호안석 간극과 토사유실방지재에 따른 토사유실 특성에 관한 실험적 연구 = An experimental study on the characteristics of soil loss depending upon the void ratio among revetment ripraps and the soil constraints in river

국문 초록 (Abstract)

국문초록

호안석 간극과 토사유실방지재에 따른 토사유실 특성에 관한 실험적 연구

최근 이상기후에 따른 재해로 피해가 증가하여 하천에서 치수안정성이 강조되는 한편 국민소득 증가의 영향으로 환경에 대한 중요성이 강조되는 등 하천에서 안정성 제고와 하천환경 보전 및 개선의 필요성이 동시에 요구되고 있다. 이에 따라 하천 호안 공법개발도 호안사면의 안정성 확보를 바탕으로 식생활착을 통해 하천 생태계를 회복시키는 방향으로 전개되고 있다. 식생 활착을 위해서는 호안사면에 복토가 필수이나, 초기 식생활착이 이루어지기까지는 복토된 흙의 유실이 빈번하여 많은 시간적 물질적 낭비가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 호안에 식생활착을 위한 복토의 유실을 막아 친환경 호안사면이 되도록 하고, 또한 식생활착의 조기 안정을 도모할 수 있도록 호안석 간극과 토사유실방지재에 따른 토사유실 특성을 실험적으로 연구하여, 현장에 적용할 수 있는 기준을 마련하는 것에 목적이 있다.
이를 위하여 먼저 경기도 용인시에 위치한 손곡천 호안에 설치된 스톤매트리스의 복토의 유실에 대한 원인을 규명하였다. 이를 토대로 토사유실을 방지하기 위한 토사유실방지재를 개발하였으며, 이의 효과를 확인하기 위해 수리모형실험을 실시하였다. 토사유실률 산정을 위해 실시한 실험에서 호안석 간극 비율에 따른 토사유실률과 다양한 하천 경사도에 따른 토사유실률에 중점을 두고 비교 분석하였다. 여기서 두 가지 조건의 호안사면경사에서 토사유실방지재의 설치 유무에 따른 효과도 분석하였다.
연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 우선 실제 하천에서 대부분인 직경 20 cm의 호안석 간극의 넓이를 바탕으로 하상경사 및 유속 변화에 따른 최소한의 토사유실심도와 호안석 설치 간극에 대해 검토하였다. 즉, 다양한 하상경사에서 호안석 간극의 넓이에 따라 최소한의 호안석 간극의 깊이를 설정할 수 있는 식을 개발하였으며, 실제 하천 공사설계시 반영할 수 있도록 염두에 두었다. 또한 토사유실방지재는 40 % 정도의 토사유실 저감효과를 발휘하는 것으로 확인되었다. 아울러 현장에 기설치된 호안석의 간극에 복토된 토사를 보존하고, 호안석 간극에 복토한 토사가 유실된 경우에 간단하게 보강만 하고, 추가적인 전면 보수공사를 하지 않아도 되는 방법도 유효함을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

ABSTRACT

An Experimental Study on the Characteristics of Soil Loss depending upon the Void Ratio among Revetment Ripraps and the Soil Constraints in River

Lee, Yonghun
Department of Civil, Environmental Engineering, Incheon National University
Incheon National University

