KR100878139B1

KR100878139B1 - 산사태 모의 실험장치

Info

Publication number: KR100878139B1
Application number: KR1020080066805A
Authority: KR
Inventors: 이동혁
Original assignee: 이동혁
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2009-01-14
Also published as: WO2010005258A9; WO2010005258A2; WO2010005258A3

Abstract

본 발명은 산사태의 발생 특성을 측정할 수 있는 산사태 모의 실험장치에 관한 것으로, 상부에 위치되고 특정 함수비의 시료가 내부에 담겨졌다가 방출되는 시료 방류부, 시료방류부의 하부에 상고하저의 특정 경사도로 경사지게 구비되어 방출되는 시료가 흘러내리는 산사태 채널부, 및 산사태 채널부의 출구에 접하도록 수평방향으로 구비되어 흘러내린 시료가 상면 상에 확산되는 확산 관측부, 를 포함한다. 따라서, 산사태의 발생 가능성 및 산사태로 인하여 피해가 발생하는 범위와 크기를 측정할 수 있으므로, 그 실험 결과를 이용하면, 강우량에 따른 산사태 정도를 예측하여 방재 대책을 수립할 수 있음으로써, 산사태로 인한 막대한 재산 피해와 인명 피해를 줄일 수 있는 효과가 있다.

산사태, 모의, 실험, 확산, 속도, 함수비, 강우량

Description

산사태 모의 실험장치{LANDSLIDE SIMULATION TESTER}

본 발명은 산사태 모의 실험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산사태의 발생 가능성 및 산사태로 인한 피해 범위와 크기를 측정할 수 있어, 산사태에 대한 방재 대책의 수립이 가능하도록 할 수 있는 산사태 모의 실험장치에 관한 것이다.

일반적으로, 우리나라 국토의 대부분은 산악 지형으로 이루어져 있어 산업 및 도시의 발달에 따른 새로운 택지 조성, 도로 개설 및 산업기지 건설, 대규모 주택단지 개발 등으로 자연 사면을 변형시키는 규모나 빈도가 증가하고 있다.

최근에는 기상 이변에 의한 집중 호우가 빈번히 발생하여 산사태 및 사면 붕괴에 대한 관심과 경각심이 더욱 고조되고 있다. 매년 여름철이면 태풍을 동반한 장마와 호우로 인하여 절취 사면 붕괴 및 자연 사면에서의 산사태로 이어져 인명 피해 및 막대한 재산 피해를 초래하고 있다.

우리나라에서 발생되는 산사태의 발생 원인은 대부분 강우에 의한 경우가 대부분이다. 우리나라의 연평균 강우량은 1,274㎜에 해당하고, 기후적으로 온대 몬순 지역에 위치하고 있어 6~8월 3개월 사이에 전체의 2/3에 해당하는 양이 장마와 태 풍에 의해 집중되고 있다. 대부분의 산사태는 우기에 집중적으로 발생되므로, 강우가 산사태의 가장 큰 요인임을 예측할 수 있다.

많은 비가 오게 되면, 산지가 붕괴되어 계곡 등을 따라 돌과 흙, 그리고 물이 혼합되어 흐르면서 인근에 위치한 도로나 교량, 민가 등을 파괴하고, 많은 인명피해를 유발시키는 것이다.

이는 사전에 산사태 발생 여부를 미리 알지 못하여 특히 인명 피해가 많이 발생한다. 그러나, 산사태로 인하여 피해가 발생하는 범위를 미리 예측한다는 것은 쉽지 않다.

