본 연구에서는 군말뚝 교각 주위에서의 세굴특성을 실험을 통하여 파악하였다. 실험은 4개, 9개, 15개, 35개의 파일로 구성된 군말뚝에 대해 수행하여 파일수, 유속, 접근각에 따른 세굴형상, 최대세굴심의 깊이 및 위치의 변화를 살펴보았다. 실험결과에 의하면, 4개 및 9개로 구성된 군말뚝의 경우 유속비와 상관없이 단일교각의 최대세굴심과 흡사하였고, 15개와 35개로 구성된 군말뚝의 경우 유속비가 증가함에 따라 최대세굴심도 급격히 증가하여 단일교각 세굴심 의 약 2.2배 증가함을 알 수 있었다. 또한 세굴형태는 말뚝간격이 조밀해질수록 원형의 세굴공이 중첩되어 전체적으로 직사각형의 형태를 띠는 것으로 나타났다. 75개의 파일로 구성된 군말뚝에 대한 접근각의 영향을 살펴본 결과 세굴심은 접근각이 35$^{\circ}$에서 최대가 되었으며 이때의 세굴공은 대각선 방향으로 형성됨을 알 수 있었다.
본 연구에서는 군말뚝 교각 주위에서의 세굴특성을 실험을 통하여 파악하였다. 실험은 4개, 9개, 15개, 35개의 파일로 구성된 군말뚝에 대해 수행하여 파일수, 유속, 접근각에 따른 세굴형상, 최대세굴심의 깊이 및 위치의 변화를 살펴보았다. 실험결과에 의하면, 4개 및 9개로 구성된 군말뚝의 경우 유속비와 상관없이 단일교각의 최대세굴심과 흡사하였고, 15개와 35개로 구성된 군말뚝의 경우 유속비가 증가함에 따라 최대세굴심도 급격히 증가하여 단일교각 세굴심 의 약 2.2배 증가함을 알 수 있었다. 또한 세굴형태는 말뚝간격이 조밀해질수록 원형의 세굴공이 중첩되어 전체적으로 직사각형의 형태를 띠는 것으로 나타났다. 75개의 파일로 구성된 군말뚝에 대한 접근각의 영향을 살펴본 결과 세굴심은 접근각이 35$^{\circ}$에서 최대가 되었으며 이때의 세굴공은 대각선 방향으로 형성됨을 알 수 있었다.
This study analyzed the general scour characteristics around group pile foundations through laboratory experiments. The experiments were performed for the pile groups consisting of 4, 9, 15 and 35 piles to investigate the effects of pile number, mean velocity and the angle of attack on the scour hol...
This study analyzed the general scour characteristics around group pile foundations through laboratory experiments. The experiments were performed for the pile groups consisting of 4, 9, 15 and 35 piles to investigate the effects of pile number, mean velocity and the angle of attack on the scour hole shape, and the magnitude and the position of maximum scour depth. Results reveal that the maximum scour depth for 4 and 9 piles have almost same values with single pier case regardless of approach velocity. The scour depth for 15 and 35 piles, however, increases as the mean velocity increases and reaches up to 2.2 times of maximum scour depth for single pier case. As the number of piles increase, the single scour holes are superposed and the overall scour hole turned out to be rectangular shape. The experimental results for the case of 35 piles indicate that the scour depth has the maximum value at angle of attack of 35 degree and that the main scour hole is formed in diagonal direction.
This study analyzed the general scour characteristics around group pile foundations through laboratory experiments. The experiments were performed for the pile groups consisting of 4, 9, 15 and 35 piles to investigate the effects of pile number, mean velocity and the angle of attack on the scour hole shape, and the magnitude and the position of maximum scour depth. Results reveal that the maximum scour depth for 4 and 9 piles have almost same values with single pier case regardless of approach velocity. The scour depth for 15 and 35 piles, however, increases as the mean velocity increases and reaches up to 2.2 times of maximum scour depth for single pier case. As the number of piles increase, the single scour holes are superposed and the overall scour hole turned out to be rectangular shape. The experimental results for the case of 35 piles indicate that the scour depth has the maximum value at angle of attack of 35 degree and that the main scour hole is formed in diagonal direction.
