KR101376092B1 - 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치 및 방법 - Google Patents

해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치는 가이드 레일이 바닥면에 길이방향으로 설치되는 플룸; 상기 플룸 내에 적층되어 탬핑되는 복수개의 퇴적층; 상기 퇴적층 상에 채워져 상기 플룸 내에 수면을 형성하는 물; 및 상기 가이드 레일을 따라 이동가능하게 설치되는 붕괴 유발부;를 포함하고, 상기 퇴적층은 상기 붕괴 유발부의 이동에 의해 붕괴되어 상기 플룸 내에 수면파를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

Description

해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치 및 방법{Laboratory flume for examining water wave propagation due to submarine landslides}
본 발명은 해저산사태에 기인한 수면파(해일) 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치 및 방법에 관한 것으로서, 활동(sliding)에서 흐름(flow)까지 다양한 형태의 해저산사태를 재현할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
해저산사태는 해양에서 발생하는 산사태를 총칭하는 것으로, 해저산사태는 지상의 산사태와 비교하여 그 규모가 크기 때문에 심각한 인명피해, 사회경제적 손실과 환경적 문제를 야기시킨다.
해저산사태는 대륙붕 사면과 융기부, 빙하에 의한 협만, 호수, 협곡, 내륙해, 하구퇴적지, 삼각주, 화산섬 등 다양한 해저환경에서 발생할 수 있다. 해저산사태의 주된 발생원인으로 지진, 가스 하이드레이트의 해리, 퇴적층 형성과정에 의한 미압밀, 지하수 침투, 파괴면을 따른 급속한 강도저하, 퇴적물의 과적현상 등을 들 수 있다.
실제 해저지형은 점토, 실트, 모래질 등이 다양한 형태로 존재하기 때문에 사면의 파괴시 원호형 파괴와 병진형 파괴가 복합적으로 일어난다. 대표적인 예가 현재까지 알려진 가장 큰 해저산사태에 해당하는 노르웨이 스토레가(Storegga) 해저산사태로 한국의 면적에 상응하는 규모이다.
또한 사면파괴(활동)가 발생하면 지상의 것에 비해 1000배에 가까운 유동성을 보이기도 한다. 또한 지상의 산사태와는 다르게 사면파괴는 해일로 이어진다. 해저 사면의 붕괴는 일차적 사면붕괴에서 끝나는 것이 아니라, 붕괴사면의 선단부와 후미의 거대한 토사가 해저사면 주변부의 물을 순회전 또는 역회전 시켜 순식간에 지진에서 사면붕괴로 그리고 해일로 변하게 된다.
일반적인 해일의 속도는 해양에서는 약 200m/s로 아주 빠르게 진행하고 연안의 얕은 곳에서는 약 10m/s이다. 수심이 깊은 곳에서 해일의 진행이 빠르고 대륙붕에서는 상대적으로 느리게 진행된다. 이로 인해 해저산사태 발생지 인근 연안지역 뿐만 아니라 때때로 태평양을 가로질러 타국에 영향을 주기도 한다. 해저산사태는 붕괴이후 파괴된 사면의 퇴적층이 자연스럽게 토석류로 바뀌면서 지상의 산사태에 비해 상당한 유동거리를 가질 수 있다. 이로 인한 2차 3차 지질재해가 초래한다. 따라서 해저사면의 붕괴와 해일발생에 대한 연관성을 우선적으로 조사하여야 한다.
