2.1 실험 재료

2.2 배합 및 제조

2.3 실험방법

3.1 공극률 및 압축강도 시험 결과

제조된 다공성콘크리트블록을 100×100×100 mm 사이즈 로 절단한 뒤 총 35회의 압축강도 및 실측공극률시험을 실시 하였으며, 실험 결과는 다음 Fig. 5와 같다.

이를 고찰하여 보면 압축강도 16.6~23.2 MPa의 범위가 나 타났으며 평균 19.5 MPa로 측정되었다. 실측공극률은 8.1~ 11.9% 범위를 나타내 평균 약 10.1%의 공극률을 나타내었다. 목표공극률을 10%로 설정한 것과 비교하면 실측공극률과 목표공극률이 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 한국콘크 리트공업협동조합연합회의 콘크리트 호안 및 옹벽 블록의 기준을 보면 다공성 블록의 경우 압축강도를 시료의 크기에 따라 13~16 MPa 이상으로 규정하고 있으므로 16.6~23.2 MPa 의 범위 강도는 호안블록으로 적용하기 적절한 것으로 판단 하였다.

3.2 소류력 시험 결과

다공성콘크리트 호안블록의 소류력 시험결과를 Fig. 6~8, Fig. 10, 12, 13 및 Table 4에 나타내었다. Fig. 7, 9, 11

실험결과를 살펴보면 실험 Case 1의 유입 유량은 유입수조 의 수위를 이용하여 산출한 결과 0.598 m³/s 으로 측정되었으며 유속은 좌안에서는 2.281 m/s, 중앙에서는 2.287 m/s, 우안에서 는 2.393 m/s가 측정되어 측정위치에 따라 유속이 0.006~0.112 m/s 가량 차이를 보였다. 실험 Case 2의 유입 유량은 유입수조 의 수위를 이용하여 산출한 결과 1.194 m³/s 으로 측정되었으며 유속은 좌안에서는 2.818 m/s, 중앙에서는 2.580 m/s, 우안에서 는 2.807 m/s가 측정되어 측정위치에 따라 유속이 0.011~0.238 m/s 가량 차이를 보였다. 실험 Case 3의 유입 유량은 유입수조 의 수위를 이용하여 산출한 결과 2.086 m³/s 으로 측정되었으 며 유속은 좌안에서는 3.439 m/s, 중앙에서는 3.306 m/s, 우안 에서는 3.350 m/s가 측정되어 측정위치에 따라 유속이 0.089~ 0.133 m/s 가량 차이를 보였다. 실험 Case 4의 유입 유량은 유 입수조의 수위를 이용하여 산출한 결과 2.871 m³/s 으로 측정 되었으며 유속은 좌안에서는 3.779 m/s, 중앙에서는 3.802 m/s, 우안에서는 3.668 m/s가 측정되어 측정위치에 따라 유속 이 0.023~0.134 m/s 가량 차이를 보였다. 실험 Case 5의 유입 유량은 유입수조의 수위를 이용하여 산출한 결과 3.259 m³/s 으로 측정되었으며 유속은 좌안에서는 3.860 m/s, 중앙에서 는 3.886 m/s, 우안에서는 3.747 m/s가 측정되어 측정위치에 따라 유속이 0.026~0.139 m/s 가량 차이를 보였다. 실험 Case 6의 유입 유량은 유입수조의 수위를 이용하여 산출한 결과 4.534 m³/s 으로 측정되었으며 유속은 좌안에서는 3.898 m/s, 중앙에서는 3.861 m/s, 우안에서는 3.869 m/s가 측정되어 측정 위치에 따라 유속이 0.029~0.037 m/s 가량 차이를 보였다. 실 험 Case 7의 유입 유량은 유입수조의 수위를 이용하여 산출한 결과 5.916 m³/s 으로 측정되었으며 유속은 좌안에서는 4.257 m/s, 중앙에서는 4.303 m/s, 우안에서는 4.177 m/s가 측정되어 측정위치에 따라 유속이 0.046~0.126 m/s 가량 차이를 보였다.

이와 같이 유량 및 유속의 측정결과를 살펴보면, 유입수조 에서 측정된 유량과 블록에서의 유속 및 수심을 고려한 유량 의 차이가 발생하였다. 이는 다공성콘크리트 호안블록 사이 로 흐르는 유량으로 인해 기인한 것으로 판단된다.

또한 수심의 경우 Fig. 3을 참고하여 보면 H1~H4 위치의 경우 측정위치에 따라 H2에서 수심이 미미하게 감소하고, H3 에서 수심의 다소 증가하며 H4지점에서 수심이 다소 감소하 는 경향을 나타내었다. 이는 블록의 접촉전 위치인 H1에서보 다 블록의 시점위치인 H2에서 블록간의 사이 간격으로 인하 여 수심의 미미하게 감소하였고, 설치구간 10m에서 유수가 흐름에 따라 블록 상면의 요철모양으로 인해 와류가 발생하 여 블록의 종점위치인 H3위치에서는 유속이 감소하면서 수 위가 증가한 것으로 사료된다.

한편, 호안의 수리적 안정성을 위해서는 시공된 호안이 하 천에서 발생하는 소류력 이상의 안정성을 충분히 확보하여야 한다. 소류력이란 물과 접촉하는 윤변에서 흐름에 의해 발생 하는 힘, 즉 사면에서 발생하는 전단응력을 뜻한다.

따라서 소류력은 호안의 수리적 안정성 확보에 가장 중요 한 평가 기준이 되며, ASTM 에 의하면 호안의 소류력은 다음 식 (2)에 의해 계산한다(^{ASTM, 2008}).

식 (2)와 같이 소류력은 물의 단위중량(9,810 N/m²)과 하상 에서의 연직방향 수심 그리고 마찰경사의 곱으로 계산된다. 마 찰경사 계산식 (3)은 2개 이상의 측점에서의 자료를 바탕으로 하여 계산되며, 임의의 조도계수를 가정하여 식 (3)과 (4)의 반 복계산을 통하여 식 (5)와 같이 목적함수(objective function, ξ) 가 최소가 되는 값으로 조도계수를 결정한다.

식 (2) ~ (5)를 이용하여 각 실험 Case 별로 목적함수가 최소 가 되는 조도계수를 산정하여 다음 Fig. 9에 나타내었다.

각 실험 Case 1~7까지의 결과에서 조도계수(n)는 0.011~ 0.014가 측정되었다. 기존 연구된 실규모 실험을 통한 식생호 안블록(^{Lee et al., 2012})의 조도계수는 0.020~0.022가 측정되 었다고 보고되었고, 식생매트(^{Lee et al., 2012}; ^{Rhartia et al., 2002}; ^{Kim et al., 2011})의 경우 0.014~0.018 사이의 값이 측정 되었다고 보고된 결과와 비교하여 보면 다소 낮은 조도계수 가 측정되었다. 이는 본 실험의 경우 Case 1~7번까지 실험을 수행한 결과 블록 및 기반층의 손상이 관찰되지 않았으나, 기 존의 연구결과는 소류력 실험 중 기반층의 유실에 따른 블록 및 매트의 변형이 발생하였고, 블록의 형상의 차이로 인하여 조도계수의 차이가 발생한 것으로 판단된다.

각 실험 Case 별로 선정된 최적의 조도계수를 바탕으로 한 소류력 산정결과를 다음 Fig. 11에 나타내었다. 이를 고찰하 여보면 최대소류력은 실험 Case 7에서 유속 4.246 m/s에 대하 여 47.204 N/m² 이 발생하였으나 각 Case에 따른 실험에서 다 공성콘크리트 블록 및 기반층의 유실 및 손실은 관찰되지 않 았다. 본래 목적인 한계소류력을 측정하기 위해서는 블록의 파괴가 발생할 때 까지 실험을 지속하여야 하나, 블록을 설치 한 실규모 실험수로의 규모상 한계유속이 약 4.5 m/s로 제한 되어 있어 더이상의 실험이 불가능하였다.

블록의 중량 및 형상, 조성방법이 차이가 있지만 기존 실규 모 실험을 통한 호안블록의 소류력 결과값의 경우 최대 약 60 N/m² 정도로 측정된바 있고, 식생매트의 경우 최대 약 50 N/m² 로 측정된바가 있다(^{Lee et al., 2012}). 또한 국내하천설계기준 (2009)의 호안편을 살펴보면 ‘호안의 설치위치와 연장은 하 도 내의 수리현상, 세굴, 퇴적의 변화 등을 고려하여 정하고, 소류력 또는 유속에 따라 공법을 선정해야 한다.’, 그리고 ‘이 론적 계산에 의해서만 호안을 직접 설계하는 것은 현재의 기 술수준으로는 어려우며 이론의 한계를 감안하여 경험과 이론 의 양면에서 고려하여 설계한다.’라고만 제시하고 있으며, 하 천공사설계실무요령(2009)에는 호안의 설치기준에서 하도 의 분류별 수리특성에 대해서만 제시하고 있다. 제시된 하도 별 수리특성을 Table 5에 나타내었다. 이를 고찰하여 보면 본 실험에서 도출된 소류력(47.204 N/m² )은 준완류부에서의 소 류력 범위에 해당하며, 준급류부 및 급류부에서의 설치는 불 가능한 것으로 나타났다. 하지만 본 실험에서 블록과 부직포, 기반층의 손상이 전혀 관찰되지 않은 것을 생각하여보면 50 N/m² 이상의 소류력에서 충분히 저항할 수 있을 것으로 예상 할 수 있으며, 추후 환경조건을 조정하여 블록의 한계소류력 의 측정을 위한 연구를 진행할 필요가 있다고 사료된다.