본 발명은 상기와 같은 제반 상황을 감안하여 창안된 것으로서, 산사태로 인한 토석류의 확산(퍼짐) 범위와 흐름 속도 특성을 측정할 수 있어, 산사태로 인한 피해를 예측할 수 있도록 하는 산사태 모의 실험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산사태 모의 실험장치는, 산사태의 발생 특성을 측정할 수 있는 산사태 모의 실험장치로서, 상부에 위치되고 특정 함수비의 시료가 내부에 담겨졌다가 방출되는 시료 방류부; 상기 시료방류부의 하부에 상고하저의 특정 경사도로 경사지게 구비되어 방출되는 상기 시료가 흘러내리는 산사태 채널부; 및 상기 산사태 채널부의 출구에 접하도록 수평방향으로 구비되어 흘러내린 상기 시료가 상면 상에 확산되는 확산 관측부; 를 포함한다.

바람직하게, 상기 산사태 채널부에 대해 구비되어 흘러내리는 상기 시료의 흐름 속도를 측정하거나 흐름 속도의 연산을 위한 인자 값을 측정하는 흐름 속도 측정부; 및 상기 흐름 속도 측정부에 의해 측정된 흐름 속도와 관련된 결과 값을 표시하는 결과 표시부; 를 더 포함할 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 시료 방류부는, 경사진 하판과 측부를 폐쇄하는 측판 들을 갖으며 상기 시료가 수용되는 시료 박스; 및 상기 시료 박스의 일측 측판 상에 구비되어 상기 시료의 방출을 개폐하는 방출 도어; 로 이루어지며, 상기 산사태 채널부는, 경사진 하판과 양 측부를 폐쇄하는 양 측판을 갖으며 상기 시료가 흘러내리는 경사 채널; 로 이루어지며, 상기 확산 관측부는, 상기 경사 채널의 출구에 일 측단부가 접하도록 수평방향으로 구비되는 판으로 상기 시료가 상면 상에 확산되는 확산 관측판; 으로 이루어질 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 시료 박스의 상기 하판과 상기 경사 채널의 상기 하판은 동일 경사도를 갖는 하나의 판으로 이루어질 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 확산 관측판은, 상기 시료의 확산 거리를 측정하도록 상면 상에 거리를 나타내도록 표시되는 눈금; 을 구비할 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 확산 관측부는, 상기 확산 관측판 상에 적어도 하나 이상 구비되어 상기 확산 관측판의 수평 상태를 표시하는 수평계; 를 구비할 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 시료는, 표준사에 소정 양의 물을 혼합하여 특정 함수비를 갖도록 제조된 것일 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 경사 채널의 상단부 또는 상기 시료 박스를 지지하는 프레임부; 및 상기 프레임부에 대해 상기 경사 채널의 상단부 또는 상기 시료 박스를 매달며 길이가 조정되는 것에 의해 상기 경사 채널의 경사도가 조절되도록 하는 조절 끈; 을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 산사태의 발생 가능성 및 산사태로 인하여 피해가 발생하는 범위와 크기를 측정할 수 있으므로, 그 실험 결과를 이용하면, 강우량에 따른 산사태 정도를 예측하여 방재 대책을 수립할 수 있음으로써, 산사태로 인한 막대한 재산 피해와 인명 피해를 줄일 수 있는 효과가 달성될 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

산사태란, 산이나 사면에서 여러 이유로 인해 흙의 무게가 마찰력을 지탱하지 못하여 하부로 무너지거나 흘러내리는 현상이다.

산사태의 발생 원인 중, 폭우나 장마로 인한 것을 고찰하는 것은 특히 중요하다.

본 발명은 함수비에 따른 산사태의 확산 범위 및 흐름 속도 특성을 측정할 수 있어, 그 결과를 이용하여 강우량에 따른 산사태 정도를 사전에 예측할 수 있도록 하는 산사태 모의 실험장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산사태 모의 실험장치를 나타내는 사시도이다.

