KR101587266B1 - 산사태 모사용 셀블럭 및 산사태 모사용 셀블럭을 이용한 산사태 모사 실험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사면붕괴에 따른 활동, 낙석, 토석사태 또는 토석류사태 등 다양한 산사태 유형(landslide type)을 모사할 수 있으며, 산사태가 진행되는 동안 산사태 크기가 증가하는 연행(sediment entrainment) 작용을 모사 실험할 수 있도록 하는 산사태 모사용 셀블럭 및 산사태 모사용 셀블럭을 이용한 산사태 모사 실험장치에 관한 것으로서,
상기 산사태 모사용 셀블럭은, 내부에 점토에서 모래, 자갈까지 다양한 크기의 입경을 가진 토사가 혼합되어 생성되는 육면체의 토양부; 및 상기 토양부로 물을 침투시키고, 토양부로부터의 물을 배출시키는 양방향 투수 또는 흡수된 물 배출을 막는 일 방향 투습특성 중 하나의 특성을 가지도록 상기 토양부의 외측면을 감싸는 외부투습필터부;를 포함하여, 적층되는 것에 의해 산사태 모사를 위한 셀블럭적층체를 형성하도록 구성되어,
산사태 또는 토석류사태 발생 시의 지형변화 또는 낙석의 가능성을 파악할 수 있도록 하고, 연행에 대한 모사 실험을 수행할 수 있도록 하며, 지형변화의 예측에 따른 낙석사태 또는 토석류사태 등의 산사태 조기탐지가 가능하도록 하는 효과를 제공한다.

Description

산사태 모사용 셀블럭 및 산사태 모사용 셀블럭을 이용한 산사태 모사 실험장치{CELL BLOCK FOR SIMULATING LANDSLIDE AND LANDSLIDE SIMULATION APPARATUS USING THE CELL BLOCK}

본 발명은 산사태가 발생하기 전 지반의 미소변형에서 산사태 발생단계 및 산사태 발생 이후에 토사가 확산되는 단계인 토석류사태 모사 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 사면 붕괴에 따른 활동, 낙석, 토석사태(debris avalanche) 또는 토석류사태(debris flow) 등 다양한 산사태 유형(landslide type)을 모사할 수 있으며, 산사태가 진행되는 동안 산사태 크기가 증가하는 연행(sediment entrainment) 작용을 모사 실험할 수 있도록 하는 산사태 모사용 셀블럭 및 산사태 모사용 셀블럭을 이용한 산사태 모사 실험장치에 관한 것이다.

우리나라는 기후적으로 온대 몬순 지역에 위치하고 있어 연평균 강우량은 대략 1,200㎜에 해당하고, 6~8월 3개월 사이에 장마와 태풍이 집중하며 이는 전체의 2/3에 해당하는 양이다. 따라서 우리나라에서 발생되는 산사태의 발생 원인은 대부분 강우에 의해 발생하는 것으로 알려져 있다.

국내에서 발생하는 산사태는 기반암 위의 얕은 토층이 파괴면(sliding plane)을 따라 흘러내리듯 발생하는 얕은 심도의 산사태(shallow landslide)가 주류를 이룬다. 광물조성을 달리하는 풍화토 지반에서는 활동(sliding)과 토석류(debris flow) 형태의 산사태가 발생하고, 암반으로 구성된 산악지역에서는 낙석(rockfall) 형태의 산사태가 일반적이다.

사면안정성 문제를 해결하거나 토석류처럼 거력을 포함한 많은 양의 토사가 계곡부를 따라 이동하는 현장을 모사하고자 할 때 현장 또는 실내에서 플룸(flume)형태의 시험장치 개발을 통해 산사태 발생지역의 지형학적 특성을 고려하여 반복실험을 수행하여 산사태 거동을 사전 예측하거나 공학적 특성을 이해하여 수치해석에 필요로 하는 입력매개변수를 산정하여 산사태 위험성 평가에 활용하고 있다.

종래 개발된 다수의 산사태 모의 실험장치는 상부에 위치되고 일정한 함수비(water content)의 시료를 토조 상부에 위치시킨 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 있는 시스템으로 구성된 것이 일반적이었다.

한편, 종래의 플룸 시험장치는 토석류사태 재현시험에 있어서 플룸 상부에서 인공강우시스템을 통해 현장 강우를 재현하거나, 사면붕괴 후에 선행강우에 의한 바닥면의 노면 젖음(수막현상) 상태를 재현하거나, 토석류 채널부를 이동하는 사태물질(debris flow materials)의 충격력을 측정하거나 하여 사면붕괴이후 토석류사태 발생 양상과 피해확산 규모를 정확하게 예측할 수 없는 문제점 또한 존재하였다.

