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Roles of slit-type barrier arrangement in effective debris flow mitigation = 슬릿형 사방댐의 배치에 따른 토석류 저감효과 분석
서명 / 저자 Roles of slit-type barrier arrangement in effective debris flow mitigation = 슬릿형 사방댐의 배치에 따른 토석류 저감효과 분석 / Shin-Kyu Choi.
저자명 Choi, Shin-Kyu ; 최신규
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2016].
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Debris flows, ones of the flow-like landslides, travel at an extremely rapid velocity, hence those can cause economic and societal damages to urban areas. Installing debris flow barrier that can dissipates the energy of the debris flow is one of the frequently used methods for preventing the damages. In particular, slit-type barrier, one type of open-type barriers is widely used due to the minimum environmental disturbance. However, performance of slit-type barriers against debris flows remains poorly identified. Therefore, this study explores the roles of slit-type barriers in characteristics of debris flow behaviors via small-scale physical model experiments and numerical flow simulations. First, small-scale physical modeling was conducted to evaluate the effect of barrier arrangements on debris flow behaviors related to velocity reduction, trap ratio, and overflow. Herein, debris flows were consistently re-produced using the sand-water mixture. The effect of presence of large boulders was additionally explored with the debris flows produced using the sand-boulder-water mixture. The performance of slit-type barriers was discussed with respect to three major factors―velocity reduction, trap ratio, and overflow. The results showed that the extent of velocity reduction and the trap ratio decreased as the angle of barrier increased because the opening ratio increased. The V-type arrangements rendered the greater velocity reduction and trap ratio than the P-type arrangements for a given angle owing to the secondary collision between the bounced debris and the part of following debris. As the debris contained more boulders, the extent of velocity reduction and the trap ratio also became greater. As the angle of walls increased and the opening ratio increased, the magnitude of overflow decreased, indicating the less scouring impact by overflowed debris. Second, numerical simulations were conducted to understand interactions between the debris flow and the barrier and to evaluate the effect of barrier location along a channel and barrier arrangement on debris flow behaviors using a commercially available dynamic runout code, DAN3D. The barrier was installed at upstream (closed- and open-type barriers), midstream (closed-type barrier), and downstream (closed-type barrier) of the debris flow channel, and the debris flow behaviors were then simulated. By installing the barrier, the velocity, thickness, and volume of the debris flow were observed to decrease significantly, compared to the case with no barrier. In particular, installation of the barrier at upstream and midstream of watersheds resulted in the greatest reduction in velocity and installation of the barrier at downstream of watersheds resulted in the greatest reduction in thickness. Similarly with the closed-type barrier cases, the velocity, thickness, and volume were significantly reduced for the open-type barrier cases, but there was no significant difference among three cases at various arrangements. The obtained results contribute to better understanding of the debris flow behaviors under an influence by the barriers, and these be used for optimum design of the debris flow barriers.

토석류는 산사태의 한 종류로, 매우 빠른 속도로 이동하면서 도심지의 경제적, 사회적인 피해를 일으킨다. 이러한 피해를 막기 위해 사방댐을 설치하여 토석류의 에너지를 소산시키는 방법이 빈번하게 사용되어 왔다. 특히, 투과형 사방댐 중 하나인 슬릿형 사방댐은 환경훼손을 최소화하는 장점 때문에 많이 사용되고 있다. 그러나, 토석류 거동 변화에 따른 슬릿형 사방댐의 성능에 관한 이해가 부족한 상황이다. 그러므로, 이번 연구는 실내실험과 수치해석을 통해 토석류 특성에 따른 슬릿형 사방댐의 성능을 연구하였다. 첫번째로, 슬릿형 사방댐의 배치가 토석류의 속도 감소, 포착율 그리고 월류량에 미치는 영향을 분석하기 위해 실내실험을 수행하였다. 토석류는 모래와 물의 비율이 일정한 혼합물을 사용하여 동일하게 재현하였다. 슬릿형 사방댐의 성능은 속도 감소, 포착율 그리고 월류량의 3가지 인자를 분석하여 평가하였다. 댐의 각도가 증가할수록 댐에 의한 유역의 투과율이 증가하기 때문에 토석류의 속도 감소와 포착율의 범위가 감소된 결과가 나타났다. 동일한 댐의 각도에서 V-형태의 배치가 P-형태의 배치보다 토석류의 속도 감소와 포착율이 큰 결과가 나타났다. 이것은 댐에 충돌되어 튕겨진 토석류가 뒤에서 오는 토석류와 2차 충돌되는 효과 때문이다. 토석류에 거석이 포함될수록 토석류의 속도 감소와 포착율의 범위 또한 증가하는 것으로 나타났다. 댐의 각도가 커질수록 댐에 의한 유역의 투과율이 증가하고, 토석류의 월류량은 감소되었다. 이것은 월류된 토석류에 의해 사방댐 후면의 침식이 적게 발생된다는 것을 의미한다. 두 번째로, 토석류와 사방댐의 상호작용을 이해하고, 사방댐 설치 위치에 따른 토석류 거동 변화를 평가하기 위해 토석류 유동해석 프로그램, DAN3D가 사용되었다. 사방댐을 유역의 상류(불투과형, 투과형 사방댐), 중류 그리고 하류 (불투과형 사방댐)에 설치한 후, 토석류의 유동 변화를 해석하였다. 사방댐을 설치함으로써, 토석류의 속도, 깊이 그리고 부피가 사방댐을 설치하지 않은 경우보다 크게 감소되었다. 특히, 사방댐을 상류와 중류에 설치하였을 때 토석류의 속도가 가장 많이 감소되었고, 사방댐을 하류에 설치하였을 때 토석류의 깊이가 가장 많이 감소되었다. 투과형 사방댐을 유역의 상류에 설치하였을 경우에도 토석류의 속도, 깊이 그리고 부피가 많이 감소되었으나, 배치에 따른 차이는 크지 않았다. 이번 연구로부터 얻어진 결과는 사방댐에 의한 토석류 거동 변화에 대한 이해를 돕는 자료로 사용될 것이고, 사방댐 최적 설계에 반영될 것이다.

서지기타정보

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청구기호 {MCE 16023
형태사항 vi, 100 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 최신규
지도교수의 영문표기 : Tae-Hyuk Kwon
지도교수의 한글표기 : 권태혁
Including Appendix
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 건설및환경공학과,
서지주기 References : p. 93-96
주제 Debris Flow
Performance Evaluation
Slit-type Barrier
Physical Model
Barrier Location
DAN3D
토석류
성능평가
슬릿형 사방댐
축소모형실험
사방댐 위치
DAN3D
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