본 발명에 따른 산사태 모의 실험장치(100)는, 상부 공간에 위치되고 내부에 소정 함수비의 시료가 담겨져 대기하다가 실험 시점에서 방출되는 시료 방류부(110)와, 상고하저의 특정 경사도로 경사지게 구비되며 작은 폭의 경사 채널(122)을 통해 시료 방류부(110)로부터 방출되는 시료가 흘러내리는 산사태 채널부(120)와, 바닥면 상에 수평방향으로 구비되어 산사태 채널부(120)를 통해 흘러내 린 시료가 상면 상에 확산되어 그 확산 정도의 관측이 가능하도록 하는 확산 관측부(130)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 산사태 모의 실험장치(100)는, 산사태 채널부(120)에 대해 구비되어 경사 채널(122)을 통해 하향 이동되는 시료의 흐름 속도를 측정하는 흐름 속도 측정부(140)와, 흐름 속도 측정부(140)에 의해 측정된 결과 값을 표시하는 결과 표시부(150)를 더 포함한다.

시료 방류부(110)는, 구체적으로, 특정 경사도로 경사진 하판과 폐쇄를 위한 측판들을 갖으며 그 내부의 하판 상에 놓여지도록 특정 함수비 상태의 시료가 담겨지는 시료 박스(112)와, 산사태 채널부(120)의 경사 채널(122) 입구 측과 접하는 일측 측판 상에 구비되어 그 개방에 따라 시료 박스(112) 내에 수용된 시료가 경사 채널(122)로 방출되도록 하는 방출 도어(114)로 이루어진다.

바람직하게, 방출 도어(114)는 시료 박스(112)의 일측 측판에 대해 상하방향으로 슬라이딩되어 개폐되도록 구현될 수 있다.

산사태 채널부(120)는, 구체적으로, 특정 경사도로 경사진 상태로 길게 연장되는 하판과 하판의 좌우 양측에 각기 수직방향으로 구비되어 폐쇄하는 양 측판을 갖으며 그 경사진 하판을 통해 시료가 흘러내리는 경사 채널(122)로 이루어진다.

경사 채널(122)은 시료 박스(112)나 확산 관측부(130) 보다 상대적으로 좁은 폭을 갖는다.

확산 관측부(130)는, 구체적으로, 그 일측단 중앙부에 경사 채널(122)의 출구 측이 접하도록 바닥면 상에 수평방향의 넓은 면적으로 구비되어 경사 채널(122) 을 통해 흘러내린 시료가 그 상면 상에 확산되는 확산 관측판(132)으로 이루어진다.

확산 관측판(132)의 상면 상에는 그 일측단에 접하는 경사 채널(122)의 출구로부터의 거리를 일정 간격마다 표시하는 눈금(132a)이 구비되며, 해당 눈금들(132a)은 동심원 형태로 표시된다.

확산 관측판(132) 상에는 그 수평 상태를 실험자가 확인하여 정확하게 수평된 상태에서 실험이 진행되도록 하기 위한 적어도 하나 이상의 수평계(134)가 구비된다.

흐름 속도 측정부(140)는 산사태 채널부(120)의 경사 채널(122)에 대해 구비되어 경사 채널(122)을 통해 하향 이동되는 시료의 흐름 속도를 측정한다.

흐름 속도 측정부(140)는 바람직하게, 경사 채널(122)의 상단부와 하단부에 각기 설치되어 통과되는 시료를 검출하는 검출 센서로 구현될 수 있으며, 각 검출 센서는 투과형이나 반사형일 수 있다.

결과 표시부(150)는 흐름 속도 측정부(140)에 의해 측정된 결과 값을 표시한다.

일 예로서, 흐름 속도 측정부(140)가 상·하단 검출 센서로 구현되는 경우, 결과 표시부(150)는 상단 검출 센서가 시료를 검출한 시점에서 보내는 신호와 하단 검출 센서가 시료를 검출한 시점에서 보내는 신호 사이의 시간을 확인하고, 해당 시간과 미리 입력되어 있던 상·하단 검출 센서 간의 길이를 이용하여 시료의 흐름 속도를 연산하여 표시할 수 있다.

이와 다르게, 결과 표시부(150)는 단순히 상·하단 검출 센서에서 수신되는 신호 사이의 시간 값 만을 표시하여, 실험자가 해당 시간 값을 이용하여 시료의 흐름 속도를 산출하도록 할 수도 있다.

