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- 본 실험에서 축척은 1:50으로 가정하여 Froude 상사법칙을 적용하여 유의주기와 유의파고를 산정하였다. 유의주기(Ts)는 현장 값으로 13 s, 실험실 값으로는 1.
제안 방법
- 5까지 제시하였다. 각 소파 블록에 대하여 두 가지의 서로 다른 피복 방법을 사용하였다. 각 그림에서 왼쪽 사진은 일층만 피복했을 때를 나타내며, 오른쪽 사진은 이층까지 피복을 완료한 상태를 나타낸다.
- 각각의 피복 블록에 대하여 두 가지의 정적 방법을 제안하였다. 각 피복 방법에 대하여 유의파고를 단계적으로 증가시키면서 소파 블록의 피해가 발생할 때까지 실험을 계속하였다. 안정계수는 최초로 피해가 발생하였을 때의 유의파고를 이용하여 Hudson(1959) 공식으로부터 계산하였다.
- 본 연구에서는 사석 방파제에 피복된 Tetrapod, Rakuna-IV 및 Dimple에 대하여 수리실험을 수행하여 서로 다른 정적 방법을 사용했을 때의 안정계수를 결정하였다. 각각의 피복 블록에 대하여 두 가지의 정적 방법을 제안하였다. 각 피복 방법에 대하여 유의파고를 단계적으로 증가시키면서 소파 블록의 피해가 발생할 때까지 실험을 계속하였다.
- 05로서 풍파를 나타낸다. 구체적인 유의파고의 범위는 각 소파 블록마다 달리 적용하여 실험을 진행하였다 (Table 2). Van der Meer(1987, 1988, 2000), Suh and Kang(2012) 등 피복재의 안정공식을 구하기 위한 연구에서는 주기의 영향을 고려하였으나, 본 연구에서 안정계수를 계산하기 위해 사용한 Hudson(1959) 공식에는 주기가 포함되어 있지 않기 때문에 하나의 주기만을 사용하였다.
- T-A 방법에서는 각 층에서 나머지 세 개의 다리의 방향이 일정하게 되도록 배치한 반면, T-B 방법에서는 한 열의 방향이 인접한 열의 방향과 반대가 되도록 배치하였다. 두 방법 모두 인접한 열 또는 인접한 행의 Tetrapod를 지그재그 형태로 배치하여 다이아몬드 격자 패턴이 되도록 하였다. 이 방법들은 Tetrapod를 정사각형 격자 패턴으로 배치한 Gürer et al.
- 조파수조의 양 끝을 제외한 부분은 투명 강화유리로 구성되어 있어 실험 중 모든 구간에서 관측이 가능하다. 본 실험에 사용된 파고계는 용량식 파고계로서, 절연 피 복선을 수중에 넣어 연직으로 설치되어 있는 전선과 수면 사이의 전기적 용량의 변화를 측정하여 수면변위를 계산한다. 파고계는 선형성과 응답성이 좋은 길이 0.
- 2 m씩 파고를 계속 증가시키며 실험을 수행한다. 본 실험에서는 소파 블록이 한 공칭 길이 이상 움직이거나, 다른 곳으로 이동했다가 원래 위치로 돌아오는 경우, 또는 그 자리에서 180o 이상 회전하는 경우를 피해로 간주하였다. 파고를 단계적으로 증가시킴으로써 소파 블록의 안정성에 영향을 미칠지도 모르는 관성 효과는 무시하였다.
- 본 연구에서 제안한 Dimple의 피복 방법은 Tetrapod 및 Rakuna-IV의 피복 방법과 다르며, Dimple을 개발한 Chisui 사의 카탈로그에 제시된 방법과도 다르다. 결과를 제시하지는 않았지만, Chisui 사의 카탈로그에 제시된 방법은 본 연구에서 제안한 방법보다 불안정하다는 것을 확인하였다.