대한민국 특허출원번호 제10-2008-0066805호에 소개된 산사태 모의 실험장치는 지상에서의 산사태의 발생 가능성 및 산사태로 인하여 피해가 발생하는 범위와 크기를 측정할 수 있는데, 이러한 종래의 토조 모형시험장치는 다양한 형태로 붕괴되는 해저산사태를 모사할 수 없으며 해저산사태에 의해 발생하는 수면파의 파고와 이동속도를 용이하게 계측할 수 없는 문제점이 있다. 이처럼 지상의 산사태와 상당한 차이를 보이는 해저산사태를 모사하기 위해서는 다양한 형태의 해저산사태를 임의적으로 재현할 수 있어야 하고, 해저산사태에 의해 발생되는 수면파의 파고 변화를 용이하게 관찰할 수 있는 별도의 장치가 필요하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 다양한 형태의 해저산사태를 임의적으로 재현함으로써 플룸 내에 수면파를 발생시킬 수 있고, 플룸 내에 발생된 수면파의 파고와 이동속도를 계측하여 수면파의 확산을 용이하게 평가할 수 있으며 이를 통한 조기경보 시스템을 구축할 수 있는 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치는 가이드 레일이 바닥면에 길이방향으로 설치되는 플룸; 상기 플룸 내에 적층되어 탬핑되는 복수개의 퇴적층; 상기 퇴적층 상에 채워져 상기 플룸 내에 수면을 형성하는 물; 및 상기 가이드 레일을 따라 이동가능하게 설치되는 붕괴 유발부;를 포함하고, 상기 퇴적층은 상기 붕괴 유발부의 이동에 의해 붕괴되어 상기 플룸 내에 수면파를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플룸은 일 단에 높이 조절 부재가 구비되고 타 단에 길이 조절 부재가 구비된 다단계 슬라이딩 이동부재로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 붕괴 유발부는, 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 롤러; 상기 롤러에 연결되어 상기 퇴적층의 하부를 지지하는 지지부재; 및 상기 지지부재에 회전가능하게 연결되며 상기 롤러의 이동에 의해 상기 퇴적층을 강제적으로 붕괴시키는 분리부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 붕괴 유발부는, 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 롤러; 상기 롤러에 연결되어 상기 퇴적층의 하부를 지지하는 지지부재; 상기 지지부재에 회전가능하게 연결되며 상기 롤러의 이동에 의해 상기 퇴적층을 강제적으로 붕괴시키는 분리부재; 및 상기 분리부재에 회전가능하게 연결되어 상기 퇴적층의 상부를 커버하는 커버부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지부재는 상기 퇴적층의 사면 경사각을 가변시킬 수 있고, 상기 분리부재는 평면 또는 곡면으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 붕괴 유발부는, 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 롤러; 및 상기 롤러의 이동에 의해 상기 퇴적층을 붕괴시키는 분리부재;를 포함하고, 상기 분리부재는 하부로 볼록한 곡면으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 붕괴 유발부에 연결되고, 상기 붕괴 유발부를 상기 가이드 레일을 따라 이동시켜 상기 퇴적층을 붕괴시키는 동력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동력부는 상기 붕괴 유발부의 이동속도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플룸의 양 끝단에 설치되어 상기 퇴적층의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 파고를 계측하는 파고 계측기; 및 상기 플룸의 양 측면에 설치되어 상기 퇴적층의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 이동속도를 계측하는 이동속도 계측기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치는 가이드 레일이 높이방향으로 경사지게 설치된 플룸; 상기 플룸 내에 적층되어 탬핑되는 복수개의 퇴적층; 상기 퇴적층 상에 채워져 상기 플룸 내에 수면을 형성하는 물; 상기 가이드 레일을 따라 이동가능하게 설치되는 붕괴 유발부; 상기 붕괴 유발부를 상기 가이드 레일을 따라 이동시켜 상기 퇴적층을 붕괴시키는 동력부; 상기 플룸의 양 끝단에 설치되어 상기 퇴적층의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 파고를 계측하는 파고 계측기; 및 상기 플룸의 양 측면에 설치되어 상기 퇴적층의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 이동속도를 계측하는 이동속도 계측기;를 포함하고, 상기 퇴적층은 상기 붕괴 유발부의 이동에 의해 붕괴되어 상기 플룸 내에 수면파를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 