KR101195407B1 - 복수 개수로 및 개수로 바닥형상을 고려한 가변형 토석류 모형시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치는 경사진 복수개의 플룸을 포함하고, 복수개의 상기 플룸은 일정간격 이격되거나 나란히 배열된 것을 특징으로 한다.

Description

복수 개수로 및 개수로 바닥형상을 고려한 가변형 토석류 모형시험장치{adjustable debris flow flume with multi-open channels and roughness in channels}

본 발명은 복수 개수로 및 개수로 바닥형상을 고려한 가변형 토석류 모형시험장치에 관한 것으로서, 동시다발적인 토석류 흐름 상태를 모사할 수 있는 가변형 토석류 모형시험장치에 관한 것이다.

우리나라 국토의 대부분은 산악 지형으로 이루어져 있어 산업 및 도시의 발달에 따른 새로운 택지조성, 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 대부분인데, 대부분의 산사태는 우기에 집중적으로 발생되므로, 강우가 산사태의 가장 큰 요인임을 예측할 수 있다.

토석류는 거력을 포함한 많은 양의 토질을 함유하며, 빠른 속도로 상당한 거리를 흐르듯 이동한다. 이러한 특성을 소규모 실내 플룸(flume) 실험을 통해 흐름에 대한 공학적 특성실험, 예를 들면, 함수비를 달리하는 유체에 대한 유동속도와 유동거리 측정실험이나, 유체의 구성요소, 즉 흙의 구성을 달리한 경우의 유동성 측정실험 등을 수행하게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 산사태 모의 시험 장치의 구성도이다.

예를 들어, 대한민국 특허출원번호 제10-2008-0066805호에 소개된 산사태 모의 실험장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 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 관측부를 포함하여 산사태의 발생 가능성 및 산사태로 인하여 피해가 발생하는 범위와 크기를 측정할 수 있다.

그러나, 상기 발명은 하나의 개수로를 통해 특정 토석류의 흐름 상태를 모사할 수는 있으나, 다양한 조건에서 동시다발적으로 보다 정확하고 신뢰성 있는 토석류 흐름 상태를 모사할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 복수개의 개수로를 통해 동시다발적인 토석류 흐름 상태를 모사할 수 있는 복수 개수로 및 개수로 바닥형상을 고려한 가변형 토석류 모형시험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치는 경사진 복수개의 플룸을 포함하고, 복수개의 상기 플룸은 일정간격 이격되거나 나란히 배열된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플룸은 토석류를 방류하기 위한 게이트가 각각의 플룸 내부에서 서로 다른 위치에 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플룸은 착탈 가능하게 부착되어 표면 거칠기를 제공하는 거친면(rough surface) 부재를 각각 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플룸은 수압을 측정하는 수압계가 상기 플룸의 상부, 중부, 하부의 저면에 각각 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플룸은 토석류의 하중을 측정하는 로드셀이 상기 플룸의 상부, 중부, 하부의 저면에 각각 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플룸은 사각 형상, 반원 형상, 역삼각 형상, 반육각 형상 또는 반팔각 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플룸의 상부에 물을 분사하여 강우를 모사하는 복수개의 스프레이 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 거친면 부재는 샌드페이퍼로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 거친면 부재는 표면에 쇄기 형상, 요철 형상, 삼각 형상 또는 버블 형상이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치의 제조 방법은 복수개의 플룸 내부에 토석류를 방류하기 위한 게이트를 서로 다른 위치에 각각 설치하는 게이트 설치 단계; 및 상기 플룸을 일정간격 이격되거나 나란히 배열하며 경사지게 설치하는 플룸 배열 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 게이트 설치 단계 후, 상기 플룸에 표면 거칠기를 제공하는 거친면(rough surface) 부재를 각각 설치하는 거친면 부재 설치 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 토석류 모형 시험 방법은 게이트가 서로 다른 위치에 각각 설치되고 표면 거칠기를 제공하는 거친면(rough surface) 부재가 각각 설치된 복수개의 플룸 내부에 토석류를 유입시키는 토석류 유입 단계; 및 상기 게이트를 개방하여 동시다발적으로 특정 토석류량에 따른 토석류 이동속도와 토석류 이동거리 및 특정 지형 조건에 따른 토석류 흐름 상태를 측정하는 토석류 측정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 복수 개수로 및 개수로 바닥형상을 고려한 가변형 토석류 모형시험장치에 의하면, 복수개의 개수로를 통해 동시다발적인 토석류 흐름 상태를 모사할 수 있고, 게이트의 위치 조절을 통해 토석류량을 개별적으로 조절함으로써 특정 토석류량에 따른 토석류 이동속도와 이동거리를 측정할 수 있으며, 표면 거칠기가 다른 다양한 지형 조건을 확보함으로써 특정 지형 조건에 따른 토석류 흐름 상태를 모사할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 산사태 모의 시험 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치의 제 1구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치의 제 2구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치의 제 3구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치에 포함된 플룸의 다양한 형상을 보여주는 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치에 포함된 거친면 부재의 다양한 형상을 보여주는 도이다.
도 7은 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치에 포함된 플룸의 측면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치의 제조 방법의 블록도이다.
도 13은 본 발명에 따른 토석류 모형 시험 방법의 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치는 경사진 복수개의 플룸을 포함하는데, 특히, 복수개의 상기 플룸은 일정간격 이격되거나 나란히 배열될 수 있다.