그러나 상술한 종래기술의 산사태 또는 토석류사태 모의 실험장치들은 발생된 토석류의 확산영역, 수막현상(hydroplaning)의 영향 또는 충격량 등을 측정할 수 있었으나, 복합적인 산사태 형태(활동, 확산, 낙석, 토석사태, 토석류 등)를 모사하기에는 제약을 받는다. 이로 인해 과거 개발된 실험장치는 대부분 토석사태 또는 토석류사태 형태의 실험에 제한적으로 활용될 수밖에 없었다. 이러한 점을 해결하기 위해서 풍화토 지반의 사면과 암반사면 모두에서 산사태 발생의 모사가 가능한 실험장치 개발이 필요하다. 또한 산사태 발생 전에 불안정지반의 미소변형을 감지하여 산사태 조기탐지가 가능하거나 산사태가 발생할 경우 연행작용에 의해 산사태의 체적이 이동하는 동안 자연적으로 증가하는 현상을 모사할 수 있는 시험기 개발이 필요하다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 산사태 발생 전과정(파괴면을 따라 발생하는 미소변형, 산사태 발생 및 확산)을 모사할 수 있고, 산사태 활동, 낙석, 토석사태 및 토석류사태 등의 다양한 산사태 형태를 모사할 수 있으며, 토석류가 진행되는 동안 연행작용 모사실험이 가능하며, 암반사면과 같이 낙석이 발생하여 원지형으로부터 완전한 붕괴를 모사할 수 있고, 지반변형에 따른 산사태 조기탐지를 수행할 수 있도록 하는 산사태 모사용 셀블럭 및 산사태 모사용 셀블럭을 이용한 산사태 모사 실험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산사태 모사용 셀블럭은, 내부에 점토에서 모래, 자갈 크기 입자까지 다양한 입경을 가진 토사가 혼합되어 생성되는 육면체의 토양부; 및 상기 토양부로 물을 침투시키고, 토양부로부터의 양방향 투수가 가능하거나 물 배출을 막는 일 방향 투습특성을 가지도록 상기 토양부의 외측면을 감싸는 외부투습필터부;를 포함하여, 적층되는 것에 의해 산사태 모사를 위한 셀블럭적층체를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 외부투습필터부는, 상기 토양부로 물 침투속도를 높이기 위한 다수의 구멍을 포함할 수 있다.

상기 토양부는, 정육면체 외형을 형성하고 물을 흡수하는 경우 팽창하는 특성을 가지며 사면붕괴 또는 토석류 연행효과를 모사할 수 있는 팽창부; 및 상기 팽창부의 내부에 위치하여 셀블럭에 하중을 부여하는 하중부;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 하중부는, 점토에서 모래까지 다양한 입경을 가진 혼합물로 구성된 토사가 일정한 혼합비로 된 자갈을 혼합시키고, 외부에는 물을 내부로 유입시키나 외부로 유출되지 않는 일 방향 투습특성의 하중부투습필터부;가 감싸는 구조로 제작될 수 있다.

상기 팽창부는, 표면층에 염화나트륨(NaCl)과 벤토나이트의 혼합물로 구성된 다수의 투습부;가 형성될 수 있다.

상기 셀블럭은, 임계질량 조절을 위하여 셀블럭연결부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 셀블럭과 셀블럭 간의 완전분리는 산사태 또는 낙석을 의미하여, 각 셀블럭이 셀블럭적층체로부터 떨어져 나오기 위해서는 특정 셀블럭 하나에서 자중이 증가하거나, 셀블럭과 셀블럭 사이에서 미끄러짐이 발생하거나 하여 셀블럭이 셀블럭적층체로부터 분리가 가능해야 하며, 이때 한 셀블럭이 분리 가능한 셀블럭분리임계값을 임계질량이라고 명명하기로 한다.

상기 셀블럭연결부는, 상기 셀블럭의 각각의 측면에 형성되는 와이어홀딩부; 및 서로 다른 셀블럭들의 와이어홀딩부의 양단부 각각이 결합되어 인접된 셀블럭들을 연결하고, 강성의 조절에 의해 사면붕괴를 유발시킬 수 있으며, 이로 인해 낙석, 토석사태 또는 토석류사태 모사를 위한 임계질량의 조절을 수행하며, 길이조절을 통하여 셀블럭과 셀블럭 간의 간격을 임의로 조절이 가능한 부재, 예를 들어, 와이어;를 포함하여, 상기 셀블럭의 각각의 면에 하나 이상이 형성되는 와이어연결부;일 수 있다.

상기 셀블럭연결부는 상기 셀블럭의 각각의 측면에 형성되는 자석홀딩부; 및 산사태 발생 모사를 위한 기 설정된 임계질량에 따른 자력과, 기 설정된 돌출높이를 가지는 상기 자석홀딩부에 결합되는 자석;을 포함하여, 상기 셀블럭의 각각의 면에 하나 이상이 형성되는 자석연결부;로 구성될 수 있다. 여기서 산사태 발생시점을 모사하기 위해서는 하나 또는 복수개의 셀블럭이 고정된 셀블럭적층체로부터 미끄러지거나 떨어져 나와야 하며 이때 양단부에 연결된 셀블럭연결부에는 인장력이 가해질 수 있다. 이때 인장력은 최대 임의의 값으로 설정이 가능하며 이값은 산사태 발생유도 임계값으로 지정하여 사면파괴를 유도할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산사태 모사용 셀블럭을 이용한 산사태 모사 실험장치는, 일정 경사 또는 다양한 경사구배를 가지고 설치되는 플룸(flume); 육면체로 형성된 토양부의 외부가 외부투습필터부에 의해 감싸여져 구성되는 셀블럭들이 적층되어 상기 플룸의 산사태 발생부에 위치되는 셀블럭적층체; 상기 셀블럭적층체에 물을 공급하여 강우를 모사하는 강우발생부; 및 상기 강우발생부로 물을 공급하는 물공급펌프;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 셀블럭은, 산사태 시의 임계질량과 공극률 또는 함수비 중 하나 이상의 조건을 조절하기 위해 셀블럭 사이의 결합력과 셀블럭 사이의 결합 간격을 조절할 수 있도록, 상기 셀블럭의 각각의 측면에 하나 이상이 형성되는 셀블럭연결부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 셀블럭은, 점토와 모래의 혼합토에 자갈을 추가로 혼합시키거나 또는 상기 점토, 모래 또는 자갈 중 어느 하나의 단일 토양재료나 유사재료를 사용하여 셀블럭 내부를 채우고, 외부면이 하중부투습필터부로 감싸여진 후 상기 토양부의 내부에 위치되는 하중부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 산사태 모사 실험장치는, 상기 플룸 상에서의 상기 셀블럭적층체에 의한 산사태 모사를 촬영하는 촬영부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 산사태 모사용 셀블럭 및 산사태 모사용 셀블럭을 구비한 산사태 모사 실험장치는, 산사태 발생 전, 발생 및 발생 후 단계를 포함하는 산사태 발생 전과정을 모사할 수 있으며, 활동, 낙석, 토석사태 및 토석류사태를 포함하는 다양한 산사태 형태를 모사할 수 있고, 토석류 확산에 따른 연행 모사실험을 수행할 수 있도록 하며, 지반변형에 따른 산사태 조기탐지가 가능할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 산사태 모사용 셀블럭을 이용한 산사태 모사 실험장치(1)의 사시도.
도 2는 도 1의 셀블럭 적층체(1000)의 확대도.
도 3은 셀블럭(1100)의 상세 구성도.
도 4는 셀블럭(1100)의 상세 내부 구성도.
도 5는 하중부(1230)의 상세 구성도.
도 6은 투습성 향상을 위해 팽창부(1210)의 표면층에 형성되는 투습부(1215)를 나타내는 도면.
도 7은 임계질량 또는 공극률 조절을 위한 셀블럭연결부(1300) 중 와이어연결부(1310)에 의해 연결된 셀블럭(1100)의 연결 상태도.
도 8은 임계질량 또는 공극률 조절을 위한 셀블럭연결부(1300) 중 자석연결부(1330)의 구성을 나타내는 도면.
도 9는 침투되는 물의 양을 조절하기 위하여 자석연결부(1330)의 돌출 높이가 조절되는 상태를 나타내는 도면.
도 10은 임계질량 조절을 위하여 셀블럭연결부(1300) 중 자석연결부(1330)에 의해 연결된 셀블럭(1100)의 연결 상태도.
도 11은 셀블럭(1100)들이 적층된 셀블럭적층체(1000)를 나타내는 도면.
도 12 및 도 13은 산사태 발생초기의 셀블럭적층체(1000)의 셀블럭(1100)들이 위치 이동되어 형성되는 변형부(1400)를 나타내는 도면.
도 14는 낙석 모사 실험과정을 나타내는 도면.
도 15는 셀블럭 붕괴에 따른 산사태 모사 실험과정을 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 실시 예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따르는 산사태 모사용 셀블럭을 이용한 산사태 모사 실험장치(1)의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 산사태 모사 실험장치(1)는 수평프레임(100), 수직프레임(200), 플룸(300), 강우발생부(400), 물공급펌프(500), 촬영부(600) 및 셀블럭적층체(1000)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 산사태 모사 실험장치(1)는 도 1와 같이 수압계(800), 로드셀(900) 등을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 수평프레임(100)은 상기 플룸(300)의 하부에 배치되어 상기 플룸(300)을 하부에서 지지할 수 있도록 구성된다.

상기 수직프레임(200)은 수평프레임(100)과 일단이 수직으로 연결되고, 타단은 플룸(300)의 일 단과 연결됨으로써 플룸(300)을 경사지게 지지하도록 구성된다.

상기 풀룸(300)은 실제 토석류사태 발생 현장의 지형학적 특성을 고려하여 복수개의 플룸을 연결하는 방식으로 구성할 수도 있다.

상기 풀룸(300)은 토석류, 낙석 등의 산사태 형상의 모사를 위하여 셀블럭적층체(1000)를 구성하는 셀블럭(1100)들이 사태를 이루어 이동하는 경로를 형성한다. 이때, 수직프레임(200)과 연결되는 상기 풀룸(300)의 단부는 수직프레임(200) 상에서 위치 이동 가능하게 구성됨으로서, 풀룸(300)의 경사를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 토석류 선단부에서 수막현상(hydroplaning)을 발생시켜 강우 시 실제 토석류 유동환경과 동일한 조건을 재현할 수 있도록, 상기 풀룸(300)에는 도 1에 도시된 바와 같이 복수개의 물 침투부(330)가 설치될 수 있다. 상술한 바와 같이 설치되는 상기 물 침투부(330)를 통해 물이 상기 플룸(300) 내부로 공급됨으로써 상기 플룸(300)에 수막층을 재현할 수 있다. 여기서, 상기 물 침투부(330)는 상기 플룸에 삽입되며 설치될 수 있는데, 상기 플룸(300)의 길이방향을 따라 이격되면서 복수로 설치될 수도 있다.

구체적으로, 상기 물 침투부(330)는 복수개의 홀이 형성된 다공질판으로 이루어짐으로써 플룸(300) 내에서 부분적 노면 젖음 현상과 지하수의 변동 또는 용출수 현상을 모사하거나, 중공이 내부에 형성된 중공판으로 이루어짐으로써 상기 플룸(300) 내에서 강우에 의한 노면 젖음 현상을 모사할 수 있도록 한다.

상기 강우발생부(400)는 셀블럭적층체(1000)에 물을 분사하여 강우 시를 모사하도록 구성된다. 그리고 상기 물공급펌프(500)는 상기 물 침투부(330)와 상기 강우발생부(400)에 각각에 독립적으로 물을 공급하도록 구성될 수 있다.

상술한 강우발생부(400)와 물공급펌프(500)는 시강우량이 10mm ~ 200mm가 되도록 수압을 조절하여 물을 공급하는 등 다양한 조건의 시 강우량을 구현할 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 촬영부(600)는 셀블럭적층체(1000)와 플룸(300)의 상부 경사로 영상을 촬영하는 것에 의해, 강우발생부(400)에 의해 강우가 모사된 경우 셀블럭(1100)들에 물이 침투되어 하중의 증가가 발생함에 따른 셀블럭적층체(1000)에 대한 변형과 낙석의 발생 또는 토석류의 발생을 확인할 수 있도록 한다.

상기 수압계(800)는 플룸(300)의 상부, 중부, 하부의 저면에 설치되는 강우에 따른 수압을 측정할 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 로드셀(900) 또한 플룸(300)의 상부, 중부, 하부의 저면에 설치되어 유동하는 낙석 또는 토석류(셀블럭 그룹)의 하중을 각각 측정할 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 셀블럭적층체(1000)는 낙석(단위 셀블럭) 또는 토석류(셀블럭 그룹)의 모사를 위한 단위 셀블럭(1100)들이 적층 구성되어 산사태지역을 모사하도록 구성된다.

도 2는 도 1의 셀블럭적층체(1000)의 확대도이다.

도 2와 같이, 상기 셀블럭적층체(1000)는 단위 셀블럭(1100)들이 격자상으로 적층 형성된다. 그리고 상기 단위 셀블럭(1100)들은 육면체 또는 정육면체로 형성된다. 상기 구성의 셀블럭적층체(1000)에서 하나의 셀블럭(1100)이 낙하하는 경우에는 낙석을 모사하게 되며, 셀블럭(1100)들이 그룹(셀블럭 그룹)을 형성하며 풀룸(300)을 따라 이동하는 경우에는 토석류사태를 모사하도록 구성되는 것으로, 낙석사태 또는 토석류사태를 포함하는 산사태를 모사할 수 있도록 한다. 또한, 셀블럭적층체(1000)에서의 형상 변형을 기초하여 산사태 발생 초기의 지형변형 상태를 모사할 수 있도록 한다. 상기 셀블럭(1100)을 육면체 형태로 하는 것에 의해, 셀블럭(1100)들의 적층을 용이하게 하며, 산사태 모사 대상지역의 형상을 다양하게 가변시킬 수 있어, 다양한 지형특성의 산사태 모사 실험을 용이하게 수행할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같은 셀블럭적층체(1000)의 기능 수행을 위해 상기 셀블럭(1100)들은 실제 토양과 동일한 작용을 수행하는 구조를 가지도록 제작되어야 한다.

도 3은 셀블럭(1100)의 상세 구성도이다.

도 3과 같이 상기 셀블럭(1100)은 내부에 자갈, 모래, 점토 등의 토양 물질들이 혼합되어 생성되는 육면체의 토양부(1200)와, 토양부(1200)로 물을 침투시키거나 토양부(1200)로부터 물의 배출을 막는 일 방향 투습특성을 가지도록 토양부(1200)의 외측면 전체를 감싸는 외부투습필터부(1102)를 포함하여 구성된다.

상기 외부투습필터부(1102)는 셀블록 내외부로 물이 자유롭게 이동하는 투습필터로 구성되거나, 셀블록 내로 물이 유입되나 유입된 물이 셀블록 외부로 배출되지 않도록 하는 투습필터로 구성될 수 있다.

상기 외부투습필터부(1102)가 셀블록 내외부로 물이 자유롭게 이동하는 투습필터로 구성되는 경우, 상기 외부투습필터부(1102)는 물의 투과가 자유롭고 자갈, 모래, 점토의 혼합물 또는 단일 자갈, 모래, 점토 중 어느 하나의 토양시료의 외형을 지지하는 필터로 구성될 수 있다.

상기 외부투습필터부(1102)가 셀블록 내로 물이 유입되나 유입된 물이 셀블록 외부로 배출되지 않도록 하는 투습필터로 구성되는 경우, 상기 외부투습필터부(1102)는 내측에는 소수성 재질을 사용하고 외측에는 친수성 재질을 사용하는 등의 방식에 의해 제작되어 일 방향 투습특성을 가지는 소재들로 제작될 수 있다. 그리고 토양부(1200)로의 물의 유입 효율을 높이기 위하여 다수의 구멍(1103)이 형성될 수 있다. 이때 형성되는 다수의 구멍은 격자상으로 형성되거나 무작위 위치로 형성될 수 있다.

상술한 구성 중 외부투습필터부(1102)는 강우에 의한 물이 토양부(1200)에 흡수되는 것을 모사하며 토양부(1200)의 외형을 유지하도록 하고, 토양부(1200)는 강우에 의한 물에 의해 토양의 팽창, 하중 증가 등을 모사할 수 있도록 한다.

다음으로, 상술한 셀블럭(1100)은 낙석 또는 토석류의 기능을 수행하는 토양의 기능을 가지도록 하기 위해, 강우로 모사된 물을 흡수하여 팽창하는 특성과 토석의 하중을 모사하기 위한 하중부를 포함하여 구성될 수 있다.

도 4는 셀블럭(1100)의 상세 내부구성도이고, 도 5는 하중부(1230)의 상세구성도이다.

도 4와 같이, 상기 셀블럭(1100)의 외부투습필터부(1102)에 감싸여지는 토양부(1200)는, 육면체 외형을 형성하고 물을 흡수하는 경우 팽창하는 특성을 가지며 사면붕괴의 모사를 수행하는 팽창부(1210)와, 팽창부(1210)의 내부에 위치하여 셀블럭(1100)에 하중을 부여하는 하중부(1230)를 포함하여 구성되어, 상기 셀블럭(1100)은 강우에 의한 토양의 팽창 및 하중 변화에 따른 지형변형 등을 모사할 수 있도록 한다.

구체적으로, 상기 팽창부(1210)는 물을 흡수하는 경우 팽창되도록 모래와 점토가 혼합되어 구성되어, 물을 흡수한 토양의 팽창상태를 모사할 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 하중부(1230)는 자갈(1233)들을 모래(1235)와 점토(1237) 혼합물로 결합시키고, 외부에는 하중부투습필터부(1232)가 감싸는 구조로 제작되어 셀블럭(1100)에 토양과 같은 하중을 부여하는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.

상술한 토양부(1200)의 팽창부(1210)와 하중부(1230)를 구성하는 점토(1237)는 벤토나이트일 수 있으며, 팽창부(1210)의 점토는 자연수(비염분수)를 흡수하는 벤토나이트로 구성되어, 물의 흡수 시 팽창하도록 구성될 수 있다.

이 경우 상기 벤토나이트를 포함하는 팽창부(1210)는 자체로 물의 흡수가 잘 이루어지지 않는 경우가 있으므로, 상기 팽창부(1210)의 외측면에는 벤토나이트를 포함하는 팽창부(1210)로의 물의 흡수를 촉진하는 투습부(1215)들이 구성될 수 있다.

도 6은 투습성 향상을 위해 팽창부(1210)의 표면층에 형성되는 투습부(1215)를 나타내는 도면이다.

도 6과 같이, 상기 팽창부(1210)의 표면층에는 다수의 투습부(1215)가 형성된다. 상기 투습부(1215)는 염화나트륨(NaCl)과 벤토나이트의 혼합물로 구성될 수 있다. 상술한 구성의 투습부(1215)는 친수성 특성에 의해 강우로 모사되어 제공된 물을 흡착하는 것에 의해, 강우로 모사된 물의 팽창부(1210)의 내부로 흡수를 촉진시키는 기능을 수행하게 된다.

또한, 상기 셀블럭(1100)들은 낙석사태 또는 토석류사태 발생 시점의 하중의 결정을 위한 임계질량의 조절을 위한 셀블럭연결부(1300)를 구비할 수 있다.

도 7은 임계질량 조절을 위하여 셀블럭연결부(1300) 중 와이어연결부(1310)에 의해 연결된 셀블럭(1100)의 연결 상태도이다. 도 8은 임계질량 조절을 위한 셀블럭연결부(1300) 중 자석연결부(1330)의 구성을 나타내는 도면이다.

낙석사태 또는 토석류사태 발생 시점의 하중의 결정을 위한 임계질량의 조절을 위하여 셀블럭(1100)에 구비되는 구성으로서의 셀블럭연결부(1300)는 도 7과 같이 와이어에 의해 셀블럭(1100)들을 서로 연결하는 와이어연결부(1310) 또는 자성에 의해 셀블럭(1100)들을 연결하는 자석연결부(1330) 등으로 구성될 수 있다.

상기 와이어연결부(1310)는, 도 7과 같이, 셀블럭(1100)에 형성되는 와이어홀딩부(1312)와 서로 다른 셀블럭(1100)들의 와이어홀딩부(1312)의 양단부 각각이 결합되어 서로 다른 두 개의 셀블럭(1100)을 연결하는 와이어(1311)를 포함하여 구성될 수 있다. 상술한 구성의 와이어연결부(1310)는 셀블럭(1100)의 각각의 면에 하나 이상이 형성되는 것에 의해 하나의 셀블럭(1100)을 상하전후좌우에 인접되는 다른 셀블럭(1100)들과 연결할 수 있도록 한다.

상술한 구성에서 상기 와이어(1311)의 강성의 조절에 의해 낙석사태 또는 토석류사태의 발생 시점 모사를 위한 임계질량의 조절이 가능하게 된다. 그리고 상기 와이어(1311)의 길이를 조절하는 것에 의해 토양의 물 침투 공극크기의 모사가 가능하게 된다.

상기 자석연결부(1330)는, 도 8과 같이, 셀블럭(1100)에 형성되는 자석홀딩부(1332)와 자석홀딩부(1332)에 결합되는 자석(1331)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 구성의 자석연결부(1330)는 자석(1331)의 자력의 조절에 의해 낙석사태 또는 토석류사태의 발생 시점 모사를 위한 임계질량의 조절이 가능하게 된다. 그리고 상술한 구성의 자석홀딩부(1332)를 구비한 셀블럭(1100)들 또한 적층되는 경우 토양에 침투되는 물의 양을 조절하기 위한 공극률의 조절을 위해 돌출높이가 조절되도록 구성될 수 있다.

도 9는 침투되는 물의 양을 조절하기 위하여 자석연결부(1330)의 돌출 높이가 조절되는 상태를 나타내는 도면이다.

토양의 좁은 공극률 모사를 위해 적층된 셀블럭(1100)들 사이의 틈이 좁도록 하는 경우에는, 도 9의 (a)와 같이, 자석연결부(1330)의 자석(1331)은 셀블럭(1100)의 표면으로부터 거의 돌출되지 않도록 형성된다. 이와 달리, 토양의 큰 공극률 모사를 위해 적층된 셀블럭(1100)들 사이의 틈을 넓게 하는 경우에는, 도 9의 (b)와 같이, 자석연결부(1330)의 자석(1331)은 셀블럭(1100)의 표면으로부터 돌출되도록 형성된다. 이때 자석(1331)의 돌출 높이의 조절에 따라 공극률이 조절된다.

상술한 구성을 가지는 자석연결부(1330) 또한, 셀블럭(1100)의 각각의 면에 하나 이상이 형성되는 것에 의해 하나의 셀블럭(1100)을 상하전후좌우에 인접되는 다른 셀블럭(1100)들과 자석에 의해 결합시킨다. 도 10은 임계질량 조절을 위하여 셀블럭연결부(1300) 중 자석연결부(1330)에 의해 연결된 셀블럭(1100)의 연결 상태도이다.

도 11은 적층된 셀블럭적층체(1000)를 나타내는 도면이다.

상술한 바와 같이 구성되는 셀블럭(1100)들은 적층되어 도 11과 같은 셀블럭 적층체(1000)로 형성된 후 게이트(310)에 의해 미끄러지지 않도록 플룸(300)의 낙석사태, 토석류사태 등의 산사태 발생 위치로 되는 상단부에 고정 설치된 후, 하중을 조절하거나 강우량을 조절하는 것에 의해 산사태 모사가 수행 된다.

도 12 및 도 13은 산사태 발생초기의 셀블럭적층체(1000)의 셀블럭(1100)들이 위치 이동되어 형성되는 변형부(1400)를 나타내는 도면이다.

도 1과 같이 게이트(310)로 지지되도록 플룸(300)의 상단부에 셀블럭(1100)들을 적층하여 도 11과 같은 셀블럭적층체(1000)를 형성한다. 상기 셀블럭적층체(1000)는 분석 대상지역의 지형형상을 가지도록 적층하여 형성될 수도 있다. 이러한 셀블럭적층체(1000)의 형성 시 셀블럭(1100)들을 연결하는 와이어연결부(1310)의 와이어(1311)의 강성과 길이, 또는 자석연결부(1330)의 자력과 돌출 높이에 따라, 낙석 또는 토석류 발생 등의 산사태 발생을 위한 임계질량과 투습력을 위한 공극률이 설정된다.

이후 게이트(310)를 제거한 후 강우발생부(400)를 이용하여 산사태 모사를 위하여 설정된 양의 물을 공급하는 강우모사를 수행한다. 공급된 물은 도 3의 셀블럭(1100)들의 외부투습필터부(1102)를 통해 토양부로 유입되어 토양부(1102)에 흡수된다. 이때 도 6의 투습부(1215)가 점토내부로의 물의 흡수를 촉진시키는 것에 의해 토양부(1200) 내부로의 물의 흡수를 촉진시킨다. 토양부(1102)에 흡수된 물은 팽창부(1210)에 흡수되어 팽창부(1210)를 팽창시킨다. 그리고 팽창부(1210)에 흡수된 물은 도 4 및 도 5의 하중부투습필터부(1232)를 통해 하중부(1230)의 내부로 유입되어 하중부(1230)의 하중을 증가시키는 것에 의해 셀블럭(1100)들의 하중을 증가시킨다.

상술한 바와 같은 강우 모사에 의해 공급된 물에 의해 셀블럭(1100)들이 팽창함과 동시에 하중이 증가하게 되면, 도 12 및 도 13과 같이, 셀블럭적층체(1000)의 특정 부위에서 임계 질량을 초과하며 팽창되어 변형부경계(1410)를 형성하는 변형부(1400)가 발생한다. 상기 변형부(1400)는 산사태 초기 발생 시의 산의 국부지형 변위 모사에 대응되어, 지형별 산사태 발생위치를 예측하여 파악할 수 있도록 한다.

도 14는 낙석사태 모사 실험과정을 나타내는 도면이다.

상술한 셀블럭적층체(1000)는 낙석사태의 모사를 위해 적용될 수 있다. 즉, 도 14와 같이, 일부의 셀블럭이 돌출되도록 셀블럭적층체(1000)를 적층 형성하여 강우 모사를 수행하거나, 플룸(300)의 경사를 가변시키는 것에 의해, 셀블럭(1100)들이 셀블럭연결부(1300)들과 연결이 해제되는 것에 의해 독립 단위의 셀블럭(1100)들이 셀블럭적층체(1000)로부터 이탈하는 경우가 발생하며, 이와 같이, 셀블럭(1100)들이 독립 단위로 셀블럭적층체(1000)로부터 이탈하는 모사를 수행하는 것에 의해 낙석의 발생을 예측할 수 있으며, 낙석사태의 충격량과 피해규모를 산정할 수 있게 된다. 이 과정에서 낙석의 임계질량 설정 또는 충력량이나 피해규모의 산정을 위해서는 상술한 바와 같이, 와이어의 강성과 길이, 또는 자석의 자력 및 돌출 높이가 가변된다.

도 15는 셀블럭 붕괴에 따른 산사태 모사 실험과정을 나타내는 도면이다.

본 발명은 일회의 셀블럭적층체(1000)에 대한 산사태 모사 실험을 수행한 상태에서 다시 셀블럭적층체(1000)를 형성하여 반복적으로 산사태 모사 실험을 수행하는 것에 의해 산사태 퇴적특성(depositional characteristics)에 대한 모사를 수행할 수 있게 된다.

도 15와 같이, 모사 대상지역의 임계질량과 공극률을 가지도록 셀블럭(1100)들의 결합력과 사이 간격을 설정하도록 셀블럭연결부(1300)를 형성하여 셀블럭적층체(1000)를 형성한 후 산사태 모사를 수행하면, 플룸(300) 상에 셀블럭연결부(1300)들이 끊어지지 않고 연결된 상태를 유지하는 셀블럭 그룹들과 셀블럭연결부(1300)가 모두 끊어져 독립적으로 존재하는 셀블럭(1100)들이 위치된다. 그리고 퇴적부(C)에는 플룸(300)을 따라 쏟아진 셀블럭(1100)들이 적층된다.

이 과정에서 셀블럭연결부(1300)들이 끊어지지 않고 연결된 상태를 유지하는 셀블럭 그룹들은 수로 내 잔존하는 퇴적토사(A 또는 B 형태)를 모사한다. 그리고 셀블럭연결부(1300)가 모두 끊어져 독립적으로 존재하는 셀블럭(1100)들은 낙석사태를 모사한다.

이러한 상태에서 산사태발생부(O)에 다시 셀블럭적층체(1000)를 형성한 후 산사태 모사를 수행하게 되면, 모사된 산사태에 의해 플룸(300) 상에 토석류 또는 낙석 상태로 위치되는 셀블럭(1100)들이 수로 내 퇴적된 퇴적토사(A 또는 B)와 함께 휩쓸려 이동되고 최종적으로 퇴적되는 것(퇴적부 C)처럼 산사태에서의 자중증가에 따른 연행작용을 모사할 수 있게 된다.

상술한 도 11 내지 도 15의 산사태 모사 과정은 촬영부(600)에 의해 촬영된 후 분석될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 산사태 모사용 셀블럭과 산사태 모사용 셀블럭을 구비한 산사태 모사 실험장치는, 강우량에 따른 산사태, 토석류사태, 계곡부의 지표변위나 지형형상 변형의 측정을 가능하게 하고, 셀블럭적층체(1000)의 지형 형태에 따른 낙석사태 및 토석류사태의 이동속도 또는 이동량의 모사 실험을 가능하게 하며, 또한 산사태 발생 시의 지형변화를 모사 실험할 수 있도록 하는 것에 의해 지형특성별 낙석사태 또는 토석류사태 등을 포함하는 산사태의 예측을 가능하게 하는 등 산사태 모사 실험의 수행을 현저히 용이하게 수행할 수 있도록 한다.