붕괴 유발부는, 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 롤러; 상기 롤러에 연결되며 상기 롤러의 이동에 의해 상기 퇴적층을 상기 플룸의 길이방향으로 붕괴시키는 제 1분리부재; 및 상기 제 1분리부재에 회전가능하게 연결되고 상기 퇴적층의 상부를 커버하며 상기 롤러의 이동에 의해 상기 퇴적층을 상기 플룸의 높이방향으로 붕괴시키는 제 2분리부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 본 발명에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험방법은 플룸에 가이드 레일을 설치하는 레일 설치 단계; 상기 가이드 레일에 붕괴 유발부를 이동가능하게 설치하는 붕괴 유발부 설치 단계; 상기 플룸 내부에 복수개의 퇴적층을 적층하여 탬핑하는 퇴적층 탬핑 단계; 상기 퇴적층 상에 물을 채워 상기 플룸 내에 수면을 형성하는 수면 형성 단계; 상기 붕괴 유발부를 상기 가이드 레일을 따라 이동시켜 상기 퇴적층을 붕괴시키는 퇴적층 붕괴 단계; 상기 퇴적층의 붕괴 지점에서 물이 소용돌이처럼 순환되며 상기 플룸 내에 수면파를 발생시키는 수면파 발생 단계; 상기 퇴적층의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 파고를 상기 플룸의 양 끝단에서 계측하는 파고 측정 단계; 상기 퇴적층의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 이동속도를 상기 플룸의 양 측면에서 계측하는 이동속도 측정 단계;를 포함하고, 상기 레일 설치 단계는, 상기 가이드 레일을 상기 플룸의 길이방향으로 설치하거나, 상기 플룸의 높이방향으로 경사지게 설치하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치 및 방법에 의하면, 다양한 형태의 해저산사태를 임의적으로 재현함으로써 플룸 내에 수면파를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 플룸 내에 발생된 수면파의 파고와 이동속도를 계측하여 수면파의 확산을 용이하게 평가할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 플룸의 길이가 가변되는 모습을 보여주는 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가이드 레일이 플룸에 설치된 모습을 보여주는 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 붕괴 유발부의 제 1구성도이다.
도 5는 도 4의 붕괴 유발부에 의해 퇴적층의 사면 경사각이 가변되는 모습을 보여주는 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 퇴적층이 도 4의 붕괴 유발부의 이동에 의해 붕괴되어 플룸 내에 수면파를 발생시키는 모습을 보여주는 도이다.
도 7은 본 발명에 따른 붕괴 유발부의 제 2구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 붕괴 유발부의 제 3구성도이다.
도 9는 본 발명에 따른 붕괴 유발부의 제 4구성도이다.
도 10은 본 발명의 제 2실시예에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치의 구성도이다.
도 11은 본 발명에 따른 퇴적층이 도 10의 붕괴 유발부의 이동에 의해 붕괴되어 플룸 내에 수면파를 발생시키는 모습을 보여주는 도이다.
도 12는 도 11에서 발생된 수면파를 보여주는 도이다.
도 13은 본 발명에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험방법의 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.
일반적으로, 해저산사태는 발생유형별 특성에 따라 해저지형이 산사태에 기인한 길이방향으로 이동하는 것과 지진에 의한 연직방향으로 변위를 일으키는 것으로 구분된다. 따라서 해저산사태의 재현성은 플룸내 길이방향과 연직방향을 모두 고려해야 한다. 해저산사태는 길이 방향으로 제한된 회전을 통해 슬라이딩(활동)을 재현하거나 길이방향으로 흘러가듯 움직이는 병진형 산사태 재현이 가능하도록 하여야 한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치의 구성도이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 수평 프레임(100), 수직 프레임(200) 및 경사진 플룸(300)을 포함한다.
상기 수평 프레임(100)은 상기 플룸(300)의 하부에 배치되어 상기 플룸(300)을 하부에서 지지할 수 있다.
상기 수직 프레임(200)은 상기 수평 프레임(100)과 수직으로 연결되고, 상기 플룸(300)의 양 끝단에 배치되어 상기 플룸(300)과 연결됨으로써 상기 플룸(300)을 양 끝단에서 지지할 수 있다. 여기서, 상기 수직 프레임(200)과 상기 수평 프레임(100)의 연결지점은 상기 플룸(300)의 경사각에 따라 가변될 수 있다.
