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.
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.
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...
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 simulations. Further, the permeable seabed was modeled as the porous media with porosity of 0.4. Using the numerical results, the effects of the seabed conditions on the wave pressure on the front wall and inside wall of the chamber have been studied. In the numerical simulations, short-period gravity waves and tsunami(solitary wave or bore) with the same amplitude to the gravity wave are considered. A numerical wave tank is used, which is able to consider a gas-liquid two-phase flow in the same calculation zone. Numerical results show that the wave pressure of the tsunami was 3~5 times higher than the short-period gravity waves acting on the front wall and it was 2~4 times higher than the short-period gravity waves acting on the inner wall.
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 simulations. Further, the permeable seabed was modeled as the porous media with porosity of 0.4. Using the numerical results, the effects of the seabed conditions on the wave pressure on the front wall and inside wall of the chamber have been studied. In the numerical simulations, short-period gravity waves and tsunami(solitary wave or bore) with the same amplitude to the gravity wave are considered. A numerical wave tank is used, which is able to consider a gas-liquid two-phase flow in the same calculation zone. Numerical results show that the wave pressure of the tsunami was 3~5 times higher than the short-period gravity waves acting on the front wall and it was 2~4 times higher than the short-period gravity waves acting on the inner wall.
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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.
제안 방법
본 수치해석에서는 기체와 액체의 혼상동적현상을 하나의 지배방정식으로 해석하는 이상류(二相流) 수치모델을 적용한 2차원수치파동수로와 3차원수치파동수로를 각각 적용한다. 2차원 및 3차원이상류(二相流)의 수치모델에서는 수면형의 추적에 VOF법(Hirt & Nichols, 1981)을, 이산방정식에 SMAC법 (Amsden & Harlow, 1970)을, 난류해석에 LES모델(Smagorinsky, 1963)을 각각 적용하며, 무반사조파시스템을 위하여 감쇠역 (스폰지층)을 적용한 수치파동수로를 채용한다.
본 연구에서는 수치파동수로내에서 상류측과 하류측에 큰 수위차를 갖는 게이트의 급개방에 의해 단파선단부의 전후에서 수위차로 인한 정수압의 압력차로 부터 단파를 발생시킨다. 단파파압의 해석에서는 수치조파가 필요 없기 때문에 기초방정식 중에 스폰지층에서 감쇠계수 및 조파소스항 등을 무시하고, 계산영역의 양측면에 불투과경계조건을 적용한다.
비록 Hirt and Nichols(1981)의 VOF법이 경계면의 재구축에 SLIC(Simplified Line Interface Calculation)을 사용하지만, 그의 적용에 대해서는 많은 연구자들에 의해 검증되어 왔다. 이러한 배경에 기초하여 본 연구는 상당한 계산시간을 요구하는 2차원 및 3차원 수치해석임으로 기존의 VOF법을 적용하는 것으로 한다.
대상 데이터
02m로 나타난다. 본 수치실험에서 유공부전면에 작용하는 파압의 측정위치는 기초사석상부에서부터 전면유공벽의 상단까지이며, 유수실내의 불투과벽체에 작용하는 파압은 내부에 존재 하는 격벽을 제외한 연직벽면으로 선정하였다.
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. 1과 2에 나타내는 바와 같이 길이 500 m, 높이 45 m인 직사각형수조이고, 3차원수치파동수로는 2차원의 경우와 동일한 크기에 폭이 36 m로 구성되어 있으며, 이로부터 2차원적인 해석에서 검토가 불가능한 유공벽의 영향을 포함한 유수실내에서의 파랑 에너지감쇠 등의 영향을 검토할 수 있다. 유공부의 전면연직 벽면에 작용하는 파압의 측정위치는 기초사석상부에서부터 전면유공벽의 최상단까지이며, 유수실내의 불투과벽체에 작용하는 파압은 내부에 존재하는 격벽을 제외한 연직벽면으로 선정하였다.