관련하여, 흐름 속도 측정부(140)는 시료의 흐름 속도를 직접 측정하여 결과 표시부(150)로 송출할 수 있는 고속 카메라로 구현될 수도 있다.

덧붙여, 시료는 표준사에 소정 양의 물을 혼합하여 특정 함수비를 갖도록 제조한 것이다.

그리고, 시료 박스(112)의 하판과 경사 채널(122)의 하판은 동일한 경사도를 갖도록 구비되며, 하나의 판으로 구현될 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 산사태 모의 실험장치(100)는, 경사짐에 따라 상부 공간 상에 위치되는 경사 채널(122)의 상단부 또는 시료 박스(112)를 지지하기 위한 프레임부(160)를 더 포함한다.

또한, 경사도를 조절할 수 있도록 경사 채널(122)의 상단부 또는 시료 박스(112) 부분을 프레임부(160)에 매다는 조절 끈(170)을 더 포함하며, 실험자가 조절 끈(170)의 길이를 조정하는 것에 의해 경사 채널(122)의 경사도를 조절할 수 있다.

도 2는 실제로 제작된 산사태 모의 실험장치를 나타내는 사진이다.

도면을 참조하면, 실제의 산사태 모의 실험장치(100)는 시료 박스(112) 및 경사 채널(122) 부분을 합성수지 판으로 제작하였고, 경사 채널(122)의 길이를 65㎝로 하였으며, 넓은 확산 범위의 측정을 위해 확산 관측판(132)을 120㎝×90㎝ 크 기의 다소 넓은 면적의 아크릴 판으로 제작하였고, 그 상면 상에 10㎝ 간격으로 눈금(132a)을 표시하여 육안으로 쉽게 확인할 수 있도록 하였다.

그리고, 확산 관측판(132)의 네 모서리 부위와 양측 중앙부에 수평계(134)를 설치하였으며, 흐름 속도 측정부(140)로는 상·하단 레이저 검출 센서를 설치하였고, 결과 표시부(150)는 검출 신호 사이의 시간 값 만을 표시하도록 하였다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산사태 모의 실험장치를 이용한 실험 방법을 순차적으로 보여주는 사진들이다.

먼저, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 원하는 특정 함수비의 시료를 제조하기 위해 표준사 소정 양과 물 소정 양을 무게 측정하여 준비한다.

그 후, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 준비된 소정 양의 표준사와 소정 양의 물을 잘 혼합하여 시료 방류부(110)의 시료 박스(112) 내에 채운다.

이때에는 표준사와 물을 혼합하여 특정 함수비의 시료로 만든 후에 해당 시료를 시료 박스(112) 내에 채워도 되고, 이와 다르게 준비된 표준사와 물을 먼저 시료 박스(112) 내에 채운 다음 채워진 상태에서 혼합하여 특정 함수비의 시료가 되도록 해도 된다.

그 다음, 도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이, 실험을 개시하기 위해 시료 박스(112)에 대해 구비되어 있는 방출 도어(114)를 개방한다.

그러면, 도 3의 (d)에 나타낸 바와 같이, 경사 채널(122)을 통해 시료가 흘러내린다.

이어서, 도 3의 (e)에 나타낸 바와 같이, 시료의 흘러내림이 정지되면, 확산 관측판(132) 상에 확산된 시료를 관찰하여 확산 범위를 측정한다.

그리고, 도 3의 (f)에 나타낸 바와 같이, 시료가 경사 채널(122)을 통해 흘러내리는 시점에서 흐름 속도 측정부(140)를 통해 측정되어 결과 표시부(150)에 표시된 흐름 속도와 관련된 측정 결과값을 확인한다.

<실시예>

상술한 바와 같은 구성 및 작용을 갖는 산사태 모의 실험장치(100)를 이용하여 실제로 실험을 실시하였다.

