• 한국지반공학회논문집
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• 제32권7호
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• pp.25-34
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• 2016

현재 우리나라에서는 해저케이블 또는 해상구조물 기초부, 흙댐, 도로공사 등의 성토재료로 이용된 다짐풍화토에서 침식(Erosion)으로 인한 사면의 불안정성, 오래된 상 하수관이 누수되거나 파열되어 발생하는 도심지 싱크홀 등의 문제가 발생하고 있다. 이와 같이 건설재료로 많이 이용된 풍화토는 지하수 및 지표수 흐름이 발생할 때 다양한 입자 크기의 점토, 실트 및 세립의 모래들과 함께 침식되거나 세굴 되어 소규모 공동을 형성하며, 일단 침식이나 세굴이 발생되기 시작하면 점차 침식율이 증가하게 되어 급격한 파괴에 도달한다. 본 연구에서는 회전식 수리저항성능 실험기(RCT)를 이용하여 다양한 상대밀도와 선행압밀압력으로 압밀된 다짐화강풍화토의 수리저항성능을 평가하였다. 또한 회전으로 인하여 일정하게 세굴되지 않은 시료의 단면해석을 위해 영상처리기법을 도입하였다. 연구결과 침식으로 인하여 시료의 형상이 일정하지 않는 경우, 계산된 임계전단응력에 큰 오차가 발생되는 것으로 확인되었으며 제안된 영상처리기법으로 보정된 반지름을 이용할 경우보다 정확한 한계 및 임계전단응력 계산이 가능한 것으로 나타났다. 또한 상대밀도와 선행압밀압력이 증가할수록 한계전단응력은 증가하나 임계전단응력은 선행압밀하중 증가에 의한 효과는 크지 않은 것으로 나타났으며, 선행압밀압력에 의한 응력이력보다는 초기 상대밀도의 효과가 더 큰 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.277-277
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• 2021

합류부는 인공수로 또는 자연하천에서 흔히 존재하며 매우 복잡한 흐름 구조가 발생하는 곳이다. 특히 본류와 지류의 유속장의 차이에 따라 발생하는 전단층은 흐름과 물질이 혼합되는 경계면이 되며, 흐름 구조가 전단층을 따라 발달한다는 특징으로 인해 수리학적으로 매우 중요하다. 최근 원격탐사 기법의 발전에 따라 위성이나 드론과 같은 무인 이동체를 이용한 하천 계측법이 수질 및 지형변화 연구들에 광범위하게 적용되고 있다. 그 중 RGB 항공영상은 해상도가 높고 취득 비용이 저렴하여 확장성 및 활용도가 높다. 본 연구에서는 합류부 전단층이 촬영된 RGB 항공 영상을 이용해 합류부 전단층 분석에 활용하는 방법을 제안한다. 제안되는 방법은 RGB 항공 영상에서 본류와 지류의 수체 영역을 각각 추출하기 위해 가우시안 혼합 모형(Gaussian mixture model)을 이용한다. 추출된 수체 영역에는 자기조직화지도(self-organizing map)을 적용하고 좌표 변환을 하여 정량적인 특징을 추출한다. 본 연구에서는 알고리듬의 적용 예로서 구글어스를 통해 확보된 낙동강-남강 합류부의 항공 영상을 분석한다. 본 추출법을 이용하면 접촉식 센서를 이용하는 기존의 전단층 계측 방법들에 비해 경제적이고 안전하며 합류부 흐름의 평면적 분석을 가능하게 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제29권3호
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• pp.197-213
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• 2019

본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석기법을 이용하여 Mont Terri 지하연구시설에서 수행된 단층 내 물 주입시험을 수치적으로 모델링하고, 단층의 재활성과 수리역학적 거동 특성을 살펴보았다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙(Cubic law)을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 현장에서 획득한 단층의 균열개방압력(fracture opening pressure), 주입율, 모니터링 압력, 변위 곡선 등을 바탕으로, 단층의 탄성적 변형과 파괴에 의한 수직팽창 특성을 반영할 수 있는 수리간극모델과 수리역학 커플링 관계를 해석모델에 반영하였다. 한편, 현지응력 조건, 단층의 강도 및 변형 특성에 따른 파라미터 해석을 실시하여 각 입력변수가 해석 결과에 미치는 영향을 분석하였으며, 이를 통해 현장시험 결과를 가장 잘 재현할 수 있는 파라미터 조합을 선정하였다. 해석 결과, 균열개방압력에서 단층의 주입율과 모니터링 압력이 크게 증가하는 현상을 합리적으로 재현할 수 있었다. 하지만, 동일한 입력 변수 조건에서 단층의 전단변위와 파괴영역의 범위는 현장시험 결과에 비해 과대평가되는 결과를 보였다. 이는 해석모델에서는 고압의 주입조건에서 단층의 지속적인 전단파괴가 유도되는 반면, 현장에서는 수리간극의 변화가 전단 미끄러짐보다는 인장력에 의한 단층면의 개방(tensile opening)에 크게 의존하는 것으로 추정되기 때문이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.21-21
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• 2022

