Safety Evaluation of Net-type Debris Flow Protection System Using Numerical Analysis

수치해석을 이용한 네트형 토석류 방호시스템의 안전성 평가

Abstract

Recently, the occurrence of typhoons and heavy rainfall is increasing due to climate change. This causes increase in possibility of landslide damages in rural areas. However, in reality, the precise engineering stability assessment studies are still insufficient. Therefore, in order to reduce the landslide damages and effectively manage mountainous areas, the development of disaster prevention techniques is needed. In this study, to analyze the shock absorbing effect of the buffer-spring during application of dynamic impact load in the debris flow protection system, numerical analysis is carried out for each free field of the buffer-spring and the load sharing ratio of the buffer-spring is also examined. In addition, the field applicability is verified by comparison of the tensile strength of the conventional buffer-spring and the wedge type buffer-spring on various magnitudes of dynamic impact load. As a result of the study, it is found that the net-type debris protection system is effective to mitigate loss of properties and human lifes during landslide.

최근 기후 변화로 인한 태풍 및 국지적 집중호우의 발생 빈도가 증가하고 있다. 이로 인해 농촌지역에서는 산사태 피해가 발생할 가능성이 더욱 커지고 있다. 그러나 현실적으로 공학적인 안정성 평가 연구는 미미한 상태이다. 따라서 농촌지역의 산사태 피해를 경감시키고 재해위험이 있는 산간 지역을 효과적으로 관리하기 위해서는 산사태에 대비한 방재 기술의 발전이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 토석류 방호시스템에 동적 충격 하중이 작용할 때 완충 스프링의 충격에 대한 완화 효과를 분석하기 위해 완충 스프링 자유장별로 수치해석을 수행하고, 하중분담율에 대하여 고찰하였다. 또한, 기존 완충 스프링과 쐐기형 완충 스프링과의 동적 충격하중 크기 변화에 따른 인장강도에 대한 비교분석으로 현장 적용성을 검증하였다. 연구 결과 네트형 토석류 방호시스템은 산사태 발생 시 토석류에 의한 시설물 및 인명 피해의 손실을 방지하는데 효과적인 것으로 판단된다.

Fig. 1. Debris flow protection system using buffer-spring

Fig. 2. An example of working load due to debris flow

Fig. 3. Buffer-wire rope

Fig. 4. 3D Modeling

Fig. 5. Load diagram due to debris flow (0.015MPa, free field 250mm)

Fig. 6. Maximum member force diagram (Applied load 0.015MPa, free field 250mm)

Fig. 7. Compare with each case

Fig. 8. Design drawing of wedge

Fig. 9. Wedge produced by milling process

Fig. 10. Combination of spring wire and wedge

Fig. 12. Compare with each case for developed debris flow system

Fig. 11. View of tensile test of new buffer-spring set

Table 1. Impact load and damage of buildings due to debris flow during landslide in Korea

Table 2. Regulation of Materials Used (Korean Industrial Standard (KS))

Table 3. Mechanical properties of steel pipe column

Table 4. Specifications of buffer-spring

Table 5. Material characteristics of anchor bolt

Table 6. Methods of safety review

Table 7. Allowable stress for main materials

Table 8. Test results of main materials

Table 9. Material properties

Table 10. Characteristics of materials in holding steel pipe

Table 11. Values of member forces (Applied load 0.015MPa, spring thread thickness 13.5mm, free field 250mm)

Table 12. Reduction rate of dynamic impact load due to buffer-spring

Table 13. Test results of main materials

Table 14. Comparison table of conventional and developed debris flow system