즉, 함수비에 따른 흐름 특성을 실험하기 위해, 경사 채널(122)의 경사도를 30°로 셋팅하고, 함수비가 각각 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%인 시료들에 대한 실험을 반복하였다.

함수비가 각각 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%인 시료는 주문진 표준사 2000g에 대해 물을 각각 600g, 700g, 800g, 900g, 1000g, 1100g, 1200g, 1300g으로 섞어 제조하였다.

이하, 그 실험 결과를 설명한다.

도 4는 실험 결과 중, 함수비에 따른 확산 형태를 보여주는 사진들이다.

함수비가 30%인 경우(도 4의 (a))는 함수비가 너무 낮은 관계로 산사태의 흐름을 확인할 수 없었다.

함수비가 35%인 경우(도 4의 (b))는 산사태 흐름 속도가 비교적 느리게 측정 되었고, 확산 범위는 평균 12.4㎝의 부채꼴 모양으로 확산됨을 확인할 수 있었다.

함수비가 40%인 경우(도 4의 (c))는 산사태 흐름 속도가 평균 34.6㎝/s로 함수비가 35%인 경우보다 비교적 빠르게 측정되었고, 확산 범위는 평균 26.4㎝의 부채꼴 모양으로 확산됨을 확인할 수 있었다.

함수비가 45%인 경우(도 4의 (d))는 산사태 흐름 속도가 평균 43.8㎝/s로 측정되었고, 확산 범위는 평균 44.6㎝로 물갈퀴 모양으로 확산됨을 확인할 수 있었다.

함수비가 50%인 경우(도 4의 (e))는 산사태 흐름 속도가 평균 54.7㎝/s로 측정되었고, 확산 범위는 평균 70㎝로 가운데가 볼록하고 좁고 긴 모양으로 확산됨을 확인할 수 있었다.

함수비가 55%인 경우(도 4의 (f))는 산사태 흐름 속도가 평균 67.6㎝/s로 측정되었고, 확산 범위는 평균 80㎝로 길게 퍼진 모양으로 확산됨을 확인할 수 있었다.

함수비가 60%인 경우(도 4의 (g))는 산사태 흐름 속도가 평균 72㎝/s로 측정되었고, 확산 범위는 평균 81㎝로 뾰족하고 길게 퍼진 모양으로 확산됨을 확인할 수 있었다.

함수비가 65%인 경우(도 4의 (h))는 산사태 흐름 속도가 평균 84.4㎝/s로 측정되었고, 확산 범위는 평균 107㎝로 일자로 길게 퍼진 모양으로 확산됨을 확인할 수 있었다.

정리하면, 함수비가 높을수록 확산 범위가 넓게 퍼졌고 확산 속도 또한 빠르 게 측정되었다. 일반적으로 확산 범위 형태는 부채꼴 모양으로 나타났으며 함수비가 증가되어 확산 속도가 빨라질수록 확산 폭이 좁으면서 길게 퍼지는 모양으로 관찰되었다.

이는 강우량에 따라 산사태의 확산 범위 및 흐름 속도가 얼마나 다른 형태로 일어날 수 있는지를 잘 나타낸다.

도 5는 실험 결과 중, 함수비에 따른 평균 도달 거리를 나타내는 그래프들이다.

각 함수비 별로 10회씩 실험을 반복적으로 실시하여 도달 거리의 평균을 구하였다.

결과 그래프들을 참조하면, 함수비가 증가함에 따라 산사태의 도달 거리가 비례적으로 증가함을 알 수 있다.

도 6은 실험 결과 중, 함수비에 따른 평균 도달 시간을 나타내는 그래프들이다.

함수비 별로 10회씩 실험을 반복적으로 실시하여 도달 시간의 평균을 계산하였다.