충적하천의 하상과 제방은 흐름에 의해 쉽게 침식되는 사립자들로 구성되어 있다. 흐름이 더욱 강해지면 커다란 입자들도 움직이게 되고 더욱 커지면 결국 모든 입자들이 움직인다. 이렇게 흐름에 의해 하상과 제방을 구성하는 사립자들이 움직이기 시작하는 상태를 한계운동이라 하며, 이때의 흐름조건을 한계조건이라 한다. 한계조건은 이동상 수리학의 시작으로, 이때부터 흐름은 물과 유사의 혼합이라는 이상류가 되어 순수한 물의 흐름보다 더 복잡하게 된다. 개수로는 관수로와 달리 반드시 자유수면이 있으며, 따라서 물과 공기와의 마찰은 상대적으로 매우 작으므로 개수로의 전단응력 분포는 관수로와 달리 근본적으로 비대칭이다. 따라서 전단응력은 수로 바닥이나 측벽에서만 작용하게 된다. 한계조건은 이러한 추상적인 의미에 앞서 바닥이 침식되지 않는 하도나 수로의 설계 등에 기본적인 자료가 된다. 개수로에서 경계면의 전단응력을 힘으로 표시하는 것을 통상 소류력이라 하며, 개수로 경계면에서 전단응력의 분포도; 이른바 단면의 평균 전단응력의 개념을 도입하여 해석하고 설계기준으로 제시되고 있다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 건설기술연구원 하천실험센터의 급경사수로에서 연구를 진행하였으며, 기존 연구를 바탕으로 제작된 소류력 측정장치를 이용하였다. 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 유사 하천환경의 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하고자 연구를 진행하였고, 연구결과를 기존의 소류력 산정방법과 비교하였다. 본 연구에 사용된 장치는 실규모 실험을 위해 제작되었으며, 실규모 적용성 검토를 위해 실험실에서 충분한 검증실험을 거친 후 실규모 실험에 적용하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.583-587
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• 2006

국부세굴의 발생은 일반적으로 흐름조건, 구조물 조건과 하상재료 세 가지의 주 원인으로 구분할 수 있다. 흐름조건의 경우 구조물 영향으로 발생되는 3차원적인 와류가 주요원인이며 하상재료의 경우 여러 요인이 있겠지만 비중이 같은 입자라 가정할 경우 입자의 크기를 주요 변수로 정할 수 있다. 교각 국부세굴에 관한 연구는 1960년대 이후 연구자들에 의해 매우 다양하게 수행되어 졌으며 많은 산정공식도 제시되었다. 하지만 기존 연구는 최대세굴심 조건으로 다양한 하상재료와 시간에 대한 세굴변동(홍수사상 등)에 대한 영향을 고려하는데 어려움이 있다. 특히 국내의 경우 다양한 하상재료와 홍수빈도를 고려할 때 이에 대한 세굴적용은 매우 중요한 인자라 할 수 있다. 따라서 교각세굴에 대한 궁극적인 목적은 다양한 하상재료와 홍수빈도를 고려할 수 있는 세굴평가를 제안하는데 있다. 이를 위해 본 연구에서는 우선적인 연구로 입자의 다양성과 이미지 기법을 이용한 실시간 측정을 통해 보완하여 입자에 따른 시간적 변화를 분석하였다. 현재 4가지의 하상재료의 입경차이에 따른 국부세굴의 시간적 변화와 초기세굴 발생의 수리적 조건을 파악하고 기존연구와 비교분석하였으며, 이를 기초자료로 세굴심$(S,\;S_{max})$, 교량주변 전단력$({\tau}_p,\;{\tau}_{pc})$, 접근수로부 전단력$({\tau}_a)$와 입자한계전단력$({\tau}_c)$에 대한 시간분석 (time effect)을 통해 다양한 하상재료와 홍수빈도를 해석을 위한 초기분석을 수행하는데 목적이 있다. 수리모형실험에 사용된 가변경사수로의 제원은 $0.6m(W){\times}20m(L){\times}2m(H)$이며 모형구조물은 투명한 아크릴로 제작하였다. 실험방법은 교각 내부에 CC카메라를 전 후면 및 상측면에 설치하여 세굴 발생을 실시간으로 촬영한 후 이미지 분석을 통해 분석하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제6권1호
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• pp.25-33
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• 1986