상기 플룸(300)은 상기 수직 프레임(200)에 양 끝단이 연결되며 상기 수평 프레임(100) 상에서 경사지게 설치될 수 있는데, 상기 플룸(300)은 일 단에 높이 조절 부재(320)가 구비되고 타 단에 길이 조절 부재(330)가 구비됨으로서 상기 플룸(300)의 경사각을 가변시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 플룸(300)은 상기 수직 프레임(200)과 연결되는 일 단에 높이 조절 부재(320)를 구비할 수 있고, 상기 수직 프레임(200)은 상기 높이 조절 부재(320)와 대응하는 레일(미도시)을 구비할 수 있는데, 상기 높이 조절 부재(320)가 상기 레일을 따라 수직 상방 또는 하방으로 슬라이딩 이동한 후 고정됨으로써 상기 플룸(300)의 경사각을 가변시킬 수 있다.
또한, 상기 플룸(300)은 상기 수평 프레임(100)과 연결되는 타 단에 길이 조절 부재(330)를 구비할 수 있고, 상기 수평 프레임(200)은 상기 길이 조절 부재(330)와 대응하는 레일(미도시)을 구비할 수 있는데, 상기 길이 조절 부재(330)가 상기 레일을 따라 전방 또는 후방으로 슬라이딩 이동한 후 고정됨으로써 상기 플룸(300)의 경사각을 가변시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 플룸의 길이가 가변되는 모습을 보여주는 도이다.
또한, 상기 플룸(300)은 도 2에 도시된 바와 같이, 다단계 슬라이딩 이동부재로 형성될 수 있는데, 상기 플룸(300)은 상기 높이 조절 부재(320)와 길이 조절 부재(330)를 통한 플룸의 경사각 조절시 슬라이딩 이동에 의해 그 길이가 가변됨으로써 플룸의 경사각을 용이하게 조절하도록 할 수 있다.
상기 플룸(300)은 도 1에 도시된 바와 같이, 가이드 레일(310), 순차적으로 적층되는 복수개의 퇴적층(400), 상기 퇴적층(400) 상에 채워지는 물(500) 및 상기 가이드 레일(310)을 따라 이동가능하게 설치되는 붕괴 유발부(600)를 포함한다.
도 3은 본 발명에 따른 가이드 레일이 플룸에 설치된 모습을 보여주는 도이다.
상기 가이드 레일(310)은 상기 플룸(300)의 길이방향으로 설치될 수 있는데, 여기서, 상기 가이드 레일(310)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 플룸(300)의 바닥면에 설치될 수 있다.
상기 퇴적층(400)은 모래층, 실트층 또는 점토층으로 이루어지거나 이들의 혼합층으로 이루어져 상기 플룸(300) 내에 적층되어 탬핑(taping)될 수 있는데, 여기서, 상기 퇴적층(400)은 상기 붕괴 유발부(600)가 상기 가이드 레일(310)을 따라 이동하는 경우 붕괴되어 상기 플룸 내에 수면파를 발생시킬 수 있다.
상기 물(500)은 탬핑된 상기 퇴적층(400) 상에 채워져 상기 플룸(300) 내에 수면을 형성할 수 있다.
상기 붕괴 유발부(600)는 상기 가이드 레일(310)을 따라 이동하여 상기 퇴적층(400)을 다양한 형태로 붕괴시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 붕괴 유발부의 제 1구성도이다.
상기 붕괴 유발부(600)는 일 실시예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 롤러(610), 상기 롤러(610)에 연결되는 지지부재(620) 및 상기 지지부재(620)에 회전가능하게 연결되는 분리부재(630)를 포함할 수 있다.
상기 롤러(610)는 상기 가이드 레일(310)을 따라 이동할 수 있는데, 상기 롤러(610)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 플룸(300)의 바닥면에 설치된 가이드 레일(310)에 삽입되어 상기 플룸(300)의 바닥면을 따라 이동할 수 있다.
상기 지지부재(620)는 퇴적층 3, 퇴적층 2 및 퇴적층 1의 순서로 차례로 적층된 퇴적층(400)의 하부를 지지할 수 있는데, 여기서, 상기 지지부재(620)는 상기 퇴적층(400)의 사면 경사각을 가변시킬 수 있다.
도 5는 도 4의 붕괴 유발부에 의해 퇴적층의 사면 경사각이 가변되는 모습을 보여주는 도이다.