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문제 정의
기초실험은 단일교각, 이중 교각에 대해 수행하였는데 군말뚝의 세굴 특성과 비교. 검토를 위한 기초자료를 제공하는 데 그 목적이 있다. 군말뚝 실험에서는 4개, 9개, 15개, 35개로 구성된 군말뚝 교각에 대해 실험을 수행하여 군 말뚝에 대한 일반적인 세굴 특성을 파악한 후 이중 35개로 구성된 군말뚝을 선택하여 흐름 접근각 에 대한 군말뚝에서의 세굴 특성에 대한 실험을 수행하 였다.
본 실험에 사용될 군 말뚝 교각은 군 말뚝의 특성을 좀 더 잘 나타낼 것으로 판단되는 35개로 구성된 군말뚝을 선택하여 흐름각에 대한 세굴 특성을 파악하기 위한 실험을 수행하였다. 본 실험에 사용된 군말뚝의 배치는 그림 3의 case 4에 대한 배치와 동일하다.
본 연구에서는 군말뚝 기초주변의 세굴현상에 대한 실험을 수행하여 군말뚝 주변의 세굴특성을 파악하는 데 그 목적이 있다. 또한 군말뚝 실험에 앞서 단일교각에 서의 세굴특성을 파악하고 기존의 연구 결과와 비교·분석함으로써 군말뚝에서의 세굴 특성을 단일교각과 비 교 • 검토하였으며 군말뚝 교각 주변에서 발생하는 국부세굴에 대한 실험을 실시하여 군말뚝 교각간격과 흐름각 변화가 군말뚝 주변의 세굴에 미치는 영향을 파악하 였다.
제안 방법
본 연구에서는 접근각의 변화에 따른 세굴 양상을 검토하기 위해 35개의 말뚝으로 구성된 군말뚝 교각을 선택하여 흐름 방향과 군말뚝이 이루는 접근각이 0。, 10°, 20°, 30°, 35°, 4歩인 총 6가지 경우에 대하여 실험을 실시하였다. 접근각에 따른 최대세굴 심의 변화는 그림 9와 같다.
군말뚝에 대한 세굴 특성 중에서 말뚝의 갯수에 따른 특성을 파악하기 위해서 이미 언급한 바와 같이 말뚝의 개수를 4개, 9개, 15개, 35개 인 군말뚝을 제작하여 모형실험을 수행하였다. 군말뚝 모형 교각의 제원과 교각 배치도는 표3 및 그림 3과 같다 또, 흐름의 군말뚝에 대한 접근각은 그림3과 같이 흐름에 대해 직각 방향으 로 고정하여 실험을 수행하였다.
검토를 위한 기초자료를 제공하는 데 그 목적이 있다. 군말뚝 실험에서는 4개, 9개, 15개, 35개로 구성된 군말뚝 교각에 대해 실험을 수행하여 군 말뚝에 대한 일반적인 세굴 특성을 파악한 후 이중 35개로 구성된 군말뚝을 선택하여 흐름 접근각 에 대한 군말뚝에서의 세굴 특성에 대한 실험을 수행하 였다.
군말뚝에 대한 세굴 특성 중에서 말뚝의 갯수에 따른 특성을 파악하기 위해서 이미 언급한 바와 같이 말뚝의 개수를 4개, 9개, 15개, 35개 인 군말뚝을 제작하여 모형실험을 수행하였다. 군말뚝 모형 교각의 제원과 교각 배치도는 표3 및 그림 3과 같다 또, 흐름의 군말뚝에 대한 접근각은 그림3과 같이 흐름에 대해 직각 방향으 로 고정하여 실험을 수행하였다.
실험은 기초실험과 군말뚝 실험으로 나누어 실시하였다. 기초실험은 단일교각, 이중 교각에 대해 수행하였는데 군말뚝의 세굴 특성과 비교. 검토를 위한 기초자료를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 연구에서는 군말뚝 기초주변의 세굴현상에 대한 실험을 수행하여 군말뚝 주변의 세굴특성을 파악하는 데 그 목적이 있다. 또한 군말뚝 실험에 앞서 단일교각에 서의 세굴특성을 파악하고 기존의 연구 결과와 비교·분석함으로써 군말뚝에서의 세굴 특성을 단일교각과 비 교 • 검토하였으며 군말뚝 교각 주변에서 발생하는 국부세굴에 대한 실험을 실시하여 군말뚝 교각간격과 흐름각 변화가 군말뚝 주변의 세굴에 미치는 영향을 파악하 였다.