일반적(一般的)으로 대규모(大規模) 하천(河川)은 저수로(低水路)와 고수부지(高水敷地)를 갖는 복단면수로(複斷面水路)로 되어있다. 복단면(複斷面) 수로(修路)에 대한 일반적인 해석방법은 저수로(低水路)에서 고수부지(高水敷地)로의 운동량(運動量) 전달(傳達)을 무시하였기 때문에 소통능력을 과대하게 평가(評價)하는 경향을 보여왔다. 따라서 본(本) 연구(硏究)에서는 운동량(運動量) 전달(傳達)을 고려하여 비대칭 고수부지(高水敷地)를 갖는 구형단면(矩形斷面)의 실험수로(實驗水路)에서 실험(實驗)하였으며, 단면의 여러 점에서 유속(流速)을 측정(測定)하고 유속분포(流速分布)로부터 경계층의 전단응력을 계산하여 윤변을 따라 이를 적분(積分)하여 겉보기 전단력을 구한다. 그리고 복단면(複斷面) 수로(水路)에서의 수리학적(水理學的) 특성(特性)을 실험단면(實驗斷面)의 유속분포(流速分布), 경계층의 전단응력(剪斷應力), 그리고 겉보기 전단력 등의 여러 가지 관계로부터 규명하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.943-947
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• 2008

월정교는 국내에서 가장 크고 오래된 석교로써 복원 사업이 수행되고 있으며 문화재 자체만의 복원이 아닌 주변 지형까지 복원하는 방식으로 진행되고 있다. 월정교는 발굴정보에 따라 4개의 교각을 옛 모습 그대로 복원하고, 격자판 형식의 세굴보호공 역시 그대로 재현하도록 계획되었다. 복원교량의 설치는 기존 하도의 통수능 감소와 상류부 수위상승을 가져올 수 있고 교각주변에 발생되는 와류는 국부세굴의 원인이 될 수 있다. 따라서 수리영향에 의한 설계의 적정성 및 수리 안정성 검토와 세굴영향 분석이 반드시 필요하다. 또한 교각 주변의 하상 보호를 위해 설치된 옛 방식의 격자형 틀을 이용한 사석보호공은 옛 모습 그대로의 복원에 앞서 반드시 사석의 전단붕괴, 유사이탈붕괴 등의 수리학적 안정성에 대해 검토가 이루어져야 할 것이다. 본 실험의 목적은 수리모형실험을 통해 남천에 대해 기 수립된 하천계획 하에서 월정교 복원시 치수안전성을 검토하고 복원될 월정교 안전성을 평가하는 것이며 특히, 교각 주변에 설치될 옛방식의 격자판 세굴보호공의 수리학적 안정성을 평가하기 위한 것이다. 본 실험에서는 기 수립된 하천계획 상에서 허용되는 홍수들을 모형에서 재현하여 해당 홍수발생시 관심지역의 수위, 유속, 유황 등을 계측, 평가함으로써 치수안전성을 검토하였다. 세굴에 대한 안전성 평가를 위해 교각주변을 이동상으로 제작하여 모형사를 포설한 후 세굴영향을 측정하고, 계획된 보호공의 세굴 방지 효과를 검토하였다.

• 터널과지하공간
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• 제13권1호
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• pp.44-51
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• 2003

응력 재분포에 의해 발생하는 수리전도도의 변화를 평가하기 위하여 변형률 의존 수리전도도 변화방정식을 사용하였다. 주요 입력 변수는 탄성계수 감소비와 응력 재분포에 의해 발생한 변형률이다. 무결암에서부터 완전히 파쇄된 암반조건을 나타내기 위하여 탄성계수 감소비 대신에 탄성계수 감소비와 RMR간의 상관관계를 이용하였다. 전단 변형에 따른 팽창이 수리전도도의 증가에 영향을 미치지만 그 영향 정도는RMR에 따라 달라졌으며, 인장변형률이 절리에 작용하는 경우 암반의 RMR이 감소함에 따라 수리전도도는 증가하는 것으로 나타났다. 암반에 작용하는 응력 상태에 따라 수리전도도의 변화도 다른 것으로 나타났는데, 수평응력 대 수직응력의 비가 다른 이방성 응력 상태가 수리전도도의 변화에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제20권3호
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• pp.225-232
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• 2010

