 형상과 규모에 따라 야기되는 운동에너지와 도약높이 등의 관계를 고려하는 것이 효율적인 낙석 방지를 위해 반드시 필요한 사항임을 확인하였다.
낙석 형상에 따른 도약높이는 동일 규모에서 구형, 판형, 원통형의 순으로 크며, 규모의 증가에도 거의 일정한 값을 보였다. 또한, 낙석방지울타리나 낙석방지옹벽 등의 설치 시에는 낙석의 형상과 규모에 따라 야기되는 운동에너지와 도약높이 등의 관계를 고려하는 것이 효율적인 낙석 방지를 위해 반드시 필요한 사항임을 확인하였다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 낙석 시뮬레이션 해석을 이용한 효율적인 낙석 방지에 대한 연구
A Study on Efficient Prevention of Rockfall using Rockfall Simulation Program 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 낙석 시뮬레이션 해석을 이용한 효율적인 낙석 방지에 대한 연구 A Study on Efficient Prevention of Rockfall using Rockfall Simulation Program 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 낙석 시뮬레이션 해석을 이용한 효율적인 낙석 방지에 대한 연구
A Study on Efficient Prevention of Rockfall using Rockfall Simulation Program 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper