• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2007.11a
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• pp.29-29
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• 2007

본 연구에서는 분산강화 스테인리스강을 이용하여 케비테이션 발생 시 고체입자충격에 의한 재료의 침식메커니즘 및 침식저항성을 고찰하고자 하였다. 케비테이션 시간에 따른 침식저항성 측정결과, 기존재료에 비해 분산강화된 시편의 무게손실량이 낮았으며 침식잠복기가 짧고 침식속도가 낮아 전반적으로 우수한 저항성을 보였다. 이것은 침식표면의 손상메커니즘 관찰을 통해 확인할 수 있었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.35 no.10
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• pp.1105-1110
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• 2011

Flow-accelerated corrosion (FAC) is a well-known phenomenon that may occur in piping and components. Most nuclear power plants have carbon-steel-pipe wall-thinning management programs in place to control FAC. However, various other erosion mechanisms may also occur in carbon-steel piping. The most common forms of erosion encountered (cavitation, flashing, Liquid Droplet Impingement Erosion (LDIE), and Solid Particle Erosion (SPE)), have caused wall thinning, leaks, and ruptures, and have resulted in unplanned shutdowns in utilities. In particular, the damage caused by LDIE is difficult to predict, and there has been no effort to protect piping from erosive damage. This paper presents an evaluation method for LDIE. It also includes the calculation results from prediction models, a review of the experimental results, and a comparison between the UT data in the damaged components and the results of the calculations and experiments.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.655-659
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• 2008

본 연구에서는 3차원 수치모의를 통하여 횡방향 하상형상 및 격자형 이차흐름 구조의 생성 메커니즘을 분석하였다. 이를 위해 곡선좌표계에서의 지배방정식을 구성하고, 난류 폐합을 위해 Speziale(1987)가 제안한 비등방성 k-$\varepsilon$모형을 이용하였다. 또한 Exner 방정식을 이용하여 시간에 따른 하상변동을 예측하였다. 그 결과 바닥과 측벽 사이에서 발생되는 바닥 이차흐름의 하향류에 의해 측벽 부근부터 하상이 침식되고, 침식된 유사량은 이차흐름의 횡방향 유속에 의해 이동되어 퇴적되어, 결국 횡방향으로 연속적인 언덕 및 저면과 같인 하상형상이 생성되는 것으로 나타났다. 또한 시간에 따른 이차흐름 및 바닥 전단력, 하상고의 변화에 대해 살펴보았다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.199-199
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• 2022

선행 연구들을 통해 미세지형이 유역에서의 유사 유출량에 영향을 끼침을 알 수 있다. 그러나 여전히 유사-유출에 대한 미세지형의 영향이 불분명하여 유역 내 토양 침식 과정에서 미세지형적 거칠기를 고려할 때 혼란이 야기될 수 있다. 따라서, 유사유출량과 토양침식량에 대한 보다 정확한 예측 및 산정을 위해 미세지형이 토양 침식에 미치는 영향을 명확하게 하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 Hairsine-Rose 침식 모형과 동역학파(Dynamic wave) 모형을 사용하여 강우-유출에 따른 미세지형의 유사-유출 과정을 수치적으로 모의하였다. 모의 결과에 따르면, 미세지형은 동일 강우 및 유출 조건에서도 유역 내 유사 유출량을 변화시켰다. 또한, 본 연구의 모의조건 하에서 지반이 비교적 미세토사로 구성된 경우 미세지형이 거칠수록 침식률이 증가하는 반면 지반의 토사가 대부분 굵은 입경을 가질 때는 매끄러운 지형보다 거친 미세지형에서 토양 침식률이 감소함을 확인하였다. 따라서, 지형의 미세지형 변동 정도와 토양침식률 사이에 비례 또는 반비례 관계가 형성됨을 보이고, 이러한 관계를 형성하는 과정에 입경 분포가 미치는 영향을 제시하였다. 마지막으로, 본 연구 결과를 통해 장갑화(armoring) 과정이 입경 분포뿐만 아니라 미세지형의 거칠기에 따라 유역별로 다르게 나타나는 것을 확인하였다. 따라서 유사-유출에 대한 미세지형의 영향을 적절하게 고려하기 위해 부상(Pick-up), 이류 및 퇴적 등 입경 별 퇴적물 이동이 다중 물리적으로 고려되어야 한다는 점을 강조한다. 본 연구를 통해 지표면의 미세지형적 거칠기 및 토양 입경에 대한 정확한 정보가 필요함을 알 수 있으며, 이를 충분히 고려한다면 강우 유출에 의한 토양 침식 메커니즘에 대한 이해도와 토양침식량에 대한 정량적 예측의 정확도가 향상될 것으로 예상된다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.16 no.2
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• pp.1500-1506
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• 2015

The headcut erosion at the confluence section of a mainstream and tributary can migrate up the tributary streams, and rapid degradation can threaten the stability of hydraulic structures installed in the channel. Therefore, quantitative analysis for the development and mechanism of headcut erosion is needed to prevent damage due to the headcut. In this study, hydraulic experiments for headcut erosion in the channel with noncohesive materials were performed and the knickpoint movement and final bed slope change were analyzed based on the different hydraulic conditions. As a result, the knickpoint movement was 1.5 times faster when the difference in velocity between the upstream and downstream sections was 2.5 times greater and the central part of the cross-section was eroded and collapsed earlier than the left and right sides. The movement length of headcut erosion was longer and the final bed slope was milder as the velocity difference between the upstream and downstream sections was increased. This study showed that a correlation between the knickpoint movement and bed slope change by headcut erosion and the water level difference of upstream and downstream sections was not constant compared to the velocity difference.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.24 no.5
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• pp.366-371
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• 2012

High swell has been known for the one of the main causes of beach erosion in the east coast of Korea. In this study, coastal topography changes due to high swells are simulated to find its effect on the backshore by using movable bed experiments and numerical experiments. Sea bottom topographical changes due to various incident waves were investigated using CSHORE model in the numerical experiments. Furthermore, the mechanism and the phenomena of beach erosion due to waves and high swells on the foreshore and backshore were analyzed and compared with movable bed hydraulic experiments.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.294-294
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• 2020

연안표사는 해안의 정선이 후퇴해 침식이 심각해지는 한편, 항만·어항에서는 토사가 퇴적되어 선박이나 어선의 항로나 정박지 매몰로 선박의 항행 및 어업 활동에 지장을 초래하며 하천 하구부에서는 하구 폐쇄로 치수상의 문제점 등이 발생한다. 항만과 어항 관리자는 항로나 정박지의 매몰 대책에 대한 검토와 해안 관리자는 해안 보전 대책에 초점을 맞춰 제각기 목적을 위한 대책 검토를 수행하고 있다. 이처럼 매년 적지 않은 비용이 소요됨에도 불구하고 뚜렷하고 효과적인 대책 없이 연안에 인위적인 변화를 발생시켜 어디에선 모래가 퇴적되고 그 영향에 따라 또 다른 곳에서는 침식되는 악순환이 반복되고 있다. 연안침식 방지를 위한 대책을 구축하기 위해서는 어느 한 곳에 중점적인 대책이 아닌 표사계 전체의 관점에서 상호 간의 간섭 효과를 고려한 통합적인 관점으로부터 대책을 강구해야 할 것이다. 연안지역에서의 표사수지는 산지, 댐, 하천, 해안 등 각각의 영역으로부터 유입 및 유출에 따라 안정된 해안이 조성된다. 하지만 환경적 및 인위적 변화에 따라 안정된 표사수지는 파괴되며 이 영향에 따라 표사의 이동이 발생한다. 지금까지의 토사관리는 각각의 영역에서 재해저감 및 토사관리를 위한 여러 대책의 효과가 나타나고 있으나 통합적인 토사관리에 있어 상호간의 피드백이 단절되어 연안역에서 발생하는 침식에 대한 정확한 원인 규명에 많은 어려움과 문제점이 발생하고 있다. 이처럼 통합적인 연안침식 관리를 위해서는 연안역으로 유입되는 토사의 이동 메커니즘 규명이 매우 중요하며 이를 바탕으로 정확한 유사량 산정을 통해 적절한 대책을 마련할 수 있다. 또한, 지역적 특징이 강한 우리나라에서는 통합적인 연안관리를 위한 구체적인 방안 검토가 이루어지고 있지 않지만, 일본에서는 지속적인 관측과 모니터링 조사를 통해 체계적인 관리를 수행하고 있다. 따라서 본 연구에서는 일본에서 진행 중인 통합적인 토사관리 가이드라인에 따른 토사관리의 구체적인 방법과 그에 따른 정선변화 및 표수사지 체계를 산정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.251-251
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• 2021

최근 기후변화로 인한 집중호우의 영향으로 홍수 시 댐으로의 유입량이 설계 당시보다 증가하여 댐의 안전성 확보가 필요하다(감사원, 2003). 이에 건설교통부(2003)는 기후변화와 댐 노후화에 대비하여 치수능력증대사업을 추진하여 댐의 홍수배제능력을 확보하였고, 환경부(2020)에서는 40년 이상 경과된 댐을 대상으로 스마트 안전관리체계 구축을 통한 선제적 보수보강, 성능개선 및 자산관리로 댐의 장수명화를 목적으로 댐의 국가안전대진단을 추진하고 있다. 이에 본 연구에서는 댐 시설(여수로)의 노후도 평가 시 활용 될 수 있는 여수로 표면손상 원인규명에 대하여 3차원 수치모형(FLOW-3D 및 COMSOL Multiphysics)을 통해 검토하고자 한다. 연구대상 댐은 𐩒𐩒댐으로 지형 및 여수로를 구축하였으며, 계획방류량(200년 빈도) 및 최대방류량(PMF) 조건에서 모의를 수행하였다. 수치모의 계산의 정확도 검토를 위하여 Baffle의 설치를 통하여 시간에 따른 유량의 변화를 설계 값과 비교하였고 오차가 1.0% 이내를 만족하는 것을 확인하였다. 여수로 표면손상의 다양한 원인 중 기존연구(USBR, 2019)를 통하여 공동침식(Cavitation Erosion) 및 수력잭킹(Hydraulic Jacking)에 초점을 두었으며 방류조건 별 공동지수(Cavitation Index)산정을 통하여 공동침식 위험 구간을 확인하였다. 이음부의 균열 및 공동으로 인한 표층부 콘크리트의 탈락현상을 가속화시키는 수력잭킹 검토를 위하여 국부모형을 구축하였고 음압력(Negative Pressure), 정체압력(Stagnation Pressure), 양압력(Uplift Pressure)의 분포를 확인하였다. 최종적으로 COMSOL Multiphysics를 통하여 압력분포에 따른 구조해석을 수행하여 폰 미세스(Von Mises) 등가응력 및 변위를 검토하여 콘크리트의 탈락가능성을 확인하였다. 본 연구는 여수로 공동부 및 균열부에서의 손상메커니즘을 확인할 수 있는 기초적인 연구이지만 향후에는 다양한 지형조건 및 흐름조건에서의 압력분포 분석 및 유체-구조물 상호작용(Fluid-Structure Interaction, FSI)모의를 수행한다면 구조물 노후도 및 잔존수명 평가에 필요한 손상한계함수 도출이 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.229-229
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• 2021

최근 이상기상으로 국지성 집중호우가 빈번하게 발생함에 따라 토사유출에 의해 피해가 증가하고 있다. 급경사 사면을 갖는 교란산지와 개발지의 경사면은 토양침식 위험에 노출되어 있다. 특히 지표유출수의 집중흐름에 의한 세류발달은 세류간침식에 비해 많은 토양침식과 토사유출을 발생시킨다. 이러한 급경사 사면에서의 세류발달에 대한 수리학적 메터니즘과 한계조건을 파악하고자 강우와 유입수 모의를 통한 토양침식 실험을 수행하였다. 강우와 유입수의 상호작용에 의한 세류발달의 특성과 토사유출량 증가를 파악하고자, 강우량의 증가와 유입수 유무에 따른 실험이 이루어졌다. 강우강도의 범위는 100~140mm/hr이고, 유입수는 170ml/s 이였다. 유입수량은 합리식으로 계산하였으며, 토양상자 상단에서 균등분사식으로 유입되었다. 세류발달의 수리학적 특성치를 취득하기 파악하기 위해, 염료주입 지표수 거동에 대한 동영상을 판독하였다. 세류발달은 유입수가 없는 경우 3분 이내 그리고 유입수가 있는 경우 30초 이내에 발생하였다. 토양상자내의 평균 유속범위는 7.83~29.27 cm/s 이였다. 실험에서 발달된 세류는 15분경과 후부터 평형상태를 유지하였다. 경사실험조건별로 세류 차수분석을 위해 각 세류의 최대길이, 폭, 넓이를 측정한 결과 세류의 차수는 강우만 있는 경우 1~2차로 발달하였으며, 유입수가 있을 때는 2~3차로 발달하였다. 지표유출이 증가하면서 세류발달의 개수는 줄었지만 규모는 더 크게 나타났다. 세류가 발달하는 시점의 한계유속은 10~20cm/s 범위인 것으로 파악되었다. 지표유출이 증가하면서 세류의 발달도 더 심화되지만, 동일한 강우에 일정시간동안 노출되면서 세류는 평형상태가 되어 더 이상 침식이 활발하게 진행되지는 않았다. 유입수가 있는 조건에서 수량은 약 2배가 증가하였지만, 토사유출량은 세류확장에 의해 약 4배가 증가하는 것으로 나타났다.

• Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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• v.20 no.2
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• pp.235-253
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• 2018

Groundwater flow induced by cracks in a buried pipe causes ground loss in the vicinity of it which can lead to underground cavities and sinkhole problems. In this study, the ground collapse mechanism and the failure mode based on an aperture in the pipe located in cohesionless ground were investigated through a series of physical model studies. As the influence parameters, size of the crack, flow velocity in the pipe, groundwater level, ground cover depth and ground composition were adopted in order to examine how each of the parameters affected the behavior of the ground collapse. Influence of every experimental condition was evaluated by the final shape of ground failure (failure mode) and the amount of ground loss. According to the results, the failure mode appeared to be a 'Y' shape which featured a discontinuous change of the angle of erosion when a groundwater level was equal to the height of the ground depth. While in the case of a water table getting higher than the level of ground cover depth, the shape of the failure mode turned to be a 'V' shape that had a constant erosion angle. As the height of the ground depth increased, it was revealed that a mechanism where a vertically collapsed area which consisted of a width proportional to the ground height and a constant length occurred was repeated.