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투과성구조물에 작용하는 지진해일파압에 관한 연구
The Study on the Wave Pressure of the Tsunami Acting on the Permeable Structure 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.23 no.1, 2011년, pp.79 - 92  

이광호 ((일) 나고야대학교 공학연구과 사회기반공학) ,  최현석 (한국해양대학교 토목공학과) ,  김창훈 (한국해양대학교 토목공학과) ,  김도삼 (한국해양대학교 토목공학과) ,  조성 (한국수자원공사 경인 아라뱃길건설처)

초록
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본 연구에서는 투과성구조물에서 우수한 파랑제어기능을 발휘하는 것으로 잘 알려져 있는 슬리트케이슨제 중에 기본형인 연직벽형 횡슬리트케이슨제가 불투과성지반 및 투과성지반상에 설치된 조건하에 구조물에 작용하는 단주기파랑 및 지진해일파에 의한 파압의 특성을 논의한다. 투과성지반의 해석에서는 공극율을 편의상 0.4로 가정하여 2차원 및 3차원수치해석을 수행하고, 불투과성의 경우와 그의 차이를 비교 검토한다. 이 때, 입사파랑의 조건으로는 설계파랑으로 일반적으로 고려되는 단주기파랑과 그의 진폭과 동일한 크기로 내습하는 지진해일파(고립파 혹은 단파)를 고려하며, 슬리트케이슨제의 전면유공부 및 유수실 내부의 불투과벽체에 작용하는 파압을 대상으로 한다. 해석에서는 기체와 액체의 혼상동적현상을 하나의 지배방정식으로 해석하는 이상류(二相流) 모델에 기초한 2차원 및 3차원수치파동수로를 각각 적용한다. 얻어진 수치해석결과에 의하면, 슬리트케이슨제의 전면유공부에서는 단주기 파랑에 비해 지진해일파의 작용파압이 약 3~5배 높은 값을 나타내고, 유수실 내부벽에서는 약 2~4배 높은 값을 각각 나타낸다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, wave pressure of short-period gravity waves and tsunami acting on the upright section of the horizontal-slit type caisson placed on the impermeable or permeable seabed, which is a well-known permeable breakwater with a good wave controlling ability, are investigated via numerical simu...

주제어

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문제 정의

  • 일반적으로 3차원적인 형상을 같는 연직벽형의 횡슬리트케이슨제에 작용하는 파압을 산정함에 있어서 해석의 편리상 2차원적으로 접근하는 경우가 많지만, 기존의 연구에 의하면 수치해석의 수행에서 2차원적인 접근과 3차원적인 접근에서 결과의 차이가 보고되어 있다(이광호 등, 2010). 따라서, 본 연구에서는 고립파와 단파의 형태로 근사되는 지진해일파의 작용하에 슬리트케이슨제의 전면유공부와 유수실내의 불투과연직벽체에 작용하는 파압을 2차원 및 3차원적인 수치해석으로부터 각 결과의 차이를 검토하고, 동시에 설계파랑으로 고려되는 단주기파의 작용에 따른 파압분포의 결과와 비교ㆍ고찰한다.
  • 본 연구에서는 투과성구조물에서 우수한 파랑제어기능을 발휘하는 것으로 잘 알려져 있는 연직벽형 횡슬리트 케이슨제가 불투과 성지반 및 투과성지반상에 설치된 조건하에 일반적으로 설계파랑으로 고려되는 단주기파랑과 그의 진폭과 동일한 크기로 내습하는 지진해일파(고립파 혹은 단파)에 의한 슬리트케이슨제의 전면유공부 및 유수실 내부의 불투과벽체에 작용하는 각 파압의 크기를 비교·검토할 목적으로 수치해석을 수행하였다.
  • 본 절에서는 고립파로 근사되는 지진해일파의 내습시에 슬리트케이슨제에 작용하는 파압의 특성을 고찰하고, 단주기파랑의 작용에 의한 결과와 비교하기 위하여 이광호 등(2010)이 수행한 2차원 및 3차원수치모형실험의 경우와 동일한 조건하에서 불투과성지반 및 투과성지반상에 놓인 슬리트케이슨제를 고려한다. 실험에 사용된 2차원수치파동수로는 Fig.
  • 본 절에서는 단파로 근사되는 지진해일파의 내습 시, 슬리트케이슨제에 작용하는 파압의 특성을 고찰하기 위하여 전술한 2차원 및 3차원수치모형실험의 경우와 동일한 조건하에 불투과성지반 및 투과성지반에 놓인 슬리트케이슨제의 전면유공부 및 유수실내의 불투과벽에서 작용파압을 나타낸다. 본 연구에서는 수조내에서 상류측과 하류측에 큰 수위차를 갖는 게이트의 급개방에 의해 발생한 단파가 하류측으로 진행하여 슬리트케이슨제에 작용하는 파압을 산정하였고, 이 때, 단파의 형성에 따른 특성상 입사파고의 크기를 단파가 하류측으로 진행하면서 형성되는 파고의 크기로 정의하였다.

가설 설정

  • 정수면상의 최고높이로 주어지는 고립파의 입사파고를 이광호 등(2010)의 연구에서 논의된 단주기파랑의 진폭과 동일하게 가정하며, 총 10가지의 경우에 대해 수치실험을 수행하여 단주기파랑의 파압과 그의 크기를 비교한다. 또한, Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
투과성 파랑제어구조물에 사용되는 유공블록제는 어떤 것들이 있는가? 또한, 방파제로 대표되는 파랑제어구조물을 설계하는 경우에 내습파랑으로부터 배후 시설물을 보호하고, 항내 정온도를 확보하며, 항외에서의 선박의 안전한 운항 및 해양환경보전 등과 같은 많은 요소를 동시에 고려하여야 한다. 따라서, 최근에 슬리트케이슨, WAROCK, IGLOO 및 TUNNELROCK 등과 같은 유공블록제로 대표되는 저반사의 기능을 구비한 투과성 파랑제어구조물의 적용이 늘어나고 있다.
파랑제어구조물을 설계할 때 고려해야 하는 것은? 해저고정 및 해수면상으로 돌출된 중력식구조물의 큰 반사로 인하여 주변의 파동장에 미치는 문제점들이 오랜 기간에 걸쳐 지적되어 왔고, 더불어 해안구조물에 친수와 문화공간의 기능까지 구비된 다기능의 신형식구조물이 요구되고 있다. 또한, 방파제로 대표되는 파랑제어구조물을 설계하는 경우에 내습파랑으로부터 배후 시설물을 보호하고, 항내 정온도를 확보하며, 항외에서의 선박의 안전한 운항 및 해양환경보전 등과 같은 많은 요소를 동시에 고려하여야 한다. 따라서, 최근에 슬리트케이슨, WAROCK, IGLOO 및 TUNNELROCK 등과 같은 유공블록제로 대표되는 저반사의 기능을 구비한 투과성 파랑제어구조물의 적용이 늘어나고 있다.
Smagorinsky 모델이란? SGS의 와에 의해 발생되는 에너지소산을 함께 고려하기 위해 Smagorinsky 모델을 사용한다. 이 모델은 필터폭을 대표 길이로 하는 와점성모델로써 LES(Large Eddy Simulation)와 동일시될 정도로 대표적인 난류해석모델이다. Smagorinsky 모델에서 SGS의 난류응력 τij는 와점성근사를 도입하여 다음의식으로 정의된다.
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참고문헌 (21)

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