구체적으로, 상기 플룸(300)은 도 5에 도시된 바와 같이, 바닥면에 상기 지지부재(620)를 수직으로 들어올려 상기 지지부재(620)의 경사각을 가변시킬 수 있는 적어도 하나 이상의 리프트 부재(320)가 구비될 수 있는데, 여기서, 상기 리프트 부재(320)는 유압 실린더로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 지지부재(620)는 상기 지지부재(620)와 플룸(300) 사이에 설치된 리프트 부재(320)에 의해 경사각이 가변됨으로써 상기 지지부재(620) 상에 적층된 퇴적층(400)의 사면 경사각을 가변시킬 수 있다.
상기 분리부재(630)는 상기 지지부재(620)와 힌지에 의해 연결되어 상기 지지부재(620)와의 이격 각도를 가변시킬 수 있으며, 상기 롤러(610)의 이동에 의해 상기 퇴적층(400)을 붕괴시킬 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 퇴적층이 도 4의 붕괴 유발부의 이동에 의해 붕괴되어 플룸 내에 수면파를 발생시키는 모습을 보여주는 도이고, 도 7은 본 발명에 따른 붕괴 유발부의 제 2구성도이다.
구체적으로, 상기 분리부재(630)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 가이드 레일(310)을 따라 이동하는 경우 상기 퇴적층(400)을 붕괴시켜 상기 퇴적층(400) 사이에 빈 공간인 붕괴 지점을 형성할 수 있고, 이로 인해 상기 퇴적층(400)의 붕괴 지점 주변부에서 물(500)이 소용돌이처럼 순환되며 상기 플룸(300) 내에 수면파를 발생시킬 수 있다. 여기서, 상기 분리부재(630)는 도 4에 도시된 바와 같이, 평면으로 이루어지거나, 도 7에 도시된 바와 같이, 곡면으로 이루어질 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 붕괴 유발부의 제 3구성도이다.
또한, 상기 붕괴 유발부(600)는 다른 실시예로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 분리부재(630)에 회전가능하게 연결되어 상기 퇴적층(400)의 상부를 커버하는 커버부재(640)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 커버부재(640)는 상기 분리부재(630)와 힌지(650)에 의해 연결되어 상기 분리부재(630)와의 이격 각도를 가변시킬 수 있는데, 예를 들어, 상기 커버부재(640)는 상기 지지부재(620) 상에 퇴적층(400)이 적층되는 동안에는 플룸(300)의 상부 방향으로 배치되고, 상기 퇴적층(400)이 상기 플룸 내에 적층되어 탬핑된 경우에는 상기 퇴적층(400)의 상부 방향으로 회전하여 상기 퇴적층(400)을 상부에서 커버할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 붕괴 유발부의 제 4구성도이다.
또한, 상기 붕괴 유발부(600)는 또 다른 실시예로, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 롤러(610) 및 상기 롤러(610)의 이동에 의해 상기 퇴적층(400)을 붕괴시키는 분리부재(630)를 포함할 수 있는데, 여기서, 상기 분리부재(630)는 하부로 볼록한 곡면으로 이루어져 상기 롤러(610)의 이동에 의해 상기 퇴적층(400)을 붕괴시키거나, 상기 분리부재(630)의 하부 중심부에 연결된 회전축을(미도시) 중심으로 회전하여 상기 퇴적층(400)을 붕괴시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 붕괴 유발부(600)에 연결되는 동력부(미도시)와, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 플룸(300)의 양 끝단에 설치되는 파고 계측기(700) 및 상기 플룸(300)의 양 측면에 설치되는 이동속도 계측기를 더 포함할 수 있다.
상기 동력부는 상기 붕괴 유발부(600)를 상기 가이드 레일(310)을 따라 자동적으로 이동시켜 상기 퇴적층(400)을 붕괴시킬 수 있는데, 여기서, 상기 동력부는 상기 붕괴 유발부(600)의 이동속도를 조절할 수 있다. 또한, 상기 파고 계측기(700)는 파고 위치를 관찰할 수 있는 카메라로 이루어져 상기 퇴적층(400)의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 파고를 용이하게 계측할 수 있으며, 상기 이동속도 계측기(800)는 상기 퇴적층(400)의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 이동속도를 계측할 수 있다.
이하, 본 발명의 제 2실시예에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치를 상세히 설명한다.
