R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201616CTAP-C078006-03 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 허용 저사량 향상(최대 30%)을 위한 충격 흡수용 Hypotential Net 공법 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-10-16 ~ 2017-10-15 | |||||
| 연구책임자 | 이경수 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
14명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 207,000,000 원 기업 : 147,000,000 원 계 : 354,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 522,000,000 원 기업 : 361,000,000 원 계 : 883,000,000 원 |
|||
| 연구기관명 | (주)다산이엔지 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-002115-01 | |||||
| ISBN | _ | |||||
| 주요 내용 |
최근 전 세계적으로 기상이변에 의한 토석류 붕괴는 사회적인 문제로 대두되고 있다. 이에 국내에서는 이를 저감하기 위하여 여러 노력을 수행중에 있지만 토석류 붕괴 저감과 관련된 연구는 시작단계이므로 이 분야에서의 국가 경쟁력은 선진국 수준 50% 이하인 것으로 보고된다. 국내에서는 토석류 억제를 위해 1986년부터 사방댐공법을 적용하고 있지만 이는 기술적ㆍ경제적ㆍ환경적 문제점 이외에도 유지관리비 증가와 인접구간의 황폐화 문제가 추가적으로 발생하고 있다. 그러나 아직까지 이를 대체할만한 공법개발이 이루어지고 있지 않아 2013∼2017년까지 토석류 붕괴 저감을 위하여 약 5000여개 이상의 사방댐이 전국적으로 건설 중이며 기상이변에 따른 자연재해 증가 양상을 고려할 때 향후 건설될 사방댐 개소수는 급격히 증가할 것으로 예상된다. 선진국에서는 토석류 저감을 위하여 최근부터 네트공법을 이용한 연구를 진행 중에 있다, 그러나 이는 낙석방지를 위하여 설계되었기 때문에 대규모 토석류 억제를 위해서는 기술적 한계에 따른 구조적 결함으로 성능 향상에 노력을 기울이고 있다. [최종목표] 본 과제를 통하여 소개된 충격 흡수용 Hypotential Net 공법은 토석류 피해를 최소화하기 위하여 기존 네트공법과 달리 토석류 붕괴특성을 고려하였으며 자연배수 시스템을 도입하였다. 이는 고강도 강재로 구성된 멀티네트시스템과 인공지능센서로 이루어진 감응 시스템으로 구성되어 있다. 대규모 토석류 붕괴를 억제하기 위하여 기존 제품보다 장기안정성을 확보하며 동일 조건의 사방댐과 비교할 때 허용저사량, 장기안정성, 내구성은 각각 50%, 100%, 200% 향상시키며 공사기간과 공사금액은 최대 1/15, 50% 감소시킨다. 이를 위하여 토석류 붕괴와 동일한 조건의 현장실증실험, 수치해석 등을 수행하며 획득된 결과를 토대로 토석류 방지에 최적의 모델을 구축한다. [연구내용 및 범위] 국토의 70% 이상이 산지로 구성되어 있는 국내의 경우 사회기반시설 조성을 위한 산지개발은 필수이다. 그러나 1976∼2005년까지 자연재해로 인한 사망자 통계자료를 검토해보면, 산사태 관련 사망자는 전체 자연재해 사망자의 23%를 차지하며 피해는 기상이변에 따른 강우강도 증가로 발생규모와 빈도가 증가하는 경향을 보인다. 