말뚝 간격에 대한 세굴 특성을 비교. 분석하기 위해서 이중 교각의 간격에 따른 실험을 실시하였다.
본 연구에서는 단일교각, 이중 교각 및 군말뚝(말뚝수4, 9, 15, 35개)에서의 세굴 특성을 파악하였으며 말뚝 수 가 35(5x7)로 이루어진 군말뚝 교각에 대해 흐름 접근 각에 따른 세굴 특성을 파악하였다. 실험을 통한 본 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다.
그 중 한계이 동유속(Vc)은 정적세굴(clear water scour) 과 동적세 굴(live-bed scour)을 분류하는 기준이 되는 인자이다. 본 연구에서는 유속비에 따른 세굴심의 변화를 나타내기 위하여 한계이동유속을 측정하였으며, 기초실험 에서 한계이동유속을 측정하기 위해 수로의 중앙 5m 구간에 비중 2.65, 평균입경(d50)이 0.4mm인 모래를 두께 20cm로 포설한 후에 수로에 물을 서서히 공급하면서 포설 구간 전체에 걸쳐 하상재료가 움직일 때를 한계이동유속으로 보고 몇 차례 측정하여 이들의 평균값인 28.8cm/s를 한계이동유속으로 결정하였다.
말뚝 간격에 대한 세굴 특성을 비교. 분석하기 위해서 이중 교각의 간격에 따른 실험을 실시하였다. 이 중 교각실험에 대한 제원은 표 2에 수록되어 있으며 그림 2에서와 같이 모형 교각을 흐름 방향(S)과 폭방향(B)으로 각각 배치하여 실험을 수행하였다.
실험 유량이 완전히 유하된 후 3차원 초음파 유속계를 이용하여. 수심 방향으로 3점법 수 로폭방향 9구간으로 나누어 측정하였고, 등류 상태를 확인하기 위해서 대상 구간 상하류에 수위 측정기를 각각 1개씩 배치하여 수심을 확인하였다 실험이 완료되면 유량을 서서히 감소시키면서 사련이 발생하지 않도록 주의를 기울이며 실험수로내의 물을 배수한 후 포인트 게이지를 이용하여 교각 부 하상변동량을 종횡단 방향으로 측정하였다.
실험은 기초실험과 군말뚝 실험으로 나누어 실시하였다. 기초실험은 단일교각, 이중 교각에 대해 수행하였는데 군말뚝의 세굴 특성과 비교.
원형 단일교각은 수로의 중앙 5m 구간 하류부에 설치하고 하상재료를 완전히 성형한 후 수로 하류부의 수문을 닫고 미소유량을 수로 내에 공급하면서 하상재료층의 공극을 채운 뒤 하상 표면에 수면이 다소 올라오면서서히 유량을 증가시켜 실험 유량 20.0//s까지도달할 때까지 조절하였다. 실험 유량이 완전히 유하된 후 3차원 초음파 유속계를 이용하여.
이 중 교각실험에 대한 제원은 표 2에 수록되어 있으며 그림 2에서와 같이 모형 교각을 흐름 방향(S)과 폭방향(B)으로 각각 배치하여 실험을 수행하였다. 이중 교각에 대해서는 등류상태를 유지하며 유속과 수위을 변화시키면서 실험을 실시하였다.
본 실험에 사용된 군말뚝의 배치는 그림 3의 case 4에 대한 배치와 동일하다. 접근각의 변화에 따른 세굴 양상을 파악하기 위해 흐름 방향과 군말뚝이 이루는 접근각이 0°, 10°, 20°, 30°, 35°, 45°인 총 6가지 경우에 대하여 실험을 수행하였다.
대상 데이터
본 실험에서 사용한 실험장치는 크게 개수로 실험장치와 유량 공급장치로 구분할 수 있다. 개수로의 길이는 25m(수조 포함), 높이 0.
단일교각에 대한 실험은 이중 교각 및 군말뚝 교각의 실험 결과를 단일교각과 비교.분석하기 위한 실험자료로써, 직경이 2.5cm 인 원형 교각을 수로에 설치하고 표 1의 조건 하에서 실험을 수행하였다.