이하에서는 복수개의 플룸을 나란히 배열하여 구현한 가변형 토석류 모형시험장치를 상세히 설명하겠지만, 상기 플룸을 일정간격 이격시켜 배열함으로써 본 발명을 구현할 수 있음은 물론이다.

도 2는 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치의 제 1구성도이다.

본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수개의 수평 프레임(100), 복수개의 수직 프레임(200) 및 복수개의 플룸(300)을 포함한다.

상기 수평 프레임(100)은 상기 플룸(300)의 하부에 각각 배치되어 상기 플룸(300)을 하부에서 지지할 수 있다.

상기 수직 프레임(200)은 상기 수평 프레임(100)과 수직으로 각각 연결되고, 상기 플룸(300)의 일 측에 각각 배치되어 상기 플룸(300)을 일 측에서 지지할 수 있는데, 상기 수직 프레임(200)은 상기 플룸(300)의 일 단과 연결됨으로서 상기 플룸(300)을 일 측에서 지지할 수 있다.

상기 플룸(300)은 상기 수직 프레임(200)에 일 단이 각각 연결되어 상기 수평 프레임(100) 상에서 경사지게 설치될 수 있는데, 각 플룸(300)에 구비된 측면을 서로 연결하여 복수개의 플룸(300)을 상기 수평 프레임(100) 상에서 동일한 경사각을 갖도록 설치함으로써 복수개의 개수로를 통해 동시다발적인 토석류 흐름 상태를 모사할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치에 포함된 플룸의 다양한 형상을 보여주는 도이다.

상기 플룸(300)은 도 5에 도시된 바와 같이, (a)사각 형상, (b)반원 형상, (c)역삼각 형상 또는 (d)반육각 형상으로 이루어질 수 있고, 특히, 도 5의 (e)에 도시된 바와 같이, (a)사각 형상에 탈부착이 가능한 착탈 부재(950)를 배치하여 (e)반팔각 형상을 형성하는 등 다양한 형상을 가지는 플룸(300)에 상기 착탈 부재(950)를 배치함으로써 다양한 지형을 모사할 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플룸(300)의 상부, 중부, 하부의 저면에 각각 구비된 수압계(800)와, 로드셀(900)을 이용하여 상기 플룸(300) 내부의 수압과, 상기 플룸(300) 내부를 유동하는 토석류의 하중을 각각 측정할 수 있다.

한편, 상기 플룸(300)은 내부에 토석류를 방류하기 위한 게이트(310)가 구비될 수 있는데, 여기서, 상기 게이트(310)는 각각의 플룸(300) 내부에서 서로 다른 위치에 설치될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치의 제 2구성도이다.

구체적으로, 상기 게이트(310)는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수개의 플룸(300) 내부에서 서로 다른 위치에 설치되어 각각의 플룸(300)에 유입되는 토석류의 양을 조절할 수 있는데, 이처럼 상기 게이트(310)의 위치 조절을 통해 상기 플룸(300)에 유입되는 토석류량을 개별적으로 조절함으로써 특정 토석류량에 따른 토석류 이동속도와 이동거리를 측정할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치의 제 3구성도이다.

또한, 상기 플룸(300)은 도 4에 도시된 바와 같이, 착탈 가능하게 부착되어 표면 거칠기를 제공하는 거친면(rough surface) 부재(320)를 구비할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치에 포함된 거친면 부재의 다양한 형상을 보여주는 도이다.

구체적으로, 상기 거친면 부재(320)는 샌드페이퍼로 이루어지거나, 도 6에 도시된 바와 같이, 표면에 (a)쇄기 형상, (b)요철 형상, (c)삼각 형상 또는 (d)버블 형상이 형성되어 다양한 표면 거칠기를 제공할 수 있는데, 이처럼 상기 거친면 부재(320)를 상기 플룸(300)에 탈부착하여 상기 플룸(300)에 다양한 지형 조건을 확보함으로써 특정 지형 조건에 따른 토석류 흐름 상태를 모사할 수 있다.