1과 2에 나타내는 바와 같이 길이 500 m, 높이 45 m인 직사각형수조이고, 3차원수치파동수로는 2차원의 경우와 동일한 크기에 폭이 36 m로 구성되어 있으며, 이로부터 2차원적인 해석에서 검토가 불가능한 유공벽의 영향을 포함한 유수실내에서의 파랑 에너지감쇠 등의 영향을 검토할 수 있다. 유공부의 전면연직 벽면에 작용하는 파압의 측정위치는 기초사석상부에서부터 전면유공벽의 최상단까지이며, 유수실내의 불투과벽체에 작용하는 파압은 내부에 존재하는 격벽을 제외한 연직벽면으로 선정하였다.
이론/모형
2차원 및 3차원이상류(二相流)의 수치모델에서는 수면형의 추적에 VOF법(Hirt & Nichols, 1981)을, 이산방정식에 SMAC법 (Amsden & Harlow, 1970)을, 난류해석에 LES모델(Smagorinsky, 1963)을 각각 적용하며, 무반사조파시스템을 위하여 감쇠역 (스폰지층)을 적용한 수치파동수로를 채용한다.
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.
고립파와 구조물과의 상호간섭을 해석하기 위하여 2차원수치파동수로(Hinatsu, 1992; 김도삼 등, 2001)와 이를 3차원으로 확장한 Fig. 1 및 2와 같은 3차원수치파동수로(이광호 등, 2008)를 고려한다. 해석영역내에서는 수치적으로 고립파를 발생시키기 위한 조파소스(Brorsen & Lasen, 1987; 김도삼 등, 2001)와 무반사조파시스템을 위한 에너지감쇠영역이 고려되고, 3차원파동장에서 고립파의 작용하에 반사율 및 작용파압을 검토하기 위하여 불투과성지반 및 투과성지반상에 횡슬리트케이슨제가 설치된다.
본 연구에서는 2상류의 시뮬레이션에서 기체와 액체가 구성하는 경계면의 추적법으로 VOF법을 적용한다. Hirt and Nichols(1981)에 의해 제안된 VOF법 이후로, GENSMAC (Tome and McKee, 1994), TUMMAC(Miyata and Nishimura, 1985), FCT-VOF(Rudman, 1997) 및 MARS(Kunugi, 2000)를 포함하는 많은 수정 및 확장된 경계면 추적법이 접면의 재구축으로 인한 오차를 줄이기 위하여 대체스킴으로 제안되어 왔다.
검토할 목적으로 수치해석을 수행하였다. 수치해석기법으로 고정도해석법으로 알려진 2차원 및 3차원수치파동수로에 기초한 이상류(二相流) 수치 모델을 적용하였으며, 수치실험으로부터 얻어진 본 연구의 주요한 사항을 아래에 기술한다.
여기서, Uo는 발생파의 수평유속성분을 각각 나타내며, 본 연구에서는 조파강도 q로서 식 (21)과 같이 Grimshaw(1971) 에 의해 유도된 고립파의 3차근사이론에 의한 수평방향유속 Uo를 적용한다(Fenton, 1972).
본 연구에서 기초방정식 (1)~(4) 및 VOF함수의 이류방정식 (12)는 직교교호격자를 적용한 유한차분법에 의해 이산화 된다. 이산방정식은 Amsden and Harlow(1970)에 의해 개발된 SMAC법에 기초하여 계산된다.
성능/효과
① 슬리트케이슨제의 전면유공부에 작용하는 지진해일파의무차원파압은 비교적 입사파고가 낮을 경우, 직립벽에 작용하는 지진해일파압에 대해 谷本 등(1984)이 제안한 결과와 같이 깊이의 증가에 따라 비교적 균등한 무차원파압분포를 나타내고, 동시에 정수면상의 처오름높이도 제안식과 잘 일치하지만, 비교적 입사파고가 높은 경우에는 제안식에 비해 처 오름높이가 다소 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
② 지진해일파의 내습 시, 전면유공벽에 작용하는 무차원파압에 비해 유수실 내부벽에 작용하는 무차원파압이 보다 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
③ 동일한 정수면상에서의 높이를 가진 지진해일파와 단주 기파랑의 결과를 비교하면, 전면유공부에서는 단주기파랑에 비해 지진해일의 작용파압이 약 3~5배 높은 결과를 나타내며, 유수실 내부벽에서는 단주기파랑에 비해 지진해일의 작용파압이 약 2~4배 높은 결과를 나타낸다.