Recently, due to the disaster caused by extreme weather events, the damage has increased and the dimensional stability of the river has been emphasized. Meanwhile, the importance of the environment has been emphasized due to the development of human life, as well as the need for the improvement of the stability in the river and the maintenance and improvement of the river environment are simultaneously required . Therefore, the development of the river protection technologies has been developed in order to restore the river ecosystem. In order to meet the requirement of stability of ecosystem and structural strength, it is necessary to cover the surface of the lake with the natural friendly material. However, it takes for a while to stabilize the natural friendly bank structures by the vegetation and it is hard to protect the bank.
In this study, the experimental study was established for investigation of the characteristics of soil loss by the interstice gap and soil erosion prevention material so as to make eco - It is aimed to establish a standard that can be applied in the field.
For this purpose, the cause of the loss of the soil of the stone mattress installed in the Sonok Gwacheon, Yongin - si, Gyeonggi - do was investigated. Based on the results, we developed a soil - losing material to prevent the loss of soil. In the experiments conducted to estimate the soil loss rate, the soil loss rate and the soil loss rate according to various river slopes were compared and analyzed. In this study, we analyzed the effects of the soil erosion prevention material on the inclination of the arc surface of two conditions.
The results of the study are summarized as follows. First, based on the width of a 20 cm diameter interstice gap, which is the most common in the actual stream, the minimum depth of soil loss and the gap between the seawall according to the slope and flow velocity changes were examined. In other words, we have developed a formula that can set the minimum depth of revetment gap according to the width of revetment gap in various river slopes. In addition, it was confirmed that the soil ash loss prevention material exerts the effect of reducing the soil ash loss by about 40%. In addition, it was confirmed that it is also effective to save the buried soil in the gap between the revetment bases installed on the site, to simply reinforce the buried soil in the revetment gap, and to avoid the need for additional repair work.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 국문초록 i
• 목 차 iii
• 표 목 차 vi
• 그림목차 x
• 제 1 장 서 론
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 범위 및 내용 3
• 1.3 연구 동향 4
• 1.3.1 안정성과 자연성 회복을 위한 호안의 설치 및 효과 4
• 1.3.2 호안석 간극 내 복토에 따른 식생활착 환경 5
• 1.3.3 호안 내 토사유실과 토사유실방지재의 활용 6
• 제 2 장 이론적 배경
• 2.1 하천에서의 토사의 이동 8
• 2.2 하천 호안의 설치와 안정성 강화 12
• 2.3 하천 호안의 설치와 자연성 회복 16
• 2.4 호안의 역학적 안정성 및 자연성 강화를 위한 호안공법의 선정 17
• 제 3 장 실험장치의 제작 및 설치
• 3.1 실험하천의 선정 19
• 3.2 실험장치의 축척 결정 22
• 3.2.1 토사유실 검토를 위한 수리학적 상사 22
• 3.2.2 호안석 간극 모형실험장치의 축척 25
• 3.2.3 토사유실방지재 모형실험을 위한 축척 25
• 3.3 개수로 실험장치 및 측정장비 선정 27
• 3.3.1 개수로 실험장치 27
• 3.3.2 유량공급 및 수위조절 장치 30
• 3.3.3 수리 조건 및 하상 측정장비 30
• 3.4 실험장치의 제작 및 설치 34
• 3.4.1 개수로 내 하상경사 변화를 위한 실험장치 34
• 3.4.2 호안석 간극 실험장치 39
• 3.4.3 하천 호안사면 실험모형 41
• 3.5 실험 토사의 선정 47
• 제 4 장 토사유실률 산정 실험
• 4.1 토사유실률 실험 개요 50
• 4.1.1 호안석 간극 실험 개요 50
• 4.1.2 토사유실방지재에 따른 효과 분석 실험 개요 52
• 4.2 통수시간의 결정을 위한 토사유실 실험 53
• 4.2.1 호안석 간극 실험의 통수시간 결정 53
• 4.2.2 토사유실방지재 실험의 통수시간 결정 55
• 4.3 호안석 간극에 따른 토사유실 깊이 실험 결과 56
• 4.3.1 평형 하상경사에서 토사유실 실험 57
• 4.3.2 0.0233 하상경사에서 토사유실 실험 58
• 4.3.3 0.0466 하상경사에서 토사유실 실험 59
• 4.3.4 0.0933 하상경사에서 토사유실 실험 60
• 4.3.5 실험결과의 비교 및 분석 61
• 4.4 1:2 호안사면경사에서 호안석 간극률에 따른 토사유실률 실험 63
• 4.4.1 20 % 간극률 조건에서 토사유실 실험 63
• 4.4.2 40 % 간극률 조건에서 토사유실 실험 70
• 4.4.3 60 % 간극률 조건에서 토사유실 실험 76
• 4.4.4 실험결과의 비교 및 분석 83
• 4.5 1:3 호안사면경사에서 호안석 간극률에 따른 토사유실률 실험 90
• 4.5.1 20 % 간극률 조건에서 토사유실 실험 90
• 4.5.2 40 % 간극률 조건에서 토사유실 실험 97
• 4.5.3 60 % 간극률 조건에서 토사유실 실험 104
• 4.5.4 실험결과의 비교 및 분석 110
• 4.6 토사유실방지재에 따른 토사유실 저감 효과 분석 117
• 제 5 장 호안석 간극 및 토사유실방지재에 따른 효과 분석
• 5.1 호안석 간극에 따른 토사유실 효과 분석 125
• 5.1.1 호안석 간극의 표준직경(20 cm) 내 Fr 수에 따른 토사유실 125
• 5.1.2 호안석 간극 직경 변화에 따른 토사유실 변화 128
• 5.2 토사유실방지재 실험을 위한 호안석 간극률 및 유실심도 산정 132
• 5.2.1 호안석 간극토사체적비 산출 132
• 5.2.2 토사 간극 직경 산출 135
• 5.2.3 토사유실심도 산정 138
• 5.2.4 간극의 직경과 토양심도에 관한 무차원 계수 산정 140
• 5.3 토사유실방지재 효과 분석 141
• 5.3.1 민감도 분석을 위한 회귀분석 방법 선정 141
• 5.3.2 회귀분석을 통한 민감도 분석 142
• 제 6 장 결 론
• 6.1 결론 151
• 6.2 향후 연구 방향 153
• 참고문헌 154
• ABSTRACT 159
• 감사의 글 161

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