본 연구에서는 절리에 작용하는 수직변형과 전단 팽창을 고려할 수 있는 수정된 3차원 변형률 의존성 수리전도도 변화 방정식을 제안하였다. 현지 암반을 직교절리가 발달한 매질로 가정하기 때문에 제시된 방정식을 사용하여 수리전도도의 이방성을 평가할 수 있다. 현지암반의 변형계수를 필요로 하는 탄성계수감소비를 손쉽게 결정하기 위하여 GSI와 교란계수를 기초로 하는 경험식을 사용하였다. 현지 암반 내에 존재하는 절리는 일반적으로 전체좌표계와 평행하지 않고 기울어져 있는 경우가 많기 때문에 기울어진 방향에서의 수리전도도를 구하기 위하여 변형률 회전식을 사용하였다. 해석 결과 GSI가 증가함에 따라 수리전도도는 감소하는 것으로 나타났다. 교란계수는 수리전도도의 변화 거동에 영향을 미치는 것으로 나타났는데 특히 GSI가 50 이상인 암반의 수리전도도 변화에 큰 영향을 미치는 것으로 해석되었다. 절리의 경사도 수리전도도 변화에 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.238-238
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• 2011

복단면 하도는 홍수소통을 위한 상부 하도와 생태계 서식처 강화와 유사이송능력 개선, 경제적인 유지유량의 확보 등을 도모하는 자연적인 저수로 하도로 구성된다. 그러므로 갈수기와 홍수기의 유량차가 큰 하천에서, 복단면 하도는 하천 공학, 환경 생태 관점에서 다양한 이점을 제공한다. 그러나 복단면 하도에서의 흐름저항, 조도계수, 통수능, 수위-유량관계, 횡방향 유속분포, 그리고 하상전단응력 분포는 단단면 하도와 상이하며, 중요한 차이점은 주수로부와 홍수터부 사이의 유속차로 인하여 발생하는 활발한 운동량 교환에 의해 추가적인 전단층이 생성되는 점이다. 주수로와 홍수터 사이에서 발생된 경계전단력(Apparent Shear Force, ASF)은 하천의 전반적인 통수능을 감소시켜 홍수의 하도내 저류효과를 증가시킬 수도 있다. 또한 주수로 및 홍수터가 분담할 수 있는 유량은 경계전단력에 민감하기 때문에, 홍수터에 수목 식재, 구조물 설치 등을 계획할 경우 정량적인 항력저항의 산정을 위하여 매우 중요하다. 현재까지 복단면에서 발생하는 경계전단응력을 추정하는 다양한 방법들이 개발되었으며, 각각의 방법으로 부터 경계전단력을 정량적으로 예측할 수 있다. 그러나 대부분의 방법이 실험에 근거한 경험적 방법이므로 각 식의 개발에 사용된 자료에만 적합할 수 있는 한계가 있으며, 균일한 수로의 기하학적 변수(전단면과 주수로의 하폭비, 홍수터와 주수로의 수심비, 홍수터와 주수로의 조도비, 주수로의 하폭대 수심비 등)에 의한 식으로 구성되어 수치모형에서 직접 활용하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 복단면 경계전단력 산정을 위하여 개발된 다양한 연구결과들을 비교 검토하고, 기존문헌 또는 웹상에서 가용한 수리실험 자료들을 이용하여 각 방법에서 계산된 유량과 실측 유량을 비교함으로써 각 방법이 지닌 한계를 분석하였다. 본 연구에서 검토된 5가지 방법은 Knight and Demetriou (1983)(이하 KD), Wormleaton and Merret (1990)(이하 WM), Cristodoulou (1992), Bousmar and Zech(1999) (이하 BZ) 그리고 Moreta and Martin-Vide (2010)(이하 MM)이다. BZ 방법을 제외하고 나머지 방법들은 전체 유량의 비교에서 5% 이내의 오차를 나타내었다. 그러나 나머지 4가지 방법 중 주수로부 유속의 비교에 있어서는 소규모 수로 실험자료만 이용한 KD 방법이 5% 이상의 오차를 나타내어 정확도가 떨어지는 것으로 나타났다. 따라서 비교적 단순한 형태의 Cristodoulou (1992) 방법이 적용하고자 하는 수로의 규모와 무관하게 복단면 유량예측에 적합할 것으로 판단된다.