Development of an Apparatus for Rainfall Simulation in Centrifugal Model Test

Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation 2014;14(6):141-150.
Published online December 31, 2014.

원심모형실험시 강우재현을 위한 강우장치의 개발

이충원, 박성용, 김용성

Development of an Apparatus for Rainfall Simulation in Centrifugal Model Test

Abstract

In general, rainstorms induce slope failures and destroy many infrastructures. However, there are a limited number of physical modelstudies with rainfall. Hence, in this study, rainfall simulator was developed and its applicability was evaluated. First of all, the rainfall intensity inducing slope failure and the raindrop diameter on heavy rainfall were determined. And then, through the analysis on raindrop-falling locus in centrifugal field, theoretical atomizing angle of simulated rainfall was calculated. After that, actual atomizing angle of rainfall simulator for uniform rainfall simulation was experimentally determined by trial and error method. In addition, actual rainfall intensity and load pressure of simulated rainfall were examined. From the test results, it was confirmed that uniform atomization with target rainfall intensity and prevention of excess rainfall pressure by using angle-adjustable rainfall simulator developed in this study were possible.

Key Words: Centrifugal model test; Rainfall simulator; Similarityrule; Coriolis force; Atomizing angle; Load pressure due to simulated rainfall

요지

집중호우는 통상적으로 사면의 붕괴 및 다수의 사회 기반시설물의 파괴를 유발한다. 그러나, 강우를 고려한 물리적 모형실험의 사례는현재까지도 극히 제한적인 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 원심모형실험시 강우재현을 위한 강우장치를 개발하고 그 적용성을 검토하였다. 먼저, 집중호우시 사면붕괴를 유발하는 강우강도 조건 및 이때의 빗물 입경을 설정하고, 이를 원심장에서 모사하기 위하여 코리올리힘을 고려한 빗물방울의 궤적을 해석함으로써 이론적 강우 분사각도를 계산하였다. 이후, 시행착오법을 통해 균일한 강우모사를 위한 강우장치의 분사 각도를 실험적으로 결정하였으며, 이때의 실제 강우강도 및 지반표면에 작용하는 재하압력을 검토하였다. 강우모사 실험 결과로부터, 본 연구에서 개발된 강우장치를 사용함에 의해 목표 강우강도의 균일 분사 및 과다 강우재하압력의 방지가 가능함을 확인하였다.

핵심용어: 원심모형실험; 강우장치; 상사법칙; 코리올리힘; 분사 각도; 강우 재하압력