도 10은 본 발명의 제 2실시예에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치의 구성도이다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치는 도 10에 도시된 바와 같이, 수평 프레임(100), 수직 프레임(200) 및 경사진 플룸(300)을 포함한다.
상기 수평 프레임(100) 및 수직 프레임(200)은 본 발명의 제 1실시예에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치에 포함된 수평 프레임 및 수직 프레임과 그 구성 및 기능이 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 플룸(300)은 상기 수직 프레임(200)에 양 끝단이 연결되며 상기 수평 프레임(100) 상에서 경사지게 설치될 수 있는데, 상기 플룸(300)은 가이드 레일(310), 순차적으로 적층되는 복수개의 퇴적층(400), 상기 퇴적층(400) 상에 채워지는 물(500), 상기 가이드 레일(310)을 따라 이동가능하게 설치되는 붕괴 유발부(600), 상기 붕괴 유발부(600)를 상기 가이드 레일(310)을 따라 이동시켜 상기 퇴적층(400)을 붕괴시키는 동력부(미도시), 상기 플룸(300)의 양 끝단에 설치되어 상기 퇴적층(400)의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 파고를 계측하는 파고 계측기(700) 및 상기 플룸(300)의 양 측면에 설치되어 상기 퇴적층(400)의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 이동속도를 계측하는 이동속도 계측기(800)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가이드 레일(310)은 상기 플룸(300)의 높이방향으로 경사지게 설치될 수 있는데, 상기 붕괴 유발부(600)가 상기 가이드 레일(310)을 따라 상기 플룸(300)의 높이방향으로 경사지게 이동함으로써 단층에 의한 상기 퇴적층(400)의 붕괴를 모사할 수 있다.
구체적으로, 상기 붕괴 유발부(600)는 상기 가이드 레일(310)을 따라 이동하는 롤러(610), 상기 롤러(610)에 연결되는 제 1분리부재(631) 및 상기 제 1분리부재(631)에 회전가능하게 연결되는 제 2분리부재(632)를 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 퇴적층이 도 10의 붕괴 유발부의 이동에 의해 붕괴되어 플룸 내에 수면파를 발생시키는 모습을 보여주는 도이고, 도 12는 도 11에서 발생된 수면파를 보여주는 도이다.
상기 제 1분리부재(631)는 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 롤러(610)가 상기 가이드 레일(310)을 따라 경사지게 이동함에 따라 상기 플룸(300)의 바닥면에 형성된 공간(340)으로 삽입됨으로써 상기 퇴적층(400)을 상기 플룸(300)의 길이방향으로 붕괴시킬 수 있다.
상기 제 2분리부재(632)는 상기 제 1분리부재(631)와 힌지에 의해 회전가능하게 연결되어 상기 제 1분리부재(631)와의 이격 각도를 가변시킬 수 있는데, 상기 제 2분리부재(632)는 상기 플룸(300)에 퇴적층(400)이 적층되는 동안에는 플룸(300)의 상부 방향으로 배치되고, 상기 퇴적층(400)이 상기 플룸 내에 적층되어 탬핑된 경우에는 상기 퇴적층(400)의 상부 방향으로 회전하여 상기 퇴적층의 상부를 커버할 수 있다.
여기서, 상기 제 2분리부재(632)는 상기 롤러(610)가 상기 가이드 레일(310)을 따라 경사지게 이동함에 따라 상기 퇴적층(400)을 상기 플룸(300)의 높이방향으로 붕괴시킬 수 있다.
이처럼, 상기 제 1분리부재(631) 및 제 2분리부재(632)는 상기 가이드 레일(310)을 따라 상기 롤러(610)가 이동하는 경우 상기 퇴적층(400)을 붕괴시켜 상기 퇴적층(400) 사이에 빈 공간인 붕괴 지점을 형성할 수 있고, 이로 인해 상기 퇴적층(400)의 붕괴 지점에서 물(500)이 순환되며 도 12에 도시된 바와 같이 붕괴 지점을 중심으로 방사상으로 퍼지는 수면파를 발생시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험방법을 상세히 설명한다.
도 13은 본 발명에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험방법의 블록도이다.