- 본 연구에서는 사석 방파제에 피복된 Tetrapod, Rakuna-IV 및 Dimple에 대하여 수리실험을 수행하여 서로 다른 정적 방법을 사용했을 때의 안정계수를 결정하였다. 각각의 피복 블록에 대하여 두 가지의 정적 방법을 제안하였다.
- 사석 방파제의 대표적 방사형 소파 블록인 Tetrapod, Rakuna-IV 및 Dimple 각각에 대하여 두 가지씩 서로 다른 정적 피복 방법을 제안하였으며, 이에 상응하는 안정계수를 수리 실험을 통하여 결정하였다 (Table 3 참조). Tetrapod와 Rakuna-IV는 피복 방법에 상관없이 비슷한 안정계수를 보인 반면, Dimple은 피복 방법에 따라 약간 다른 안정계수를 보였다.
- 이에 본 실험에서는 양 쪽 벽에 위치한 소파 블록이 이탈하지 않도록 단단하게 고정시켰다. 소파 블록은 2층으로 피복하였으며, 용이한 피해 관측을 위해 두 열씩 다르게 도색한 소파 블록을 피복하였다.
- 소파블록 제거 후 다시 축조하여 같은 조건으로 실험을 총 5회 반복 수행한다.
- 하지만 양 쪽 벽에 접하고 있는 소파 블록은 맞물림 효과(interlocking effects)가 상대적으로 적게 작용하게 된다. 이에 본 실험에서는 양 쪽 벽에 위치한 소파 블록이 이탈하지 않도록 단단하게 고정시켰다. 소파 블록은 2층으로 피복하였으며, 용이한 피해 관측을 위해 두 열씩 다르게 도색한 소파 블록을 피복하였다.
- 2 m(현장 값) 증가시켜 조파를 실시한다. 일반적으로 한 폭풍의 지속시간을 재현하기 위해 1,000파를 사용하지만, 본 연구에서는 같은 조건의 실험을 5회 반복하기 때문에 실험 시간을 단축하기 위하여 500파를 조파하였다.
- 2 m 높이까지 설치되어 있다. 조파기로부터 13 m 떨어진 구간부터는 수조를 폭 0.6 m와 0.4 m 두 수로로 나누어 폭 0.6 m 수로에는 구조물을 설치하여 실험을 수행하였고, 폭 0.4 m 수로에는 파고계를 설치하여 입사파고를 측정하였다. 이렇게 함으로써 설치된 방파제에 의한 반사파의 영향이 없는 곳에서 입사파를 관측할 수 있다.
- 조파기에서 생성된 파가 방파제에 도달했을 때의 입사파를 측정하기 위해 방파제와 같은 위치의 0.4 m 폭의 수로에 파고계를 설치하였다. 폭 0.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 방파제는 경사식 방파제로서 경사는 국내에서 가장 빈번히 사용되는 1:1.5 경사를 사용하였다. 제체는 Fig.
- 수리실험은 Fig. 6에 보인 바와 같이 서울대학교 수리해안 실험실에 있는 길이 36 m, 폭 1.0 m, 그리고 높이 1.2 m의 조파수조에서 수행되었다. 조파기는 Piston 식으로 조파수조의 한쪽 끝에 설치되어 있으며, 조파기로부터 20 m 떨어진 곳부터 해안 구조물 설치 지점의 전형적인 해저경사로 볼 수 있는 1:25의 바닥경사가 5 m 구간에 걸쳐 0.
- 실험에 사용된 Tetrapod는 32 ton 급을 1:50의 축척으로 만든 모델로, 높이(h) 7.1 cm, 공칭길이(Dn) 4.64 cm, 그리고 밀도(ρa) 2.23 g/cm3로 제작되었으며, 포화중량(W)은 약 223.5 g이다.
- 5 경사를 사용하였다. 제체는 Fig. 7에 보인 바와 같이 공칭길이 1.5 cm 이하의 쇄석으로 구성되어 있는 코어와 공칭길이가 1.6~1.8 cm이고 평균 중량이 약 13.5 g 인 필터층과 Toe로 구성되어 있으며, 필터층위에 소파 블록을 2층으로 피복하였다. 방파제 마루높이는 34 cm로 하여 월파가 거의 발생하지 않도록 하였다.
