• 한국지반공학회논문집
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• 제38권4호
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• pp.5-20
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• 2022

본 연구에서는 토석류의 유동과 밀도 변화를 분석하기 위해 운동량방정식으로 단순화된 2상 유한체적모델(Landflow 모델)을 구성하였으며, Hershel-Buckley 유동모델을 사용하여 토석류의 내부 및 기저 마찰과 복잡한 지형 및 연행침식을 분석하였다. 또한 토석류 해석 모델을 수치적으로 해결하기 위하여 Harten-Lax-van Leer-Contact(HLLC) 방법을 포함한 관련 유한체적모델을 도입하여 토석류의 경계면에 대한 해를 구하였다. 충격흡수능력, 수치적 등방성, 모델정확도, 질량보존을 검증하기 위해 제안된 모델을 기반으로 원형 댐파괴, 비뉴턴 유체의 댐파쇄 및 다중 토석류 사례분석을 수행하였다. 해석 결과로부터 본 해석모델의 토석류 해석에 대한 수치적 안정성과 정확도를 확인하였다. 또한, 다양한 유동학적 특성의 토석류 흐름을 체계적으로 시뮬레이션하고 토석류 유동특성이 거동에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.49-61
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• 2011

본 연구는 토석류의 유통성과 관련하여 세립토의 흐름특성, 유변학적 모델들의 적용가능성 및 액성상태 의존성 유변학적 특성들을 비교 분석하였다. 입자크기에 따른 유변학적 특성을 살펴보고자 점토질이 풍부한 지중해 해저점토와 실트질이 풍부한 캐나다 동부 뉴펀들랜드 와부시 호수에서 채취한 광미에 대한 물성특성을 분석하였다. 점토질이 풍부한 세립토의 경우 전형적인 전단담화(shear thinning) 거동을 보이는 반면, 실트질 광미의 경우는 전단담화와 Bingham 유체 거동을 함께 보인다. 후자의 경우, 전단변형률속도를 높임에 따라 Bingham 유체처럼 거동하였다. 이러한 현상학적 차이는 입자크기에 따른 유동특성곡선의 차이에서 기인한 것이다. 항복응력과 소성점도의 결정은 전단변형에 의한 유동 입자들의 구조적 변화와 응력상태와 관련되기 때문이다. 세립토(< 0.075mm)를 다량 함유한 토석류의 유동성을 역해석하고자 할 때, 퇴적형상(흐름 양상, 퇴적층의 모양, 두께 및 길이 등)은 항복응력과 소성점도에 의해 결정된다. 항복응력과 소성점도는 액성지수의 함수로 나타낼 수 있으므로, 토석류의 발생가능지역에서 액성상태에 따른 토석류의 유동성을 평가할 지표로 활용할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.44-44
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• 2015

저수지나 하천 사면에서 발생하는 산사태와 토석류는 저수지와 하천 수체에 충격을 가한다. 이로 인해 발생하는 수면 충격파는 전파되어 반대편 제방으로 파의 처오름 또는 댐 제체위로의 물넘이로 큰 피해를 줄 수 있다. 최근 외국에서는 2차원 충격파 생성 및 전파의 기본 과정을 구명하기 위한 실험적 연구가 이뤄지고 있으며, 이들 연구들은 충격파의 발생과 전파, 사면활동 물질과 수체의 상호작용 그리고 자유 수면과 유속분표의 발달에 대한 자세한 관측 자료를 제시하고 있다. 아울러 충격파에 영향을 주는 지배 매개변수를 제시하고 있다. 하지만, 이러한 실험적 연구의 최근 진보에도 불구하고, 이들 지배 매개변수를 고려한 충격파 지배공식들은 대상 지역의 복잡한 바닥 지형이나, 평면적 지형 변화를 단순한 추정치로만 고려하게 된다. 따라서 복잡한 지형조건에서 토석류와 수체의 상호작용과 수면 충격파의 전파를 합리적으로 해석하는 데는 한계가 있다. 이 경우 수치모델링 기법을 대안으로 적용할 수 있으나, 수치모델링은 수면에서 충격파의 전파와 수중에서 토석류의 전파를 동시에 모의해야 하고, 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체의 특성을 동시에 고려해야하므로 수치해석 연구자들에게는 하나의 큰 도전사항이다. 이 연구는 경계면 포착기법을 이용한 계산유체동력학 기법을 이용하여 사면활동과 이로 인한 정지 수역에서의 충격파의 발생 및 전파를 재현하기 위한 수치 모델링 기법을 개발하는 것이 목적이다. 사면활동과 수면의 경계면을 포착하고 위치를 정립하기 위해서 VOF (volume of fluid) 경계면 재구축 기법을 이용한다. 지배 방정식은 비압축성(incompressible) 질량 보존방정식과 나비어-스톡스(Navier-Stokes) 방정식이며, 서로 다른 유체의 상(phase)애 대한 체적분할이송방정식을 이용한다. 큰와 모의 계열의 난류 모델링 기법을 적용하여 충격파의 전파와 붕괴에 대한 난류의 영향을 고려하였다. 토석류는 비뉴턴 흐름저항 관계식을 적용하여 그 흐름특성을 재현하였다. 이들 지배방정식은 2차 정확도의 유한체적법(finite volume method)을 이용하여 해석한다. 외국의 연구자들이 관측하여 제시한 길이 11 m 그리고 폭 0.5 m의 수로에서 발생한 충격파를 수치적으로 재현하여 개발된 모형의 실제 문제에 대한 적용성을 보여준다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권2호
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• pp.69-76
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• 2009