1: 산사태 모사 실험장치 100: 수평프레임
200: 수직프레임 300: 플룸
310: 게이트 330: 물침투부
400: 강우발생부 500: 물공급펌프
600: 촬영부 800: 수압계
900: 로드셀 1000: 셀블럭적층체
1100: 셀블럭 1102: 외부투습필터부
1103: 구멍 1200: 토양부
1210:팽창부 1215 투습부
1230: 하중부 1232: 하중부투습필터부
1233: 자갈 1235: 모래
1237: 점토(벤토나이트) 1300: 셀블럭연결부
1310: 와이어연결부 1311: 와이어
1312: 와이어홀딩부 1330: 자석연결부
1331: 자석 1332: 자석홀딩부
1400: 변형부 1410: 변형부경계

Claims (12)

1. 셀블럭 내부에 점토에서 모래, 자갈크기 입자까지 다양한 입경을 가진 토사가 혼합되어 생성되는 육면체의 토양부; 및
   상기 토양부로 물을 침투시키고, 토양부로부터의 물을 배출시키는 양방향 투수 또는 흡수된 물 배출을 막는 일 방향 투습특성 중 하나의 특성을 가지도록 상기 토양부의 외측면을 감싸는 외부투습필터부;를 포함하여,
   적층되는 것에 의해 산사태 모사를 위한 셀블럭적층체를 형성하도록 구성되고,
   상기 토양부는,
   육면체 외형을 형성하고 물을 흡수하는 경우 팽창하는 특성을 가지며 사면붕괴 또는 토석류 연행효과 중 하나 이상의 모사를 수행하는 팽창부;
   상기 팽창부의 내부에 위치하여 셀블럭에 하중을 부여하는 하중부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산사태 모사용 셀블럭.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 외부투습필터부는,
   상기 토양부로 물 침투속도를 높이기 위한 다수의 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 산사태 모사용 셀블럭.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 하중부는,
   점토에서 모래까지의 입경 범위를 가지고 혼합된 토사에 자갈을 혼합시키고, 외부에는 상기 물을 내부로 유입시키나 외부로 유출되지 않는 일 방향 투습특성의 하중부투습필터부가 감싸는 구조인 것을 특징으로 하는 산사태 모사용 셀블럭.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 팽창부는,
   표면층에 염화나트륨(NaCl)과 벤토나이트의 혼합물로 구성된 다수의 투습부;가 형성되는 것을 특징으로 하는 산사태 모사용 셀블럭.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 셀블럭은,
   임계질량 조절을 위하여 셀블럭연결부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산사태 모사용 셀블럭.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 셀블럭연결부는,
   상기 셀블럭의 각각의 측면에 형성되는 와이어홀딩부; 및
   서로 다른 셀블럭들의 와이어홀딩부의 양단부 각각이 결합되어 인접된 셀블럭들을 연결하고, 강성의 조절에 의해 사면붕괴를 유발시킬 수 있으며, 이로 인해 낙석, 토석사태 또는 토석류사태 모사를 위한 임계질량의 조절을 수행하며, 길이조절을 통하여 셀블럭과 셀블럭 간의 간격을 임의로 조절이 가능한 와이어;를 포함하여,
   상기 셀블럭의 각각의 면에 하나 이상이 형성되는 와이어연결부;인 것을 특징으로 하는 산사태 모사용 셀블럭.
   
8. 청구항 6에 있어서, 상기 셀블럭연결부는
   상기 셀블럭의 각각의 측면에 형성되는 자석홀딩부; 및
   낙석사태 또는 토석류사태의 발생 시점 모사를 위한 기 설정된 임계질량에 따른 자력과, 기 설정된 공극률의 조절을 위한 돌출높이를 가지고 상기 자석홀딩부에 결합되는 자석;을 포함하여,
   상기 셀블럭의 각각의 면에 하나 이상이 형성되는 자석연결부;인 것을 특징으로 하는 산사태 모사용 셀블럭.
   
9. 일정 경사 또는 다양한 경사구배를 가지고 설치되는 플룸(flume);
   육면체로 형성된 토양부의 외부가 외부투습필터부에 의해 감싸여져 구성되는 셀블럭들이 적층되어 상기 플룸의 산사태 발생부에 위치되는 셀블럭적층체;
   상기 셀블럭적층체에 물을 공급하여 강우를 모사하는 강우발생부; 및
   상기 강우발생부로 물을 공급하는 물공급펌프;를 포함하고,
   상기 셀블럭은,
   산사태 시의 임계질량과 공극률 또는 함수비 중 하나 이상의 조건을 조절하기 위해 셀블럭 사이의 결합력과 셀블럭 사이의 결합 간격을 조절할 수 있도록, 상기 셀블럭의 각각의 측면에 하나 이상이 형성되는 셀블럭연결부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산사태 모사용 셀블럭을 이용한 산사태 모사 실험장치.
   
10. 삭제
11. 청구항 9에 있어서, 상기 셀블럭은,
    점토와 모래의 혼합토에 자갈을 추가로 혼합시키거나 또는 단일 토양재료를 사용하여 셀블럭 내부를 채우고, 외부면이 하중부투습필터부로 감싸여진 후 상기 토양부의 내부에 위치되는 하중부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산사태 모사용 셀블럭을 이용한 산사태 모사 실험장치.
    
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 플룸 상에서의 상기 셀블럭적층체에 의한 산사태 모사를 촬영하는 촬영부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산사태 모사용 셀블럭을 이용한 산사태 모사 실험장치.

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