• Geomechanics and Engineering
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• 제13권6호
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• pp.947-961
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• 2017

An innovative spiral variable-section capillary model is established for piping critical hydraulic gradient of cohesion-less soils causing water/mud inrush in tunnels. The relationship between the actual winding seepage channel and grain-size distribution, porosity, and permeability is established in the model. Soils are classified into coarse particles and fine particles according to the grain-size distribution. The piping critical hydraulic gradient is obtained by analyzing starting modes of fine particles and solving corresponding moment equilibrium equations. Gravities, drag forces, uplift forces and frictions are analyzed in moment equilibrium equations. The influence of drag force and uplift force on incipient motion is generally expounded based on the mechanical analysis. Two cases are studied with the innovative capillary model. The critical hydraulic gradient of each kind of sandy gravels with a bimodal grain-size-distribution is obtained in case one, and results have a good agreement with previous experimental observations. The relationships between the content of fine particles and the critical hydraulic gradient of seepage failure are analyzed in case two, and the changing tendency of the critical hydraulic gradient is accordant with results of experiments.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권2호
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• pp.129-138
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• 2008

차수성이 요구되는 제체나 댐체에 대하여 안정성을 판단하고자 할 경우 파이핑 현상발생 여부를 검토한다. 제체나 댐체는 층 다짐을 수행하면서 축조되므로 투수성은 수평방향 투수계수($k_x$)와 연직방향 투수계수($k_y$)가 서로 다른 이방성이 될 수 있다. 본 연구에서는 여러 가지 투수계수 비(k-ratio=$k_y/k_x$k)에 따른 침투해석을 수행하여 유출동수경사와 침투유속을 파악하고, 이론식에 의한 한계동수경사와 경험식에 의한 한계유속과 각각 비교.검토하여 파이핑에 미치는 영향을 검토하였다. 연구결과 투수계수 비는 한계동수경사 개념으로 파이핑 현상발생에 대한 안정성을 검토할 경우 매우 중요한 요소로 작용하나, 한계유속 개념에 대해서는 상대적으로 중요도가 매우 낮은 것으로 확인되었다.

• 한국농공학회지
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• 제17권3호
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• pp.3833-3839
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• 1975

The object of this experiment is to find out some flow characteristics of water through sand layer, to prevent moving sands in the filters of the fill Dam, infiltration gallery, well and Deversion Weir. This experiment was accomplished with different particle Sizes of Six Samples and different hydraulic gradient. The results obtained are Summarized as follows. 1. The critical hydraulic gradients for laminar flow was found to be between 1 and 2 when the sand used had the effective diameter, D10 of between 0.18cm and 0.45cm. 2. The critical hydraulic gradients for different particle sizes of sands were varied considerably. 3. There was a negative correlation between critical hydraulic gradient and critical Velocity, and between effective particle diameter D10 and critical hydraulic gradient respectively. 4. In spite of relatively small variation of void ratio of sands used, the values of the coefficient of permeability varied considerably. There was a negative correlation between coefficient of permeability and void ratio.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회
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• pp.687-697
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• 2010

This study was designed to carry out studies on critical seepage velocity and critical hydraulic gradient using a piping test targeting SM and ML which are widely distributed ahead of and behind the depth of E.L(-)10m in Saemangeum area in order to examine stability of embankment built on the ground vulnerable to piping. The effects of relative densities on critical hydraulic gradient and critical velocity were also compared and analyzed using empirical formula and theoretical formula, and relative densities were set up as respectively 9%, 25%, 50%, and 75% for this experiment. As a result, for critical hydraulic gradient, most of specimens detected piping at lower values than the empirical formula of Terzaghi(1922). It is, therefore, considered that the empirical formula devised by Kalin(1977) or Hayashi(1978) is more reasonable to be conservative. It was also found that critical velocity decreased as relative density increased, and critical velocity predicted was mostly lower than the theoretical formula.

• 한국농공학회:학술대회논문집
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• 한국농공학회 1998년도 학술발표회 발표논문집
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• pp.414-418
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• 1998

This study was carried out to analyze permeability of steel slag. Three molds with the same grading of raw steel slag were used to measure the coefficient of permeability. Darcy's law could be applied to the steel slag below 0.5 of critical hydraulic gradient because the water flow changed from laminar flow to turbulent flow above the critical hydraulic gradient. Also, the velocity of flow changed according to hydraulic gradient. The coefficient of permeability of the specimen was $\alpha$$\times$10$^{-3}$ cm/ sec.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제7권3호
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• pp.175-181
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• 2003

본 논문에서는 상향 침투시험기를 이용하여 3가지 시료에 대하여 상향 투수시험을 수행하였고, 이를 통하여 한계속도, 한계동수경사, 투수계수 등을 산정하여 기존의 세굴 검토 방법에 대한 신뢰성을 파악하였다. 또한 세굴 설계인자에 대하여 FEM Program인 Plaxis를 이용하여 민감도 분석을 수행하였다. 민감도 분석결과 제방 하부의 출구부 동수 경사에 가장 영향을 많이 미치는 인자는 중심코어의 높이로 나타났다. 또한 제방의 구배와 뚝마루 폭이 중심코어의 높이 다음으로 세굴에 영향성이 큰 것으로 나타났다. 그러나 중심코어의 뚝마루폭은 출구부의 동수경사 변화에 영향이 적은 것으로 나타났다. 이러한 민감도 분석결과를 이용하여 설계시 동수경사가 기준 동수경사보다 크게 나타날 경우 민감도 변화가 큰 설계인자를 변경하여 경제적이고 보다 손쉬운 출구부 동수경사 저감이 가능하리라 판단된다.