기존의 토석류 방지대책을 보다 더 합리적으로 설계하기 위하여 본 연구에서는 국외의 토석류 유목 대책에 관한 설계방법을 분석하였다. 국내지형 및 기후조건이 유사한 일본의 경우 지진 이외에 토석류, 산사태 및 절벽붕괴에 의한 인명피해가 발생하고 있다. 특히 토석류에 의한 피해사례가 태풍이나 집중호우 보다는 장마철에 가장 많이 발생한 것으로 알려져 있다. 토석류의 흐름은 물과 흙의 중간적 성질을 나타내므로 역학적 규명이 불분명하여 일본에서도 경험에 기초한 설계 방법을 마련하여 사용하고 있다. 시공사례 분석 결과 일본에서 사용되는 현재의 설계방식은 일부 수정이 필요할 것으로 판단된다.

• 물과 미래
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• 제27권2호
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• pp.147-154
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• 1994

지체시간 내의 누가강우량이 특정 사면경사를 지나게 될 때 발생하는 토석류의 생기조건은 경사면에서의 흐름에 대한 식을 사용하여 구할 수 있으며, 이때의 토석류가 발생하는 한계 누가강우량을 산정하기 위하여 유역의 시스템적 분석 기법이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 토석류가 발생하는 한계 누가강유량의 산정 과정을 제시하였으며, 이 방법을 최근 폭발한 운젠 화산의 토석류에 적용하여 신뢰성을 검토하였다. 한편 토석류의 유량은 수리학적 방법인 Kinematic Wave방법을 이용하여 계산하였으며, 이 때의 단면적은 유량에 대한 함수관계에 있다고 가정하였다. 이 방법에 의한 계산치와 사쿠라지마 및 운젠 화산 지역의 관측치의 수문곡선은 대체로 잘 일치하였으며, 토석류의 유출강도를 강우강도와 누가강우량의 조합에 따른 식으로 산정하여 다른 지역에서의 토석류 계산에 이용할 수 있게 하였다.

• 지질공학
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• 제32권4호
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• pp.547-558
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• 2022

2020년 8월 집중호우로 인하여 전라남도 곡성지역에 토석류가 발생하여 5명이 사망하는 재난이 발생하였다. 이 지역을 대상으로 하여 사진 측량을 통해 0.03 m의 고해상도 지형정보를 구축하고 토사의 붕괴량을 측정하였다. 또한 Flo-2D를 이용하여 토석류의 유량과 지형정보의 차이에 따라 유동심, 유속, 확산면적에 대하여 민감도 분석을 수행하였다. 유량이 높아질수록 토석류의 유동심, 유속, 확산면적이 높아지며 고해상도 지형정보와 저해상도 지형정보와의 결과 차이도 높아지는 것으로 나타났다. 그리고, 고해상도의 지형정보를 적용하였을 때 실제의 토석류 흐름방향과 유사하게 계산되어 고해상도 지형정보의 적용이 토석류 해석 결과의 정확성을 높이는 결과를 정량적으로 분석하였다. 추가로 항복응력과 점성과 같은 지질정보에 대해 고려하면 전반적으로 실제 토석류의 확산 정보보다 작게 계산된 결과를 보완할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.71-78
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• 2022

최근 산사태나 토석류와 같은 산지재해가 계류를 따라 흘러와 주거지 및 도로를 덮치는 피해가 증가하고 있으며 본 연구에서는 산지재해의 피해 저감 및 원인 분석을 위하여 토석류 발생지역을 대상으로 현장 조사 및 지상 LiDAR 지형 분석을 수행하고 토석류 수치 모형인 FLO-2D 와 RAMM 모형을 이용하여 토석류 유동 과정을 시뮬레이션하였다. 그리고 토석류 퇴적 면적을 산정하고 실제 발생 구간과 비교 분석하였다. 지상 LiDAR 스캔 자료의 토석류 발생 구간 퇴적 면적은 대략 21,336 m²로 산정되었으며 FLO-2D 모의 결과 20,425 m², RAMMS 모형의 경우 19,275 m²로 분석되었다. 두 모형 모두 실제 발생 구간과 유사한 형태를 보였다. 구축된 지형자료는 재해 발생 위험지역의 안전성 확보를 위한 기초자료로 활용 가능할 것이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.1227-1240
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• 2014

