| 연구개발개요 |
○ 분산성 비선형 토석류 해석 수치모형 개발 - 선행연구 사례 조사 및 모형의 목표 성능 제시 - Boussinesq 방정식을 기반으로 토석류의 해석 지배방정식 유도 - 수치해석 소스 코드 작성 및 수치모형 구축 - 수치해석 수행 및 수리모형실험 결과와 비교를 통해 1차원 및 2차원 해석 결과 검증 - 과거 실제 산사태 사례 재현○ 토석류 거동특성 분석 수리모형실험 수행 및 Data 공개 - 국토교통과학기술진흥원에서 구축한 “대형 수리모형 실험시설” 가변 경사수로 활용(30 m(L) × 1.0 m(B) × 1.5 m(H)) - 지형경사, 토사물성치(비중, 입도분포, 함수율 등), 바닥마찰 등에 따른 표고 변화, 토석류 전파속도, 유출시 작용력, 유출형상 등 계측 - 토석류 실험을 위한 장치 제작 및 수리모형실험 조건 설정 - 토석류 거동특성 분석을 위한 수리모형실험 수행 - 실험 데이터 분석, 최종검증 및 시스템 업로드 - 토석류 실험 가이드라인 작성
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| 최종목표 |
○ 분산성 비선형 토석류 해석 수치모형 개발 - Boussinesq 방정식 기반의 토석류 해석 지배방정식 유도 - Boussinesq 방정식 기반의 3차원효과를 고려한 토석류 해석 수치모형 개발 - 기존의 비선형 모델 대비 평균 10% 이상 정확도 향상○ 토석류 거동특성 분석 수리모형실험 수행 및 Data 공개 - 바닥 경사각, 토석류의 함수비, 토석류 구성재료, 바닥 마찰 효과 검토 - 토석류의 지점별 표고 시계열, 이동속도, 유출부 토석류 작용력, 유출 형상 관측 - 모든 실험데이터는 국토교통과학기술진흥원의 데이터 공유시스템(그리드 시스템)을 통해 공개
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| 연구내용 및 범위 |
1) 1차년도- 주관연구기관(세종대학교): * 토석류의 이론적 기반 및 수치해석 기법에 대한 기존연구 사례 등 조사 * Boussinesq 방정식 기반의 토석류 거동 해석을 위한 지배방정식 유도x축을 바닥 아래 수평면에 두고, 토석의 바닥과 표면의 수직좌표를 각각 b와 s로 두고, 토석의 높이를 h(=s-b)로 둠. 연속방정식과 경계조건식을 사용하고, 속도포텐셜을멱급수로 표현한 후 Boussinesq 방정식을 유도함. * Boussinesq 방정식 1차원 수치모형 개발:s, v를 교호격자망에 두고 유한차분함. * Boussinesq 방정식 1차원 수치모형 검증: 천수방정식 수치모형 및 예비실험결과와 비교·검토- 공동연구기관(농어촌연구원): * 과거 수행된 다양한 토석류 실험 사례 및 방법, 계측항목 등 조사 * 토석류 실험을 위한 세부조건 설정(지면경사, 함수비, 바닥조도, 실험사의 입경분포 등) * 압력계, 로드셀 등 계측장비 구입 * 수리모형실험을 위한 실험시설 Setting:토사 저장장치와 토석류 발생을 위한 게이트 및 바닥조도블록을 설계 및 설치. 계측을 위한 고속 카메라, 사면측정기, 3D 지형스캐너, 압력계 등 장비 설치.2) 2차년도- 주관연구기관(세종대학교): * Boussinesq 방정식 2차원 수치모형 개발:s,u,v를 교호격자망에 두고 ADI 기법을 사용하여 유한차분함. * 수리모형실험 결과와 비교 분석을 통해 2차원 분산성 비선형 수치해석모델 정확도 검증 * 개발된 분산성 비선형 2차원 모델의 실제 활용성 검토를 위해 우면산 등 실제 산사태 사례에 대한 수치모의 수행:실제 산사태 사례(우면산)에 새로 개발한 2차원 모델을 적용한 후 모델의 다양한 계수값을 최적화하여 신뢰성 있는 모델을 개발할 계획이며, 개발된 모델은 행정안전부에서 고시한 급경사지 붕괴위험지역에 적용하여 사전에 피해규모를 예측하거나 피해를 예방하는데 활용이 가능함.- 공동연구기관(농어촌연구원): * 수리모형실험 본 실험(16 case) 수행:실험(안)은 2개 지형경사 × 2개 토성조건 × 2개 함수율 × 2개 바닥 조도 조건으로 총 16 case에 대한 실험 수행. 수리모형실험 결과의 검증 및 신뢰성 향상을 위해 1 case에 대해 2회 이상의 반복실험 수행. * 수리모형실험 계측항목 : 지점별 토석류 표고, 전파속도, 토석류 작용력, 유출 후 퇴적형상 등:수리모형실험에서 각종 데이터는 첨단 계측장비를 활용할 계획임. 퇴적형상은 3차원 지형스캐너를 활용하여 세계 최초로 정밀한 3차원 Map으로 계측 결과를 도출할 계획이며, 지점별 토석류 표고는 디지털 포인트게이지를 활용하여 실험 수로 단면 전체의 표고를 계측할 계획임. 토석류의 전파속도는 고속카메라를 활용할 계획이며, 작용력은 로드셀을 이용한 계측장비를 수로 하류측에 설치하여 계측할 계획임. 도출된 실험 Data는 KAIA의 그리드 시스템에 업로드하여 타 연구자들과 자료 공유. * 토석류 실험의 방법론 정립을 위해 토석류실험 가이드라인 작성
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