The mobility of a channelized debris flow mainly determined using basal shear resistance is influenced by the variation of basal pore pressure due to topographic and entrainment effects. Therefore, the estimation of the basal shear resistance and the prediction of rheological characteristics with a clear theoretical basis are essential to quantitatively assess the hazard in a specific location. However, quantifying and physically explaining the rheological processes are often quite challenging due to its interrelationship with other phenomenon like entrainment, hydroplaning or turbulence.
DAN3D, a continuum dynamic run-out model for debris flow and rapid landslides, is designed to incorporate innovative features including the various rheological models and entrainment mechanism. However, it’s capability for predictive modeling is quite limited due to the lack of experimental tests or constitutive relationships for the estimation of rheological parameters and the growth rate.
Thus, with the objective of predictive debris flow modeling through appropriate rheological model identification and database development, this research attempts to apply a stochastic method for the same. The study is conducted in three stages; firstly, three rheological models were applied in Mt. Woomyeon to determine the most pertinent model through the comparison of best calibrated parameters. After the initial filtering of the rheological models in stage one, the rheological parameter database was established by conducting back analysis using an inventory of 37 previous debris flow events in Gyeonggi province of Korea. Finally in third stage, the calibrated parameter database was used to determine probability density function (PDF), and the predictive run-out modeling was conducted through random sampling of rheological parameters using Monte Carlo Simulation.
The stepwise implementation of the probabilistic analysis method for estimation of rheological parameters has been shown to be a suitable method for fast and effective debris flow predictive modelling to demarcate the hazard prone areas.
계곡형 토석류의 유동성은 토석류의 속도, 이동거리와 관련되며, 유변학적 특성에 의해 결정된다. 유변학적 특성은 하상물질의 전단저항력과 밀접한 관련이 있는데, 이는 토석류 바닥면에서의 발생하는 간극수압에 의해 감소된 전단저항력이 토석류의 유동성에 큰 영향을 미치기 때문이다. 따라서 토석류의 유변학적 특성은 바닥면의 전단저항력으로서 표현이 가능하며, 토석류 정량적 분석에 있어서 전단저항력의 예측은 특정 지역의 토석류 위험도를 평가하기위해 매우 중요하다. 그러나 다양한 구성 물질로 이루어진 토석류는 복잡한 거동을 보일 뿐만 아니라 분석하기 위한 현장 관측 자료도 부족하기 때문에 유변학적 특성을 정량화 하거나 이론적으로 설명하는 것은 쉽지 않다.
최근에는 컴퓨터 성능의 향상과 더불어 복잡한 토석류의 거동을 모사하기 위한 수치해석 프로그램들이 많이 개발되었으며, 본 연구에서는 연속체 다이나믹 모델인 DAN3D가 사용되었다. DAN3D에서는 5가지 유변학적 모델을 제공함으로서 다양한 토석류 거동에 대한 유변학적 특성을 반영할 수 있도록 디자인 되었다. 그러나 예측 측면에서 바라봤을 때, DAN3D는 유변학적 매개변수를 사용자가 임의로 지정해야 한다는 단점을 가지고 있다. 현재까지 유변학적 매개변수를 측정하기 위해 명확하게 정의된 표준 시험이 없을 뿐만 아니라, 추정을 위한 방법도 명확하지 않다. 따라서 토석류예측 모델릉을 위해서 유변학적 매개변수 추정을 위한 연구가 필요한 실정이다.
본 연구에서는 토석류 거동에 대한 예측 모델링을 하기위해서 과거 토석류가 발생했던 서울 우면산 및 경기도 지역을 대상으로 유변학적 매개변수 데이터베이스를 구축하였고, 이를 토대로 확률론적 해석방법(몬테카를로 시뮬레이션)을 적용하여 예측 모델링에 대한 신뢰성을 검토하고자 하였다.