휴 폐광산지역은 복합지질재해지역으로 집중호우에 의해 토사재해와 산성광산배수를 발생시킨다. 본 연구는 폐석적치장 전반에 걸쳐 토사재해가 관측된 임기광산에 대해 지반공학적 유변학적 시험을 수행하고 얻어진 시험결과를 토대로 1-D 토석류 수치해석을 수행함으로써 토석류의 확산성을 조사하였다. 모래와 자갈로 구성된 광산폐석 시료의 유변학적 특성을 조사하기 위해 베인관입형 레오미터(Vane-penetrated rheometer)를 사용하였으며, 전단응력 제어를 통한 전단응력(${\tau}$)-전단속도(${\dot{\gamma}}$)와 점도(${\eta}$)-전단속도(${\dot{\gamma}}$) 간의 상관관계를 얻었다. 또한 광산폐석 시료에 대해 잘 알려진 유변학적 모델들(Bingham, Herschel-Bulkley, Power-law, bilinear 및 Papanastasiou 모델)을 적용함으로써 수치해석에 필요한 유변학적 매개변수(항복응력과 소성점도)를 결정하였다. 실험결과에 따르면, 체적농도에 무관하게 전형적인 전단담화(shear thinning) 거동이 관측되었으며, 함수비가 증가할수록 Bingham 유체처럼 거동하는 것으로 나타났다. 또한 사용된 모든 유변학적 모델들은 파괴 후 거동에 적합한 모델들로 밝혀졌다. 토석류 흐름특성을 조사하기 위해 실험결과를 토대로 토석류 크기(5 m, 10 m 및 15 m)와 항복응력(100 Pa, 200 Pa, 300 Pa 및 500 Pa)을 선정하여 1-D BING을 통해 수치해석을 수행하였다. 그 결과, 토석류 이동거리와 이동속도는 항복응력의 크기에 반비례한 것으로 나타났으며, 토석류 항복응력이 500 Pa 이하인 경우 대부분의 토사는 계곡부까지 흘러갈 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 집중호우 기간에 산악지역에 방치된 광산폐석은 토사재해에 취약하고 2차적으로 인근 수계로 유입되어 환경적 문제를 야기시킬 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제17권1호
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• pp.1-8
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• 2024

산지가 국토의 60%를 차지하는 우리나라는 집중호우, 태풍 등의 토석류가 발생 할 수 있는 요인들이 증가하여, 산사태, 토석류와 같은 재해의 위험성이 큼에도 불구하고 대부분의 지역에서 피해를 예방하기 보다 피해 후 복구에 편중되어왔으며, 토석류 발생지역에 대한 현장조사 및 토석류 수치해석에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 토석류 위험구간 분석을 위해서 실제 토석류가 발생한 지역을 대상으로 현장조사 및 드론측량을 실시하여 정밀도 높은 지형 데이터를 구축하고 수치해석 프로그램 RAMMS 모형을 활용하여 토석류 발생 유역을 대상으로 토석류 흐름 분석을 수행하고 실제 발생한 토셕류 분포를 비교 분석하여 모형의 적용성을 평가하였다. 그 결과 RAMMS 모형으로 산정된 토석류 발생면적은 실제 면적보다 18% 크게, 이동거리는 10% 작게 산정되었으나, 모형으로 계산된 토석류 발생 형상과 발생 이동경로가 실제자료와 유사하게 모의되어 모형을 통한 토석류 이동의 경향성을 파악할 수 있다고 판단하였다. 향후, 국내에 적합한 모형 검증 및 미계측 유역에 대한 토석류 해석을 통한 피해 예상 지역의 선정 등의 추가 연구를 수행하고자 한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.965-974
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• 2013

2011년 7월 27일 우면산 유역에서 일련의 토석류가 발생하여 많은 인명과 재산 피해를 야기했다. 이러한 토석류 피해를 저감하기 위해서는 토석류가 어떻게 이동하고 퇴적되어 하류부에 피해를 주는지를 예측할 수 있는 기술이 필요하다. 이 연구에서는 우면산 토석류에 대해서 FLO-2D 수치모형을 적용하여, 모형의 성능을 평가하고, 이들 토석류의 유동 매개변수를 분석하였다. 우면산 북측사면에서 발생한 토석류의 현장 관측자료와 FLO-2D 모의 결과 분석을 통해서 역산된 우면산 토석류의 대표 항복응력은 1,022 Pa 그리고 대표 동점성은 652 $Pa{\cdot}s$ 인 것으로 나타났다. 선정된 매개변수를 이용하여 우면산 토석류의 퇴적영역을 산정한 결과, 래미안 유역의 경우 63 - 85% 정확도의 피해유역을 재현됨으로서 FLO-2D 모형은 피해유역 산정에 적합한 것으로 나타났다. 하지만, FLO-2D 모형이 침식물질과 우수의 연행작용을 고려할 수 없는 고유의 한계 때문에 연행작용이 현저한 래미안 및 신동아 유역 토석류의 유하속도는 과소평가하는 것으로 나타났다. 유하부에서 침식에 의한 연행작용이 활발하지 않은 형촌마을 유역 토석류는 수로와 저수지 상부 부근에서의 퇴적을 우수한 정확도로 모의되었다. 민감도 분석 결과 유사체적농도와 바닥조도계수 모두 토석류의 흐름두께와 유속 모두에 상당한 영향을 미치는 것으로 나났으므로, 이들 매개변수의 선정에 신중해야 함을 보여주었다.