여기서, 고립파의 파고가 비교적 낮은 경우에는 정수면상에서의 처오름높이에서 谷本 등 (1984)이 제안한 이론식의 결과와 잘 일치하는 경향을 확인할 수 있다. 그러나, 입사파고가 커질수록 유공부의 영향이 더욱 커지고, 결과적으로 처오름높이가 다소 낮게 나타나는 결과를 나타내며, 깊이의 증가에 따라 무차원작용파압의 크기가 지수함수적으로 약간 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 동일한 정수면상에서의 높이를 가진 고립파와 단주기파랑의 결과를 비교하면, 단주기파랑에 비해 고립파의 작용파압이 약 3~5배 높은 결과를 나타내며, 입사고립파고가 작을수록 불투과지반을 고려한 2차원 및 3차원수치해석결과에서 차이가 발생하고, 입사고립파고가 높을수록 그 차이는 감소하는 것을 알 수 있다.
또한, 입사고립파고가 커질수록 깊이의 증가에 따라 지수함수적으로 감소하지만 그 크기는 미소하며, 동일한 정 수면상에서의 높이를 가진 고립파와 단주기파랑의 결과를 비교하면, 단주기파랑에 비해 고립파의 작용파압이 약 2~4배 높은 결과를 나타낸다. 그리고, 입사고립파고가 낮을수록 불투과지반을 고려한 2차원 및 3차원수치해석결과에서 차이가 발생하고, 입사고립파고가 높을수록 그 차이는 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 전술한 결과와 유사한 경향을 나타낸다.
또한, 동일한 정수면상에서의 높이를 가진 고립파와 단주기파랑의 결과를 비교하면, 단주기파랑에 비해 고립파의 작용파압이 약 3~5배 높은 결과를 나타내며, 입사고립파고가 작을수록 불투과지반을 고려한 2차원 및 3차원수치해석결과에서 차이가 발생하고, 입사고립파고가 높을수록 그 차이는 감소하는 것을 알 수 있다. 더불어, 불투과성지반과 투과성지반을 고려한 경우에 대한 결과를 비교하면, 전체적으로 동일한 분포양상을 나타내지만, 투과성지반을 고려한 경우의 무차원파압이 다소작게 나타나고, 이러한 결과는 투과성지반상을 통과하는 입사파랑에너지가 바닥경계면에서 발생하는 지반과의 상호간섭에 의해 다소 감쇠되어 슬리트케이슨제의 유공부전면에 작용하는 무차원파압이 작아지는 것으로 판단된다.
이와 같은 단일유체모델은 계산격자내에 다상유체의 균질혼합을 가정한 혼합유체모델과 대조적인 것으로, 경계면을 통한 각 상 사이의 상호작용을 고려할 수 있는 장점이 있다(Akiyama and Aritomi, 2002). 또한, 경계면에서 2상유체의 거동을 밀도와 점성에 대하여 가중평균을 이용한 단일의 운동방정식을 적용함으로서 단상류해석에서 복잡한 자유수면경계조건이 필요하지 않으며, 구조물의 천단상으로의 월류 및 월파와 같은 복잡한 수면변동에 대한 물리현상을 용이하게 재현할 수 있다는 큰 장점을 지닌다.
