KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research (대한토목학회논문집)

Korean Society of Civil Engeneers (대한토목학회)
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Detecting Backward Erosion Piping Using a Tracer

추적자를 이용한 후퇴 침식 파이핑 현상 탐지법 개발 연구

  • 정원 (서울대학교 건설환경공학부) ;
  • 김병욱 (서울대학교 건설환경공학부) ;
  • 서일원 (서울대학교 건설환경공학부, 서울대학교 건설환경종합연구소) ;
  • 박용성 (서울대학교 건설환경공학부, 서울대학교 건설환경종합연구소)
  • Received : 2022.11.18
  • Accepted : 2022.12.27
  • Published : 2023.02.01
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Abstract

Internal erosion is one of the main causes of levee damage and collapse, and representative of this is backward erosion piping. This type of internal erosion accounts for one-third of the damage to levees, meaning it is important to predict and prevent it. In this work, experiments were conducted with the aim of detecting piping in advance by using a tracer. Experiments were undertaken by changing the head difference, soil diameter, and the installation of the cutoff wall. A tracer was injected twice, once at the beginning of the experiment and once after the piping occurred. A key finding was that the piping process significantly affectedthe concentration variation of the tracer in a soil layer. Hence, a tracer concentration curve monitored at downstream could provide information about piping occurrence. It is expected that the results of this study can be used to prevent levee damage and collapse caused by piping.

내부 침식은 제방 손상 및 붕괴의 주요 원인 중 하나이며, 그 대표적인 유형으로 후퇴 침식 파이핑을 들 수 있다. 후퇴 침식 파이핑은 내부 침식 관련 제방 손상의 약 1/3 정도를 차지하며이를 예측하고 예방하는 것은 제방의 안전성 유지를 위해 중요하다. 본 연구에서는 추적자를 이용해 파이핑 현상을 예측하여 사전에 예방하는 것을 목적으로 실험을 실시하였다. 실험은 상류측과 하류측의 수두차, 유사의 크기, 차수벽의 유무 세 가지 조건을 변경하여 진행하였다. 추적자인 로다민은 실험을 시작할 때와 파이핑이 발생했다면 발생한 직후, 총 두 번 주입하였다. 실험을 진행하는 동안 파이핑 형성 과정을 영상으로 기록하였고 추적자의 농도와 유출구에서의 유량의 시계열을 측정하였다. 실험을 통해 본 연구에서는 유사의 종류에 따라 파이핑이 발생하는 수두차가 다르며 수두차가 클수록 파이핑이 쉽게 발생한다는 점을 관찰하였다. 또한 파이핑이 발생한 시점 직후에 추적자의 농도가 급격하게 증가하는 그래프의 양상을 확인했고 이를 통해 추적자의 농도 시계열 자료를 획득함으로써 파이핑의 발생 유무를 발견할 수 있다는 점을 확인하였다. 파이핑으로 인한 제방 손상 및 붕괴를 예방하는 데 있어서 본 연구의 활용도가 높으리라 기대된다.

Keywords

Acknowledgement

이 논문은 국토교통부의 스마트시티 혁신인재육성사업으로 지원되었습니다. 한국수자원공사 "수중구조물 안전성 조사기법 및 현장검증 연구(C5202114851)"의 지원으로 수행되었으며 서울대학교 공학연구원 및 건설환경종합연구소의 지원에도 감사드립니다. 본 논문은 2022 CONVENTION 논문을 수정·보완하여 작성되었습니다.

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