최근부터 토석류 붕괴가 사회적 이슈로 떠오름에 따라 국내 또한 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 관련 연구의 대부분은 토석류 발생 메커니즘 또는 피해규모 예측에 초점을 두기 때문에 피해 저감을 위한 억제공법 관련 연구는 미흡한 실정이다. 그 결과 국내에서 토석류 피해 억제를 위하여 가장 널리 이용하고 있는 대응법은 사방댐 공법 적용이다(김진환 외, 2010). 사방댐 공법은 1986년 국내에 도입된 이래 현재까지 전국에 걸쳐 수 천여개소 이상에 시공되었으며 2017년까지 매년 1,000여개 이상이 추가로 설치될 계획이다. 사방댐은 토석류 저지？저사가 주목적이기 때문에 일반적으로 콘크리트 재료가 널리 이용된다. 한편, 토석류는 유체거동을 하기 때문에 토석류 산사태 발생 시 방호시설에는 일차적으로 동하중에 의한 충격에너지가 가해지며 이 후 퇴적에 의한 주동토압과 크리프 하중과 같은 정하중이 작용한다. 그러나 국내의 경우 사방댐 설계 시 고려 항목은 토압에 대한 저항력이기 때문에 사방댐 중량, 토압만을 고려하고 있다(김재현, 2003). 이 외에도 콘크리트를 주 재료로 사용하는 중력식 사방댐의 경우 취성체의 특성으로 동적 에너지 흡수에 취약하며 충격에너지에 의한 균열전파가 용이하고 균열발달시 구조물의 허용저사량은 급격히 감소하는 단점을 보인다. 이 외에도 사방댐 건설을 위해서는 대규모 토공사는 필수이며 시멘트 사용으로 인접구간의 황폐화, 자연 미관 저해와 함께 토양 및 지하수 환경오염을 유발한다. 고가의 시공비가 소요되며 시공기간이 길기 때문에 우기 시 토석류 발생이 예상되는 구간에는 설치가 어려우며 공간적 제약과 유지관리의 어려움이 있는 것으로 보고된다. 이에 미국, 독일, 일본, 스위스와 같은 선진국에서는 토석류 피해 최소화를 위하여 연성재료인 강재를 이용한 네트공법을 사방댐 공법의 대안으로 사용하고 있다. 그러나 토석류는 유체 흐름을 하기 때문에 네트 설치 구간에 따라 각기 다른 충격에너지가 전달된다. 따라서 네트에는 동하중·정하중·크리프 하중이 동시에 작용하기 때문에 낙석방지를 위하여 개발된 네트공법의 경우 구조체의 강성변화로 허용저사량이 급격히 감소하는 단점을 보인다. 또한 네트공법은 강재를 사용함에 따라 부식에 취약하여 장기 내구성 및 강도감소가 발생하는 사례가 보고된다. 효과적 제품생산을 위해서 우선 토석류 발생구간에 대한 지반특성과 기존 토석류 억제공법의 제품 특성을 분석한다. 또한 발생된 토석류 붕괴 규모를 고려한 수치해석을 통하여 토석류 메커니즘 규명과 최적의 토석류 방지망 모델을 정립한다. 획득된 결과를 바탕으로 다수 구간에서 현장 실증실험을 수행하여 토석류 방지망의 성능구조 실험을 실시하며 인공지능 센서를 구조체에 적용하여 토석류 발생에 따른 구조체의 역학적 거동을 분석한다. 위와 같은 방법을 토대로 국내 순수 기술로 제작된 토석류 방지망을 제작한다. 본 과제를 통하여 생산될 제품은 크게 Hypotential Net, 감응시스템이며 이를 개발하기 위한 추진내용은 크게 토석류 발생이론, 붕괴특성, 충격 메커니즘？흡수공법 개발, 시공법 개발이다. 수행될 연구범위는 과제 기간이 3년인 점을 고려하여 계획하였으며 개발될 제품은 토석류 붕괴에 최적의 제품이지만 뛰어난 성능을 바탕으로 낙석, 비탈면 보강, 터널 낙반 발생 저감공법으로도 적용 가능할 것으로 판단된다. |
|||||
| 색인어 | 한글 | 토석류 | Hypotential Net | 사방댐 | 충격력 | |
| 영문 | debris flow | |||||
| 최종보고서 | 허용 저사량 향상(최대30%)을 위한 충격흡수용 Hypotential Net 공법 개발 최종보고서.pdf | |||||