그러나, 입사파고가 커질수록 유공부의 영향이 더욱 커지고, 결과적으로 처오름높이가 다소 낮게 나타나는 결과를 나타내며, 깊이의 증가에 따라 무차원작용파압의 크기가 지수함수적으로 약간 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 동일한 정수면상에서의 높이를 가진 고립파와 단주기파랑의 결과를 비교하면, 단주기파랑에 비해 고립파의 작용파압이 약 3~5배 높은 결과를 나타내며, 입사고립파고가 작을수록 불투과지반을 고려한 2차원 및 3차원수치해석결과에서 차이가 발생하고, 입사고립파고가 높을수록 그 차이는 감소하는 것을 알 수 있다. 더불어, 불투과성지반과 투과성지반을 고려한 경우에 대한 결과를 비교하면, 전체적으로 동일한 분포양상을 나타내지만, 투과성지반을 고려한 경우의 무차원파압이 다소작게 나타나고, 이러한 결과는 투과성지반상을 통과하는 입사파랑에너지가 바닥경계면에서 발생하는 지반과의 상호간섭에 의해 다소 감쇠되어 슬리트케이슨제의 유공부전면에 작용하는 무차원파압이 작아지는 것으로 판단된다.
이러한 결과는 (1) 유수실내로 유입되는 파랑에너지가 크고, (2)와류 및 난류발생에 의한 파랑에너지의 감쇠가 보다 작으며, (3)유수실내에서 다중반사로 인한 파랑에너지의 포획이 보다 많기 때문인 것으로 판단된다. 또한, 동일한 정수면상에서의 높이를 가진 단파와 단주기파랑의 결과를 비교하면, 단주기파랑에 비해 단 파의 작용파압이 약 2~4배 높은 결과를 나타내며, 단파강도가 낮을수록 불투과지반을 고려한 2차원 및 3차원수치해석결과에서 차이가 발생하고, 단파강도가 높을수록 그 차이는 감소하는 것을 알 수 있으며, 이는 전술한 결과와 유사한 경향을 나타낸다.
이러한 결과는 지진해일파의 특성상 주기가 대단히 길기 때문에 유수실내로 유입되는 파랑에너지가 크고, 와류 및 난류발생에 의한 파랑 에너지의 감쇠가 단주기파랑보다 작으며, 유수실내에서 다중 반사로 인한 파랑에너지의 포획이 보다 많기 때문인 것으로 판단된다. 또한, 입사고립파고가 커질수록 깊이의 증가에 따라 지수함수적으로 감소하지만 그 크기는 미소하며, 동일한 정 수면상에서의 높이를 가진 고립파와 단주기파랑의 결과를 비교하면, 단주기파랑에 비해 고립파의 작용파압이 약 2~4배 높은 결과를 나타낸다. 그리고, 입사고립파고가 낮을수록 불투과지반을 고려한 2차원 및 3차원수치해석결과에서 차이가 발생하고, 입사고립파고가 높을수록 그 차이는 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 전술한 결과와 유사한 경향을 나타낸다.
전체적인 결과를 살펴보면, 고립파의 무차원작용파압은 불투과성의 직립벽에 작용하는 지진해일파압에 대한谷本 등(1984)의 결과와 같이 깊이의 증가에 따라 비교적 균등한 무차원파압분포를 나타낸다. 여기서, 고립파의 파고가 비교적 낮은 경우에는 정수면상에서의 처오름높이에서 谷本 등 (1984)이 제안한 이론식의 결과와 잘 일치하는 경향을 확인할 수 있다. 그러나, 입사파고가 커질수록 유공부의 영향이 더욱 커지고, 결과적으로 처오름높이가 다소 낮게 나타나는 결과를 나타내며, 깊이의 증가에 따라 무차원작용파압의 크기가 지수함수적으로 약간 감소하는 것을 확인할 수 있다.
전체적인 결과를 보면, 단파의 무차원작용파압은 직립벽에 작용하는 지진해일파압에 대해 谷本 등(1984)이 실험으로부터 제안한 것과 같이 깊이의 증가에 따라 비교적 균등한 무차원파압분포를 나타낸다. 여기서, 고수위와 저수위의 수심의 비로서 나타나는 단파강도가 낮은 경우는 정수면상의 처오름높이가 谷本 등 (1984)이 제안한 이론식의 결과와 잘 일치하는 것을 확인할 수 있으며, 단파강도가 커질수록 유공부의 영향으로 인해 다소 낮게 나타나고, 깊이의 증가에 따라 무차원작용파압의 크기가 지수함수적으로 약간 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 단파강도가 커질수록 전술한 결과와 유사한 형상의 무차원파압분포를 나타내며, 단주기파랑과 동일한 정수면상에서의 높이를 가진 단파의 경우에 단주기파랑에 비해 약 3~5배 높은 파압이 작용하고, 그의 크기는 고립파의 결과와 유사하다.