결과 그래프들을 참조하면, 함수비가 증가함에 따라 산사태의 도달 시간이 비례적으로 빨라짐을 알 수 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산사태 모의 실험장치를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산사태 모의 실험장치를 나타내는 사진,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산사태 모의 실험장치를 이용한 실험 방법을 순차적으로 보여주는 사진들,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산사태 모의 실험장치를 이용한 실험 결과 중, 함수비에 따른 확산 형태를 보여주는 사진들,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산사태 모의 실험장치를 이용한 실험 결과 중, 함수비에 따른 평균 도달 거리를 나타내는 그래프들,

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산사태 모의 실험장치를 이용한 실험 결과 중, 함수비에 따른 평균 도달 시간을 나타내는 그래프들이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 산사태 모의 실험장치 110 : 시료 방류부

112 : 시료 박스 114 : 방출 도어

120 : 산사태 채널부 122 : 경사 채널

130 : 확산 관측부 132 : 확산 관측판

132a : 눈금 134 : 수평계

140 : 흐름 속도 측정부 150 : 결과 표시부

160 : 프레임부 170 : 조절 끈

Claims

산사태의 발생 특성을 측정할 수 있는 산사태 모의 실험장치로서,

상부에 위치되고 특정 함수비의 시료가 내부에 담겨졌다가 방출되는 시료 방류부;

상기 시료방류부의 하부에 상고하저의 특정 경사도로 경사지게 구비되어 방출되는 상기 시료가 흘러내리는 산사태 채널부;

상기 산사태 채널부의 출구에 접하도록 수평방향으로 구비되어 흘러내린 상기 시료가 상면 상에 확산되는 확산 관측부;

상기 산사태 채널부에 대해 구비되어 흘러내리는 상기 시료의 흐름 속도를 측정하거나 흐름 속도의 연산을 위한 인자 값을 측정하는 흐름 속도 측정부; 및

상기 흐름 속도 측정부에 의해 측정된 흐름 속도와 관련된 결과 값을 표시하는 결과 표시부; 를 포함하는 산사태 모의 실험장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 시료 방류부는,

경사진 하판과 측부를 폐쇄하는 측판들을 갖으며 상기 시료가 수용되는 시료 박스; 및

상기 시료 박스의 일측 측판 상에 구비되어 상기 시료의 방출을 개폐하는 방출 도어; 로 이루어지며,

상기 산사태 채널부는,

경사진 하판과 양 측부를 폐쇄하는 양 측판을 갖으며 상기 시료가 흘러내리는 경사 채널; 로 이루어지며,

상기 확산 관측부는,

상기 경사 채널의 출구에 일 측단부가 접하도록 수평방향으로 구비되는 판으로 상기 시료가 상면 상에 확산되는 확산 관측판; 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 산사태 모의 실험장치.
제 3 항에 있어서,

상기 시료 박스의 상기 하판과 상기 경사 채널의 상기 하판은 동일 경사도를 갖는 하나의 판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 산사태 모의 실험장치.
제 3 항에 있어서,

상기 확산 관측판은,

상기 시료의 확산 거리를 측정하도록 상면 상에 거리를 나타내도록 표시되는 눈금; 을 구비하는 것을 특징으로 하는 산사태 모의 실험장치.
제 3 항에 있어서,

상기 확산 관측부는,

상기 확산 관측판 상에 적어도 하나 이상 구비되어 상기 확산 관측판의 수평 상태를 표시하는 수평계; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 산사태 모의 실험장치.
제 1 항에 있어서,

상기 시료는,

표준사에 소정 양의 물을 혼합하여 특정 함수비를 갖도록 제조된 것인 것을 특징으로 하는 산사태 모의 실험장치.
제 3 항에 있어서,

상기 경사 채널의 상단부 또는 상기 시료 박스를 지지하는 프레임부; 및

상기 프레임부에 대해 상기 경사 채널의 상단부 또는 상기 시료 박스를 매달며 길이가 조정되는 것에 의해 상기 경사 채널의 경사도가 조절되도록 하는 조절 끈; 을 더 포함하는 산사태 모의 실험장치.