• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제22권2호
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• pp.25-33
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• 2021

본 연구는 토석류의 퇴적 특성을 파악하고 소단을 설치함에 따른 토석류 피해의 저감효과를 분석하기 위해 수행되었다. 다양한 수로경사 및 토사체적농도를 고려하여 수로실험을 수행하였으며, 소단 설치에 따른 토석류 피해의 저감효과를 분석하기 위해 소단을 설치하지 않은 경우와 소단을 설치한 경우를 비교하였다. 본 연구에서는 토석류의 퇴적 특성 중 도달거리, 총 이동거리 및 이동비에 대한 분석을 진행하였다. 먼저 수로경사 변화에 따른 토석류의 퇴적 특성을 분석하였고, 토사체적농도 변화에 따른 토석류의 퇴적 특성을 분석하였다. 또한, 소단을 설치하지 않은 경우를 기준으로 소단을 설치한 경우의 퇴적 특성 변화율을 산정하였다. 실험결과, 수로경사와 토사체적농도가 토석류의 퇴적 특성에 상당한 영향을 미치는 것을 확인하였다. 또한, 사면에 소단을 설치할 경우 토석류의 도달거리와 이동비가 크게 감소하였으며, 총 이동거리가 증가하였다. 이는 소단을 설치하는 것이 토석류의 이동을 지연시키고, 토석류의 잠재적인 이동성을 감소시키는 것을 의미한다. 본 연구의 결과는 토석류의 퇴적 특성을 이해하는 데 유용한 정보를 제공할 것이며, 나아가 소단의 설계에 도움을 줄 것으로 기대된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권1호
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• pp.23-27
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• 2013

기후변화에 따른 토석류 발생과 그로 인한 피해가 세계적으로 증가 추세에 있다. 토석류 연구는 역학적 관점에서 파괴 후(post-failure) 거동에 해당하며 지반강도와 유동특성을 분석함으로써 특성화할 수 있다. 본 연구는 국내의 토석류 발생지역인 상주(화강암 풍화토), 인제(편마암 풍화토), 포항(이암 및 셰일) 지역을 대상으로 지반의 물성-전단강도 상관관계와 토석류의 유동특성을 평가하였다. 본 연구지역을 대상으로 스웨덴 낙하 콘(Swedish Fall cone) 시험장치를 이용하여 지반의 물성 및 지반강도 사이에 일정한 상관관계가 있음을 밝혔다. 실험결과에 따르면, 인제, 상주, 포항지역에서 채취된 시료에 대해 액성지수(IL)와 비배수 전단강도($C_{ur}$) 사이에 $C_{ur}=(1.2/I_L)^{3.3}$의 관계식이 성립한다. 토석류 흐름을 지배하는 항복응력은 재성형 비배수 전단강도에 상응하는 것으로 간주하고, Bingham 모델과 액성지수-항복응력 관계식을 이용하여 토석류의 유동성을 조사하였다. 유동해석은 국내 풍화토와 낮은 활성점토를 구분하여 적용하였다. 이때 액성지수는 액성한계를 기준으로 $I_L=1$, 1.5, 3.0으로 구분하여 비교분석하였다. 동일한 액성지수($I_L=1$)에 대해, 토석류의 발생 5분 경과 후 최대 이동거리는 250m에 다다른다. 액성지수가 3으로 증가 될 경우, 토석류의 이동거리를 5분까지 살펴본 결과, 국내 풍화토는 낮은 활성점토에 비해 2배 이상 큰 유동성이 있음을 알 수 있었다. 본 유동성 평가기술은 토석류 피해저감기술 전략수립에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 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.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제20권4호
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• pp.23-29
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• 2019