본 발명에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험방법은 도 12에 도시된 바와 같이, 레일 설치 단계(S10), 붕괴 유발부 설치 단계(S20), 퇴적층 탬핑 단계(S30), 수면 형성 단계(S40), 퇴적층 붕괴 단계(S50), 수면파 발생 단계(S60), 파고 측정 단계(S70) 및 이동속도 측정 단계(S80)를 포함한다.
상기 레일 설치 단계(S10)는 도 1 및 도 10에 도시된 바와 같이, 플룸(300)에 가이드 레일(310)을 설치하는 단계로, 상기 레일 설치 단계(S10)에서는 상기 가이드 레일(310)을 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 플룸(300)의 길이방향으로 설치하거나, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 플룸(300)의 높이방향으로 경사지게 설치할 수 있다.
상기 붕괴 유발부 설치 단계(S20)는 상기 가이드 레일(310)에 붕괴 유발부(600)를 이동가능하게 설치하는 단계이다.
상기 퇴적층 탬핑 단계(S30)는 상기 플룸(300) 내부에 복수개의 퇴적층(400)을 적층하여 탬핑하는 단계이다.
상기 수면 형성 단계(S40)는 상기 퇴적층(400) 상에 물(500)을 채워 상기 플룸(300) 내에 수면을 형성하는 단계이다.
상기 퇴적층 붕괴 단계(S50)는 도 6 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 붕괴 유발부(600)를 상기 가이드 레일(310)을 따라 이동시켜 상기 퇴적층(400)을 붕괴시키는 단계이다.
상기 수면파 발생 단계(S60)는 상기 퇴적층(400)의 붕괴 지점에서 물이 소용돌이처럼 순환되며 상기 플룸(300) 내에 수면파를 발생시키는 단계이다.
상기 파고 측정 단계(S70)는 상기 퇴적층(400)의 붕괴에 의해 발생된 수면파의 파고를 상기 플룸(300)의 양 끝단에서 파고 계측기(700)를 이용하여 계측하는 단계이다.
상기 이동속도 측정 단계(S80)는 상기 퇴적층(400)의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 이동속도를 상기 플룸(300)의 양 측면에서 이동속도 계측기(800)를 이용하여 계측하는 단계이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다양한 형태의 해저산사태를 임의적으로 재현함으로써 플룸 내에 수면파를 발생시킬 수 있고, 플룸 내에 발생된 수면파의 파고와 이동속도를 계측하여 수면파의 확산을 용이하게 평가할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치 및 방법을 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 200:수직 프레임
300:플룸 310:가이드 레일
320:높이 조절 부재 330:길이 조절 부재
340:공간 400:퇴적층
500:물 600:붕괴 유발부
610:롤러 620:지지부재
630:분리부재 631:제 1분리부재
632:제 2분리부재 640:커버부재
650:힌지 700:파고 계측기
800:이동속도 계측기
S10:레일 설치 단계
S20:붕괴 유발부 설치 단계
S30:퇴적층 탬핑 단계
S40:수면 형성 단계
S50:퇴적층 붕괴 단계
S60:수면파 발생 단계
S70:파고 측정 단계
S80:이동속도 측정 단계

Claims (12)

  1. 가이드 레일이 바닥면에 길이방향으로 설치되는 플룸;
    상기 플룸 내에 적층되어 탬핑되는 복수개의 퇴적층;
    상기 퇴적층 상에 채워져 상기 플룸 내에 수면을 형성하는 물; 및
    상기 가이드 레일을 따라 이동가능하게 설치되는 붕괴 유발부;를 포함하고,
    상기 퇴적층은 상기 붕괴 유발부의 이동에 의해 붕괴되어 상기 플룸 내에 수면파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 플룸은 일 단에 높이 조절 부재가 구비되고 타 단에 길이 조절 부재가 구비된 다단계 슬라이딩 이동부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 붕괴 유발부는,
    상기 가이드 레일을 따라 이동하는 롤러;
    상기 롤러에 연결되어 상기 퇴적층의 하부를 지지하는 지지부재; 및
    상기 지지부재에 회전가능하게 연결되며 상기 롤러의 이동에 의해 상기 퇴적층을 강제적으로 붕괴시키는 분리부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 붕괴 유발부는,
    상기 가이드 레일을 따라 이동하는 롤러;