한편, 상기 거친면 부재(320)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 플룸(300)의 하부면 및 양측면에 부착되어 표면 거칠기를 제공할 수 있고, 예를 들어, 복수개의 플룸(300) 중 첫번째 플룸(300)에는 상기 거친면 부재(320)를 부착시키지 않음으로써 상기 거친면 부재(320)의 유무에 따른 토석류 흐름 상태를 비교할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치는 상기 플룸(300)의 상부에 물을 분사하여 강우를 모사하는 복수개의 스프레이 노즐(910)을 더 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치에 포함된 플룸의 측면도이다.

한편, 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치에 포함된 각각의 플룸(300)은 상술한 바와 같이, 일체형으로 형성하거나, 도 7에 도시된 바와 같이, 길이방향으로 복수개의 플룸(300)을 연결하여 구현할 수 있다. 여기서, 상기 플룸(300)은 그 높이를 조절하여 경사각을 가변시킬 수 있고, 폭 및 길이를 가변시킬 수 있는데, 예를 들어, 3개의 플룸을 길이방향으로 연결한 경우, 각 부위별로 분리된 상부 플룸(400), 중부 플룸(500) 및 하부 플룸(600)을 포함할 수 있다.

상기 상부 플룸(400)은 상기 수평 프레임(100) 상에 설치되고, 일 단이 상기 수직 프레임(200)에 연결될 수 있는데, 상기 상부 플룸(400)이 상기 수직 프레임(200)을 따라 슬라이딩 이동함으로서 상기 상부 플룸(400)의 경사각을 가변시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 상부 플룸(400)은 상기 수직 프레임(200)과 연결되는 일 단에 레일 바퀴(미도시)를 구비할 수 있고, 상기 수직 프레임(200)은 상기 레일 바퀴와 대응하는 가이드 레일(미도시)을 구비할 수 있으며, 상기 레일 바퀴가 상기 가이드 레일을 따라 수직 상방 또는 하방으로 슬라이딩 이동한 후 고정됨으로써 상기 상부 플룸(400)의 경사각을 가변시킬 수 있다.

여기서, 상기 상부 플룸(400)의 경사각(α)은 0 ~ 50°로 조절되는 것이 바람직한데, 이는 실험시 안식각(safety factor)을 고려하여 실제 산사태 발생시 경사각인 25 ~ 35°보다 경사각의 범위를 크게 하여 실험하기 위함이다.

상기 중부 플룸(500)은 상기 수평 프레임(100) 상에 설치되고, 일 단이 상기 상부 플룸(400)의 타 단에 연결될 수 있는데, 여기서, 상기 상부 플룸(400)과 중부 플룸(500)을 연결하는 연결부(700)가 수직 이동함으로써 경사각을 가변시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 연결부(700)는 상기 수평 프레임(100) 상에 배치될 수 있는데, 상기 연결부(700)가 접촉하는 수평 프레임(100)의 특정 위치에는 상기 연결부(700)를 수직으로 들어올려 상기 상부 플룸(400)과 중부 플룸(500)의 경사각을 각각 가변시킬 수 있는 리프트 부재(110)가 구비될 수 있다.

상기 하부 플룸(600)은 상기 수평 프레임(100) 상에 설치되고, 일 단이 상기 중부 플룸(500)의 타 단에 연결될 수 있는데, 여기서, 상기 중부 플룸(500)과 하부 플룸(600)을 연결하는 연결부(710)와, 상기 하부 플룸의 타 단은 상기 수평 프레임(100) 상에 배치될 수 있다.

한편, 상기 상부 플룸(400), 중부 플룸(500) 및 하부 플룸(600)은 모두 그 폭을 가변시킬 수 있으며, 특히, 상기 중부 플룸(500) 및 하부 플룸(600)은 그 길이를 가변시킬 수 있는데, 상기 중부 플룸(500)과 하부 플룸(600)은 길이를 가변시키기 위해 예를 들어, 길이방향으로 단계별로 슬라이딩 이동되어 길이를 가변시킬 수 있는 다단계 슬라이딩 이동부재로 형성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치의 제조 방법을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 가변형 토석류 모형시험장치의 제조 방법은 도 8에 도시된 바와 같이, 게이트 설치 단계(S10), 거친면 부재 설치 단계(S20) 및 플룸 배열 단계(S30)를 포함한다.