최근의 기후변화는 산지가 많은 우리나라에서 토석류를 발생시켜 하류에 많은 재난을 야기하였다. 산지에서 발생한 토석류는 퇴적과 침식을 반복하며 하류로 이동하고, 유동화된 토사-물 혼합물 형태로 나타난다. 이처럼 강한 운동성의 토석류를 해석하기 위하여 연속방정식 및 운동량 방정식을 적용하였고, 퇴적 및 침식에 관한 속도식은 세립사가 포한된 수정형을 적용하였다. 본 연구는 산지 상류부에서 발생 가능한 퇴적토사량의 변화에 대한 하류부에서의 토석류 거동을 분석한 것이다. 조립토사의 포설 길이 변화에 따른 수로 하류단에서 토사체적농도를 분석해 보면, 공급유량이 많고 포설길이가 길수록 토사농도의 고저차가 크게 나타났고, 변곡점 발생 시점도 빨라진 것을 알 수 있다. 본 연구의 결과는 급경사의 비탈사면에서의 침식 및 퇴적 가능 여부를 알 수 있는 침식-퇴적 속도를 판단하여 토석류 재해에 대한 대책을 세우는 데 좋은 정보를 제공할 것이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.181-194
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• 2013

산사태는 토사, 거석, 유목 등 산사태 물질의 중력사면 이동현상이다. 산사태는 수리학적, 지형학적, 지반공학적 요인에 따라 다양한 흐름 및 퇴적특성을 보인다. 흐름특성은 아주 느리게 움직이는 산사태(활동, 이류 등)에서 아주 빠르게 움직이는 산사태(토석사태, 토석류 등)까지 다양하다. 이런 점에서 산사태 발생과 확산 메커니즘의 이해를 위해 전단변형률에 따른 전단강도특성에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 한국형 산사태에 적합한 링 전단시험장치의 개발과 활용성에 대한 것이다. 링 전단시험장치는 산사태 유형별 피해 및 영향성 평가에 사용되는 전단강도를 측정할 수 있으며, 전단속도에 따른 산사태의 유동성을 평가하기 위한 장치이다. 비배수 전단강도 측정용 링 전단시험장치는 기존에 개발된 링 전단시험기의 수정보완형으로 '포화-압밀-배수-전단' 순으로 시험조건을 자유롭게 조절할 수 있다. 링 전단상자내 흙 시료의 전단강도의 정확한 측정을 위해 미끄럼 방지, 밀폐성 및 회전성 향상 기능을 갖춘 시험장치이다. 링 전단시험장치는 모래와 자갈 시료에 대한 예비실험을 수행하였으며 기존 시험결과와 비교하여 신뢰할 만한 결과를 확인하였다. 회전속도 100 mm/sec 로 구속할 때 배수조건에 따른 일시적 액상화 현상으로 인한 강도저하 현상이 관측되며, 전단면에 따른 입자파쇄 현상이 뚜렷하게 나타났다. 마지막으로 토석류 유변학에 기초하여 링 전단시험장치를 이용한 산사태 유동성 평가기법을 제안하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.235-245
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• 2021

최근 기후변화의 영향으로 집중호우의 발생빈도가 증가하여 많은 양의 토석류가 발생하고 있다. 본 연구의 목적은 수로경사와 토사체적농도의 변화에 따른 토석류의 흐름 특성을 파악하고, 소단의 설치가 토석류 흐름 특성에 미치는 영향을 분석하는 것이다. 본 연구에서는 실내 모형실험을 통해 토석류의 흐름 특성 중 유속, 흐름 깊이, Froude 수, 흐름저항계수를 산정하였으며, 소단의 영향을 확인하기 위해 소단을 설치하지 않은 직선수로와 소단을 설치한 1단 수로의 실험결과를 비교하였다. 실험결과, 수로경사가 토석류의 유속과 흐름 깊이에 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 토사체적농도가 토석류의 유속, 흐름 깊이, Froude 수 및 흐름 저항계수에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 또한, 소단을 설치함에 따라 토석류의 유속과 흐름 깊이가 최대 26.1%, 71.2%씩 감소하는 것을 확인하였다. 이는 소단을 설치하는 것이 토석류의 유속을 감소시켜 토석류의 이동성과 운동에너지를 감소시키는 것을 의미한다. 본 연구의 결과는 토석류의 흐름특성을 파악하는 데 유용한 정보를 제공하며, 사면에서 소단의 효용성에 대한 정보를 제공한다.

• 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.