Debris flow is a flow-like landslide in which mixtures of water and earth materials move downward rapidly. Installation of physical countermeasures, such as check dams, mitigates the damage caused by debris flows. Thus, performance evaluation of these countermeasures through real-time and large-scale debris flow physical field experiment is critical. However, field experiments require lengthy preparations, a human workforce, and a high cost-benefit ratio. Thus, numerical analysis of these real-scale experiments becomes an efficient alternative performance evaluation solution. This research collects topographic data from a read-scale debris flow experiment in Pyeongchang, South Korea, through an Unmanned Aerial Vehicle-Light Detection And Ranging (UAV-LiDAR) survey. The Three-Dimensional Dynamic Analysis (DAN3D) numerical model simulates the debris flow test without countermeasures. The runout distance and frontal velocity from the experiment and simulation without countermeasures show good agreement when the turbulence parameter ($\zeta$) is 1100 m/s2, and the friction coefficient (f) is 0.11. In contrast, the Smoothed-Particle Hydrodynamics (SPH)-based DualSPHysics code simulates the experiment with two rows of cylindrical baffles installed along the channel width as countermeasures for debris flows. The simulated frontal velocity along the runout distance of the debris flow, with cylindrical baffles, shows good agreement with the experimental result when the Bingham viscosity ($\mu_B$) is 9.05 Pa·s, and the yield shear stress ($\tau_y$) is 19.05 Pa. Frontal velocity of debris is reduced by topographical characteristics and cylindrical baffles. The more left the baffle in the first array is located, with respect to the upstream direction, the larger impact load is exerted. Furthermore, due to topographical characteristics, the impact load reaches the second peak value earlier as the baffle is located on the left with respect to the upstream direction. However, no significant differences in impact load trend are not observed in the second array. Comparing the local impact loads from the DualSPHysics simulation and the experiment, the limitations of the numerical approach used in this study is discussed. Therefore, this study provides the valuable information to real-scale experiment design and performance evaluation of countermeasures.
토석류는 산사태의 한 종류로 물과 토사의 혼합물이 빠른 속도로 흐르는 현상이다. 토석류에 의한 피해를 예방하기 위해 사방댐과 같은 대책구조물들이 설치되고 있으며 보다 정확한 성능검증을 위해서는 실대형 토석류 실험을 수행할 필요가 있다. 하지만 실대형 실험은 시간과 비용이 많이 소모되므로 실대형 실험 현장에 대한 수치해석적 연구가 동반되어야 한다. 본 연구에서는 UAV-LiDAR 측량을 수행하여 실대형 실험 현장의 지형정보를 획득하고 이를 이용해 수치해석적 연구를 수행하였다. 원통형 대책구조물이 설치되지 않은 실험에 대한 DAN3D 시뮬레이션을 수행하였으며 Voellmy 유동모델의 난류계수가 1100 m/s2, 마찰계수가 0.11일 때 추정 선단부 속도와 이동거리가 실험의 선단부 속도 및 이동거리와 유사한 값을 가졌다. 또한 SPH 기법을 기반으로 하는 DualSPHysics를 이용하여 원통형 대책구조물이 설치된 실험에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. DAN3D를 통해 획득한 160 m 위치에서의 토석류 선단부 속도와 두께를 입력 값으로 활용하였다. Bingham 점성도가 9.05 Pa∙s, 항복 전단응력이 15.09 Pa일 때 실험결과와 유사한 값의 선단부 속도가 추정되었다. 원통형 대책구조물과 지형에 의해 토석류 속도가 감소하였으며 상류방향 기준으로 첫 번째 열에서 가장 왼쪽에 위치한 원통형 구조물일수록 큰 충격력이 작용하였다. 또한 지형의 영향을 받아 구조물이 왼쪽에 위치할수록 충격력이 두 번째 피크 값에 일찍 도달하였다. 두 번째 열의 원통형 구조물에서는 충격력의 차이가 크지 않았다. 국부적으로 작용하는 충격력을 실험결과와 비교한 후 본 연구의 한계점에 대해 논의하였다. 따라서, 본 연구의 수치해석 결과는 향후 실대형 실험 설계 및 대책구조물 성능평가에 기여할 수 있을 것이다.