상기 게이트 설치 단계(S10)는 복수개의 플룸 내부에 토석류를 방류하기 위한 게이트를 서로 다른 위치에 각각 설치하는 단계이다.

상기 거친면 부재 설치 단계(S20)는 상기 플룸에 표면 거칠기를 제공하는 거친면(rough surface) 부재를 각각 설치하는 단계이다.

상기 플룸 배열 단계(S30)는 상기 플룸을 일정간격 이격되거나 나란히 배열하며 경사지게 설치하는 단계이다.

이하, 본 발명에 따른 토석류 모형 시험 방법을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 토석류 모형 시험 방법은 도 9에 도시된 바와 같이, 토석류 유입 단계(S100) 및 토석류 측정 단계(S200)를 포함한다.

상기 토석류 유입 단계(S100)는 게이트가 서로 다른 위치에 각각 설치되고 표면 거칠기를 제공하는 거친면(rough surface) 부재가 각각 설치된 복수개의 플룸 내부에 토석류를 유입시키는 단계이다.

상기 토석류 측정 단계(S200)는 상기 게이트를 개방하여 동시다발적으로 특정 토석류량에 따른 토석류 이동속도와 토석류 이동거리 및 특정 지형 조건에 따른 토석류 흐름 상태를 측정하는 단계이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 복수개의 개수로를 통해 동시다발적인 토석류 흐름 상태를 모사할 수 있고, 게이트의 위치 조절을 통해 토석류량을 개별적으로 조절함으로써 특정 토석류량에 따른 토석류 이동속도와 이동거리를 측정할 수 있으며, 표면 거칠기가 다른 다양한 지형 조건을 확보함으로써 특정 지형 조건에 따른 토석류 흐름 상태를 모사할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 복수 개수로 및 개수로 바닥형상을 고려한 가변형 토석류 모형시험장치를 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

100:수평 프레임 110:리프트 부재
200:수직 프레임 300:플룸
310:게이트 320:거친면 부재
400:상부 플룸 500:중부 플룸
600:하부 플룸 800:수압계
900:로드셀 950:착탈 부재
S10:게이트 설치 단계
S20:거친면 부재 설치 단계
S30:플룸 배열 단계
S100:토석류 유입 단계
S200:토석류 측정 단계

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 복수개의 수평 프레임;
   복수개의 상기 수평 프레임과 수직으로 연결된 복수개의 수직 프레임; 및
   복수개의 상기 수평 프레임과 복수개의 상기 수직 프레임에 각각 일측이 연결되어 경사를 형성하는 복수개의 플룸을 포함하고,
   상기 플룸의 내부에 탈부착이 가능한 착탈 부재를 배치하여 다양한 지형을 모사 가능하고,
   복수개의 상기 플룸 내부에서 서로 다른 위치에 게이트가 설치되어,
   각각의 상기 플룸에 유입되는 토석류의 양을 조절가능하고,
   상기 게이트의 위치 조절을 통해 상기 플룸에 유입되는 토석류량을 개별적으로 조절함으로써 특정 토석류량에 따른 토석류 이동속도와 이동거리를 측정가능하며,
   탈부착 가능한 거친면 부재를 복수개의 상기 플룸에 각각 탈부착하여 다양한 지형 조건을 확보함으로써 특정 지형 조건에 따른 토석류 흐름 상태를 모사가능한 것을 특징으로 하는 가변형 토석류 모형시험장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 플룸은 수압을 측정하는 수압계가 상기 플룸의 상부, 중부, 하부의 저면에 각각 구비된 것을 특징으로 하는 가변형 토석류 모형시험장치.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 플룸은 토석류의 하중을 측정하는 로드셀이 상기 플룸의 상부, 중부, 하부의 저면에 각각 구비된 것을 특징으로 하는 가변형 토석류 모형시험장치.
   
6. 제 3항에 있어서,
   상기 플룸은 사각 형상, 반원 형상, 역삼각 형상, 반육각 형상 또는 반팔각 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변형 토석류 모형시험장치.
   
7. 제 3항에 있어서,
   상기 플룸의 상부에 물을 분사하여 강우를 모사하는 복수개의 스프레이 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 토석류 모형시험장치.
   
8. 제 3항에 있어서,
   상기 거친면 부재는 샌드페이퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변형 토석류 모형시험장치.
   
9. 제 3항에 있어서,
   상기 거친면 부재는 표면에 쇄기 형상, 요철 형상, 삼각 형상 또는 버블 형상이 형성된 것을 특징으로 하는 가변형 토석류 모형시험장치.
   
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제

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