    상기 롤러에 연결되어 상기 퇴적층의 하부를 지지하는 지지부재;
    상기 지지부재에 회전가능하게 연결되며 상기 롤러의 이동에 의해 상기 퇴적층을 강제적으로 붕괴시키는 분리부재; 및
    상기 분리부재에 회전가능하게 연결되어 상기 퇴적층의 상부를 커버하는 커버부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 퇴적층의 사면 경사각을 가변시킬 수 있고,
    상기 분리부재는 평면 또는 곡면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 붕괴 유발부는,
    상기 가이드 레일을 따라 이동하는 롤러; 및
    상기 롤러의 이동에 의해 상기 퇴적층을 붕괴시키는 분리부재;를 포함하고,
    상기 분리부재는 하부로 볼록한 곡면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 붕괴 유발부에 연결되고, 상기 붕괴 유발부를 상기 가이드 레일을 따라 이동시켜 상기 퇴적층을 붕괴시키는 동력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 동력부는 상기 붕괴 유발부의 이동속도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 플룸의 양 끝단에 설치되어 상기 퇴적층의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 파고를 계측하는 파고 계측기; 및
    상기 플룸의 양 측면에 설치되어 상기 퇴적층의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 이동속도를 계측하는 이동속도 계측기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치.
  10. 가이드 레일이 높이방향으로 경사지게 설치된 플룸;
    상기 플룸 내에 적층되어 탬핑되는 복수개의 퇴적층;
    상기 퇴적층 상에 채워져 상기 플룸 내에 수면을 형성하는 물;
    상기 가이드 레일을 따라 이동가능하게 설치되는 붕괴 유발부;
    상기 붕괴 유발부를 상기 가이드 레일을 따라 이동시켜 상기 퇴적층을 붕괴시키는 동력부;
    상기 플룸의 양 끝단에 설치되어 상기 퇴적층의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 파고를 계측하는 파고 계측기; 및
    상기 플룸의 양 측면에 설치되어 상기 퇴적층의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 이동속도를 계측하는 이동속도 계측기;를 포함하고,
    상기 퇴적층은 상기 붕괴 유발부의 이동에 의해 붕괴되어 상기 플룸 내에 수면파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 붕괴 유발부는,
    상기 가이드 레일을 따라 이동하는 롤러;
    상기 롤러에 연결되며 상기 롤러의 이동에 의해 상기 퇴적층을 상기 플룸의 길이방향으로 붕괴시키는 제 1분리부재; 및
    상기 제 1분리부재에 회전가능하게 연결되고 상기 퇴적층의 상부를 커버하며 상기 롤러의 이동에 의해 상기 퇴적층을 상기 플룸의 높이방향으로 붕괴시키는 제 2분리부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험장치.
  12. 플룸에 가이드 레일을 설치하는 레일 설치 단계;
    상기 가이드 레일에 붕괴 유발부를 이동가능하게 설치하는 붕괴 유발부 설치 단계;
    상기 플룸 내부에 복수개의 퇴적층을 적층하여 탬핑하는 퇴적층 탬핑 단계;
    상기 퇴적층 상에 물을 채워 상기 플룸 내에 수면을 형성하는 수면 형성 단계;
    상기 붕괴 유발부를 상기 가이드 레일을 따라 이동시켜 상기 퇴적층을 붕괴시키는 퇴적층 붕괴 단계;
    상기 퇴적층의 붕괴 지점에서 물이 소용돌이처럼 순환되며 상기 플룸 내에 수면파를 발생시키는 수면파 발생 단계;
    상기 퇴적층의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 파고를 상기 플룸의 양 끝단에서 계측하는 파고 측정 단계;
    상기 퇴적층의 붕괴에 의해 발생되는 수면파의 이동속도를 상기 플룸의 양 측면에서 계측하는 이동속도 측정 단계;를 포함하고,
    상기 레일 설치 단계는,
    상기 가이드 레일을 상기 플룸의 길이방향으로 설치하거나, 상기 플룸의 높이방향으로 경사지게 설치하는 것을 특징으로 하는 해저산사태 유발 수면파 발생 및 확산 평가용 토조 모형시험방법.
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