• 한국농공학회논문집
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• 제62권6호
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• pp.119-129
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• 2020

Through 3D seepage analysis of pressure relief well installed on the embankment of agricultural reservoir, the effects of reducing pore water pressure and hydraulic gradient, and increasing piping safety, depending on diameter (0.2, 0.4, 0.6 m) and space (10, 25, 50 m) of relief well, were analyzed. The conclusions drawn through this study are as follows. i) At the location of pressure relief well, pore water pressure decreases by 25.3~62.5%, and hydraulic gradient decreases by 22.4~55.7%. ii) Between relief wells, pore water pressure decreases by 2.7~40.3%, and hydraulic gradient decreases by 2.8~47.0%, which are relatively less than at the cross section of installed location of relief well. iii) Piping safety factor by critical hydraulic gradient increases by 28.9~125.6% at the location of relief well and increases by 2.9~88.8% between relief wells. iv) Seepage analysis needs to be performed by the 3D method to make evaluation of seepage at the location of relief well and between relief wells possible. v) Additional evaluation is required for various conditions such as waterhead, engineering characteristics of embankment body and its foundation, location, diameter, spacing and depth of pressure relief well.

• 한국농공학회논문집
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• 제60권1호
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• pp.1-10
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• 2018

This study analyzed pore water pressure, seepage and leakage quantity, height of seepage and critical hydraulic gradient in order to suggest the seepage characteristics of agricultural reservoir embankment considering filter interval. The seepage characteristics of a deteriorated reservoir embankments were conducted according to the horizontal filter intervals range using three- dimensional finite element analysis. The wider the horizontal filter interval, the higher the pore water pressure increased, and the pore water pressure ratio in the center of the core has a greater effect than the base part. The seepage and leakage quantity appeared largely in the two-dimensional analysis conditions (case 1), where the filter was constructed totally in the longitudinal direction of the embankment, the wider the horizontal filter interval was gradually reduced. The reasonable filter intervals to yield efficient seepage characteristics were within 30 m for the pore water pressure of the core and the height of the seepage line. The stability of the filter installation was able to evaluate the stability of the piping by the critical hydraulic gradient method. The deteriorated reservoir with no filters or decreased functionality can significantly reduce the possibility of piping by simply installing a filter on the downstream slope. In the future, the deteriorated reservoir embankment should be checked for the reservoir remodeling because the core and filter functions have been lost or decreased significantly. In the case of a new installation, the seepage characteristic behavior due to the core and filter changes should be applied to the field after obtaining a reasonable horizontal filter interval that satisfies the safety factor by a three-dimensional analysis.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권4호
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• pp.5-17
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• 2021

본 논문은 만곡부 제방에 대해 곡률각도, 곡률반경에 따라 3차원 해석을 실시하여 침투특성을 규명하였다. 제방만곡부에서 동수경사는 2차원 해석 결과에 비해 외측제방에서는 감소하였고, 내측제방에서는 증가하였다. 곡률각도와 곡률반경이 작을수록 2차원 해석 대비 동수경사의 변화가 큰 경향을 나타내었으며, 곡률각도보다는 곡률반경이 동수경사에 미치는 영향이 큰 것으로 나타났다. 한계동수경사에 의한 파이핑 안전율 산정결과, 2차원 해석에 대비하여 안전율은 외측제방에서는 2~5%가 증가되었고, 내측제방에서는 4~12%가 감소되었다. 이 감소폭을 고려해 볼 때 제방만곡부에 대해 2차원 해석을 실시하고 파이핑에 대한 허용안전율 Fs=2.0보다 0.1~0.3정도 더 크게 설계하면 만곡부의 안전율은 약간 감소되지만 안정성 확보에는 무리가 없는 것으로 판단되었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제21권4호
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• pp.19-30
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• 2020

본 연구는 하천 보축제체 내부를 관통하여 설치되는 배수통문 구조물 연결부에서 누수가 발생하는 경우 구조물 측면의 침투 특성을 파악하고 이러한 측면 침투 거동에 따른 파이핑 등이 제체 안정에 미치는 영향을 분석한 수치해석적 연구이다. 측면 침투 거동을 고려하기 위해 동일한 모델에 대해 2차원 및 3차원 수치해석을 수행하였다. 그리고 측면 침투의 영향을 분석하고 수치 해석의 타당성을 평가하고자 하였다. 연구 결과, 제외지에 수문이 위치한 조건에서 누수가 발생하고 측면 침투를 고려하는 경우 구조물 누수지점 인근의 최대간극수압은 누수가 발생하지 않는 정상적인 침투 상태에 비해 절반 정도로 감소하였다. 특히 측면 침투를 고려하지 않는 경우 구조물 하부에서 과도한 간극수압 변화를 보였다. 구조물 상부와 하부의 동수경사는 고수위로 수위가 상승하면서 한계동수경사보다 큰 동수경사를 나타내고 있어 장기간 파이핑에 취약할 것으로 판단된다. 제내지에 수문이 위치하고 측면침투를 고려하지 않는 경우 동수경사와 침투유속 등 침투수의 영향은 측면침투를 고려하는 경우에 비해 과소하게 해석되었다. 수문이 제외지에 위치하고 누수가 발생하여 파이핑 발생 또는 제체 재료 유실이 우려되는 경우 측면 침투를 무시하게 되면 최대 동수경사는 상대적으로 작게 나타났다. 그리고 한계동수경사를 초과하는 기간도 짧은 시간대로 해석되었다. 결과적으로 측면 침투를 무시하게 되면 파이핑 발생 가능성을 과소하게 평가할 수 있어 주의해야 할 것으로 판단된다.