• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.93-93
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• 2022

최근 이상기후로 인하여 우리나라 산림에 태풍 및 국지성 호우가 빈번히 발생하고 있다. 이로 인해 사면재해가 많이 발생하고 있으며 그 중 호우로 인한 많은 양의 물과 함께 토석 및 부유물이 중력에 의해 경사면을 따라 흐름 형태를 보이는 토석류 재해는 속도가 매우 빠르고 파괴적이며 그 결과는 비참하기까지 하다. 더구나 인구밀도가 낮은 산지 계곡부 뿐만 아니라 도시지역에서도 토석류 재해가 빈번히 발생하며 국내 및 해외에서도 토석류에 의한 피해사례는 자주 볼 수 있다. 이러한 토석류 재해의 피해를 줄이고자 토석류의 유동성을 저감시키기 위한 대책구조물의 시공이 많이 이루어지고 있으며 최근에는 투과형 구조물 중 하나인 원통형 기둥구조물을 그룹 형태로의 시공하는 경우가 늘어나고 있다. 토석류와 대책구조물 간의 상호작용은 월류(overflow), 쳐오름(run-up), 역류(backwater) 등의 복잡한 흐름 거동을 보인다. 하지만 원통형 대책구조물에 대한연구가 많이 이루어져 있지 않고 대규모 실험 또한 비용이 많이 소요되고 실행하기도 어렵다. 이 연구는 오픈소스 소프트웨어인 OpenFOAM을 사용하여 원통형 대책구조물의 설치 조건에 따라 토석류 흐름에 미치는 영향을 분석하였다. 짧은 시간 내에 흐름이 발생하고 비뉴튼 유체 특성을 갖는 토석류의 유효전단응력이 난류전단응력에 비해 상당히 크므로 난류의 영향은 무시하였다. 계산된 수치모의의 결과를 같은 규모로 시행한 실험결과와 비교분석 및 검증하였다. 공학학적 문제에 적용 가능하도록 비교적 낮은 해상도의 계산 격자를 사용했지만 실험에서 보여지는 토석류의 흐름거동을 양호하게 재현했으며 원통형 대책구조물의 배치조건에 따라 토석류 선단부 유속의 감소 정도 및 시간에 따른 흐름깊이 변화를 분석할 수 있었다. 이 연구는 다양한 조건을 가지는 토석류 흐름을 해석하는데 유용하게 활용할 수 있으며, 추후 복잡한 실제지형 조건을 고려하는 연구를 통하여 적용성을 확보하고자 한다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.57-65
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• 2019

본 연구에서는 원통형 대책 구조물의 설치변화가 토석류의 흐름에 미치는 영향을 확인하기 위해, 대책 구조물을 설치 가능한 소형수로를 제작한 후에 실내모형실험을 실시하였다. 실험은 수로 내에 설치된 구조물의 높이와 종방향 열의 개수를 변화시켜가면서 수행하였다. 대책 구조물이 설치된 수로 측면과 상부에는 초고속 카메라와 레이저 수위센서를 설치하여, 토석류가 구조물을 통과하기 전 후의 흐름변화를 측정하였다. 이를 바탕으로 대책구조물 설치에 따른 토석류의 에너지 저감효과를 비교, 분석하였다. 실험결과, 원통형 대책 구조물의 설치는 토석류의 유속과 흐름깊이를 감소시키는 것으로 나타났다. 또한 구조물의 설치높이와 종방향 열의 개수가 증가할수록 그 영향은 더욱 커지는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권5호
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• pp.621-630
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• 2023

본 연구에서는 원통형 대책구조물의 토석류 에너지 저감효과를 확인하기 위해, 대책구조물이 설치된 실제 규모의 계곡부를 수치적으로 모사한 후에 대책구조물의 배치조건을 변화시켜가면서 토석류 수치해석을 수행하였다. 해석단면은 강원도 진부면 실규모 실험장에서 측량된 지상 LiDAR 데이터를 토대로 계곡부를 모델링하였고, 해석은 ABAQUS (Ver. 2021)의 Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) 기법을 이용하여 토석류-구조물의 상호 흐름거동을 모사하였다. 해석결과, 대책구조물이 설치되지 않는 조건에서의 흐름속도는 기존 실규모 토석류 실험결과와 유사한 흐름속도 변화를 보이는 것으로 나타났으며, 원통형 대책구조물을 설치하면 토석류의 속도를 크게 감소시키는 것으로 나타났다. 또한, 대책구조물을 높이면 토석류의 흐름저항이 증가함에 따라 하류부의 에너지 저감효과를 더욱 증가시키는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제20권10호
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• pp.15-27
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• 2019