13은 단파의 작용하에 슬리트케이슨제의 전면유공벽에 작용하는 파압분포를 불투과성지반 및 투과성지반의 경우에 대해 각각 2차원 및 3차원수치해석한 결과이다. 전체적인 결과를 보면, 단파의 무차원작용파압은 직립벽에 작용하는 지진해일파압에 대해 谷本 등(1984)이 실험으로부터 제안한 것과 같이 깊이의 증가에 따라 비교적 균등한 무차원파압분포를 나타낸다. 여기서, 고수위와 저수위의 수심의 비로서 나타나는 단파강도가 낮은 경우는 정수면상의 처오름높이가 谷本 등 (1984)이 제안한 이론식의 결과와 잘 일치하는 것을 확인할 수 있으며, 단파강도가 커질수록 유공부의 영향으로 인해 다소 낮게 나타나고, 깊이의 증가에 따라 무차원작용파압의 크기가 지수함수적으로 약간 감소하는 것을 확인할 수 있다.
4~7은 고립파로 근사되는 지진해일파에 의한 슬리트케이슨제의 전면유공벽에 작용하는 파압분포를 불투과성지반및 투과성지반의 경우에 대해 각각 2차원 및 3차원수치해석한 결과이다. 전체적인 결과를 살펴보면, 고립파의 무차원작용파압은 불투과성의 직립벽에 작용하는 지진해일파압에 대한谷本 등(1984)의 결과와 같이 깊이의 증가에 따라 비교적 균등한 무차원파압분포를 나타낸다. 여기서, 고립파의 파고가 비교적 낮은 경우에는 정수면상에서의 처오름높이에서 谷本 등 (1984)이 제안한 이론식의 결과와 잘 일치하는 경향을 확인할 수 있다.
14는 단파로 근사되는 지진해일파에 의한 슬리트케이슨제의 유수실 내부벽에 작용하는 파압분포를 불투과성지반및 투과성지반의 경우에 대해 각각 2차원 및 3차원수치해석한 결과이다. 전체적인 결과를 살펴보면, 전면유공벽에 작용하는 무차원파압에 비해 유수실 내부벽에 작용하는 무차원파압이 보다 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 (1) 유수실내로 유입되는 파랑에너지가 크고, (2)와류 및 난류발생에 의한 파랑에너지의 감쇠가 보다 작으며, (3)유수실내에서 다중반사로 인한 파랑에너지의 포획이 보다 많기 때문인 것으로 판단된다.
8~11은 고립파로 근사되는 지진해일파에 의한 슬리트케이슨제의 유수실 내부벽에 작용하는 파압분포를 불투과성 지반 및 투과성지반의 경우에 대해 각각 2차원 및 3차원수치해석한 결과이다. 전체적인 결과를 살펴보면, 전면유공부에 작용하는 무차원파압에 비해 유수실 내부벽에 작용하는 무차원파압이 보다 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 지진해일파의 특성상 주기가 대단히 길기 때문에 유수실내로 유입되는 파랑에너지가 크고, 와류 및 난류발생에 의한 파랑 에너지의 감쇠가 단주기파랑보다 작으며, 유수실내에서 다중 반사로 인한 파랑에너지의 포획이 보다 많기 때문인 것으로 판단된다.
후속연구
본 연구에서 고립파와 단파로 근사되는 지진해일의 작용파압에 대한 비교를 통해 동일한 파고의 단주기파랑보다 지진해일파의 경우가 최대 5배의 파압이 크게 작용하는 것을 확인할 수 있고, 이러한 결과들은 해안 및 항만구조물의 내파설계, 연안방재의 계획 및 정책과 향후의 연안개발계획 등에 기본 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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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