그리고 개수로 상류단에는 고수조에 유입된 물을 받아 유량을 조절할 수 있는 위어가 설치되어 있으며 수로의 끝에는 수위를 조절할 수 있는 수문이 설치되어 있다 (그림1). 유량 공급장치는 고수조(38mx3.3mxl.7mH), 저수조(5.5mx5.5mx4.2m H), 순환수로(0.72m Wx0.26m H), 펌프(10, 20, 50마력, 최대공급 유량 360로 구성되어 있다. 또한 실험시 등류 상태를 확인하기 위해 사용된 초음파 유속계는 오차범위가 1〜 2mm 정도이며 실험대상 구간의 상하류에 각각 한 개씩 배치하였다.
데이터처리
단일교각에 대한 실험은 이중 교각 및 군말뚝 교각의 실험 결과를 단일교각과 비교.분석하기 위한 실험자료로써, 직경이 2.
성능/효과
case 3, 4에서는 유속비가 0.57에서 0.74로 증가함에 따라 세굴심이 단일교각의 경우에 비해 급격히 증가하나 유속비가 0.74에서 0.89로 증가할 때는 최대세굴 심이 증가하기는 하나 유속비 증가에 따른 단일교각의 세굴심 증가에는 못 미치는 것으로 나타났다. 초기에 세굴심비가 급격히 증가하는 것은 말뚝주변의 세굴심이 인근 말뚝 주변의 세굴과 중첩되기 때문이며 이후 유속.
2배 증가하는 것을 알 수 있었다 하류 측 교각의 경우는 상류측 교각과는 달리 단일교각에 비해 세굴심이 SZD=4에서 0.4배까지 감소하는 것으로 나타났으며, S/。가 증가함에 따라 단일교각 최대세굴 심에 접근하는 것으로 나타났다 폭방향 간격에 따른 세굴심의 변화는 유속비 V7K二057〜0.74에서는 세굴심에 대한 특별한 변화를 나타내지 않으나 유속비 IW K=089인 경우 B/D가 증가함에 따라 단일교각 세굴심에 근접(hs/hsl=1)하는 것으로 나타났다.
단일교각에서의정적세굴의 유속비에 따른 최대 세굴 심의 변화는, V7VJ0.5에서 세굴이 시작되었으며 V/ K=0.9가 될 때까지 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 본 연구의 결과를 기존의 연구와 비교해볼 때 유속 비 V7VQH의 범위에서의 최대세굴 심의 변화는 유속비가 증가할수록 선형적으로 증가한다는 점과 잘 일치하고 있음을 알 수 있다.
하류 측 교각의 경우(그림6) 상류측에서와는 달리 단일교각인 경우에 비해 세굴심이 작아지는 것을 알 수 있다. 또한 유속비에 따라 세굴심의 편차가 큼을 알 수 있고, 유속비와는 상관없이 교각 간격이 지름의 4배일 때 hjhsi이 최소가 되며 교각직경이 지름의 4배보다 커짐에 따라 hs/hd가 서서히 증가하여 단일교각 최대 세굴심에 접근하고 있음을 알 수 있다. hs/hi 의 최소 치는 유속비가 작을수록 작게 나타나 유속비가 0.
9가 될 때까지 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 본 연구의 결과를 기존의 연구와 비교해볼 때 유속 비 V7VQH의 범위에서의 최대세굴 심의 변화는 유속비가 증가할수록 선형적으로 증가한다는 점과 잘 일치하고 있음을 알 수 있다.
실험 결과 접근각이 점차적으로 0。에서 45°로 변할 경우 세굴심의 최대치가 발생하는 지역은 군말뚝에서 행방향(폭방향)의 중앙부에서 군말뚝의 대각선 방향 가장자리로 점차적으로 이동하는 양상을 띠는 것으로 나타났으며, 최대세굴 심의 변화는 그림 9에서 보는 바와 같이 접근각 35°까지는 점차 증가하여 35°를 정점으로 45°에서는 다시 감소하는 경향을 보임을 알 수 있었다.
89일 때 단일교각 세굴심의 약 2.2배까지 증가하는 것으로 나타났다 또한 흐름 접근각이 증가함에 따라 최대세굴 심도 증가하여 접근각이 35。일 때의 최대 세굴심이 단일교각의 2.7배로 가장 큰 것으로 나타났으며 45°에서는 다소 감소하는 것으로 나타났다.
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