본 연구에서는 원통형 대책구조물의 설치조건에 따른 토석류의 에너지 저감효과를 분석하기 위해, 원통형 대책구조물을 설치 가능한 소형 수로를 제작하고 구조물의 종방향 설치 수를 변화시켜가면서 실내모형실험을 수행하였다. 또한 토석류와 대책구조물의 크기변화가 흐름특성에 미치는 영향을 확인하기 위해, 대형수로 내에서 소형수로 실험과 동일한 종방향 구조물을 배치하고, 토석류와 대책구조물의 크기를 증가시켜 실험을 수행하였다. 소형 및 대형수로 실험결과, 원통형 대책구조물의 설치 개수가 증가는 토석류의 유속과 흐름깊이를 감소시켜, 토석류의 에너지 저감효과를 증가시키는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권11호
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• pp.135-148
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• 2020

본 연구에서는 원통형 대책구조물의 배치조건에 따라 각각의 대책구조물에 작용하는 토석류의 충격하중을 확인하기 위해, 대책구조물이 설치가 가능한 소형수로에서 대책구조물의 종방향 배열 수를 변화시켜가면서 실내모형실험을 수행하였다. 이를 바탕으로 토석류의 충격하중에 따른 흐름특성을 확인하고, 속도 및 흐름깊이에 따른 프루드 수와 동적압력계수를 분석하였다. 실험결과, 모든 조건에서 두 번째 대책구조물에서 최대충격하중이 가장 컸으며, 기존의 연구와 비교하여 동적압력계수 산정방법을 제안하고 그 값을 비교 분석하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권11호
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• pp.7-17
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• 2022

본 연구에서는 중력식 사방댐 후면에 설치된 원통형 강성기둥 구조물의 배치변화가 토석류의 흐름거동 및 충격하중 변화에 미치는 영향을 확인하기 위해, 대책구조물들을 소형수로에 모사한 다음 원통형 구조물의 종방향 배열 수와유로 차단비율을 변화시켜가면서 실내모형실험을 수행하였다. 실험과정에서 대책구조물의 주변 흐름거동을 촬영하고, 중력식 사방댐의 작용하는 토석류의 충격하중을 측정하기 위해, 수로 측면과 상부에는 고속카메라를 설치하였고, 사방댐의 전면에는 로드셀을 설치하였다. 게다가, 글라스 비즈를 이용하여 토석류에 의해 동반되는 큰 직경의 거석들을 수로에 모사하였다. 실험결과, 중력식 사방댐 후면에 원통형 강성기둥 구조물의 설치는 토석류의 충격하중을 크게 감소시키는 것으로 나타났다. 또한, 대책구조물의 유로 차단비율을 증가시키면 거석을 동반한 토석류의 흐름억제를 증가시켜 충격하중을 더욱 감소시키는 것으로 나타났다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 1995년도 춘계학술대회논문집; 전남대학교, 19 May 1995
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• pp.344-349
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• 1995

셀구조물은 선박, 항공기, 우주선 등의 산업분야에 자주 사용되는 중요한 구조요소로서, 이에 대한 연구도 공학적 필요성에 의해 많은 연구가 진행되어 왔다. Maddox등의 Rayleigh-Ritz법, Srinivasan and Bobby의 적분방정식 기법, Petyt의 유한요소법, Irie, Henderson등의 전달매트릭스법, 그 외 Webster, Petyt and Deb Nath, Blevins, Srinivasan and Krishnan등에 의해 여러가지 해석방법의 진동해석이 행해져 왔다. 현재 주로 사용되고 있는 매트릭스 구조해석 및 진동해석 방법으로는 유한요소법과 전달매트릭스법을 들 수 있다. 유한요소법은 범용적인 해석 프로그램의 개발은 수월하지만 대규모의 선형 연립방정식의 해법에 귀착되므로, 기억용량이 큰 대형컴퓨터가 필요하고, 반면 전달매트릭스법은 기억용량이 적은 퍼스널컴퓨터로도 계산수행이 가능하나 고차의 고유진동수를 구할 경우나, 중간에 단단한 경탄성지지가 존재할 경우 등에는 수치계산상의 문제점이 지적되고 있다. 이에 대한 대책으로, 상태변수를 바꾸어 넣은 Riccati방법, 각 절점의 기지의 상태변수를 제거하는 Frontal법, 전달매트릭스와 강성매트릭스를 결합시키는 방법 등이 보고 되고 있다. 이에 자자들은 퍼스널컴퓨터 이용에 적합한 고속, 고정도의 구조해석 및 진동해석 기법으로 전달영향계수법을 제안하여, 원판구조물, 사각판구조물, 원통형 셀구조물 등의 여러가지 형상구조물의 자유진동 해석에 적용해서, 종래의 전달매트릭스법에 비해 계산정도 및 계산속도의 양면에서 매우 우수함을 보고한바 있다. 본 연구에서는 동적영향계수의 축차전달에 그 개념을 두고 있는 전달영향계수법을 좀 더 일반화시키고 체계화시키기 위하여 탄성지지를 갖는 셀구조물에 적용하여 자유진동 해석 알고리즘을 정식화한 후, 간단한 모델에 대한 수치실험을 통해서 전달 영향계수법으로 구한 해를 전달매트릭스법의 결과와 비교.검토하여 본 방법의 유용성을 확인하였다.