- 파고계는 선형성과 응답성이 좋은 길이 0.8 m의 파고계로서, 수위 측정 가능 범위는 정수면 기준 ±0.4 m이다.
이론/모형
- 4 m 수로에는 방파제가 설치되지 않지만 수조 끝의 소파장치로부터 약간의 반사파가 발생한다. 3점 분리법(Suh et al., 2001)을 이용하여 입사파와 반사파를 분리하기 위해 총 3개의 파고계를 설치하였다. 입사파와 반사파 분리를 위해서는 파고계 간의 간격이 한 파장 내에 위치해야 한다.
- 구체적인 유의파고의 범위는 각 소파 블록마다 달리 적용하여 실험을 진행하였다 (Table 2). Van der Meer(1987, 1988, 2000), Suh and Kang(2012) 등 피복재의 안정공식을 구하기 위한 연구에서는 주기의 영향을 고려하였으나, 본 연구에서 안정계수를 계산하기 위해 사용한 Hudson(1959) 공식에는 주기가 포함되어 있지 않기 때문에 하나의 주기만을 사용하였다.
- ⑩ 피해 발생 시 실험을 중단하고 취득한 파랑자료로부터 3점 분리법(Suh et al., 2001)을 이용하여 입사파와 반사파를 분리한다.
- ⑪ Zero-upcrossing method를 이용하여 유의파고와 유의주기를 산정한다.
- ⑬ Hudson(1959) 공식을 이용하여 안정계수를 산정한다.
- 본 실험에서는 식 (1)의 Modified Bretschneider-Mitsuyasu spectrum(Goda, 2010)을 사용하였으며, 이는 Pierson-Moskowitz spectrum과 동일하다.
- 각 피복 방법에 대하여 유의파고를 단계적으로 증가시키면서 소파 블록의 피해가 발생할 때까지 실험을 계속하였다. 안정계수는 최초로 피해가 발생하였을 때의 유의파고를 이용하여 Hudson(1959) 공식으로부터 계산하였다.
성능/효과
- Dimple의 경우에는 피복 방법에 따라 다소 다른 안정계수를 보였으며, D-B 방법의 안정계수가 D-A 방법보다 컸다. D-B 방법의 경우, 본 연구에서 사용한 조파수조에서 발생시킬 수 있는 최대 파고에서도 피해가 발생하지 않았다.
- Dimple이 가장 큰 안정계수를 보인 반면, Tetrapod 는 가장 작은 값을 보였다. Tetrapod와 Rakuna-IV는 정적일 때의 안정계수가 난적보다 약간 큰 값을 보인 반면, Dimple 은 정적 시의 안정계수가 난적보다 훨씬 큰 값을 보였다. 하지만, 본 연구에서 제안한 Dimple의 정적 방법은 일층 피복 블록처럼 거동하여 급작스러운 파괴를 야기할 수 있기 때문에 주의를 요한다.
- 사석 방파제의 대표적 방사형 소파 블록인 Tetrapod, Rakuna-IV 및 Dimple 각각에 대하여 두 가지씩 서로 다른 정적 피복 방법을 제안하였으며, 이에 상응하는 안정계수를 수리 실험을 통하여 결정하였다 (Table 3 참조). Tetrapod와 Rakuna-IV는 피복 방법에 상관없이 비슷한 안정계수를 보인 반면, Dimple은 피복 방법에 따라 약간 다른 안정계수를 보였다. Dimple이 가장 큰 안정계수를 보인 반면, Tetrapod 는 가장 작은 값을 보였다.
- 본 연구에서 제안한 Dimple의 피복 방법은 Tetrapod 및 Rakuna-IV의 피복 방법과 다르며, Dimple을 개발한 Chisui 사의 카탈로그에 제시된 방법과도 다르다. 결과를 제시하지는 않았지만, Chisui 사의 카탈로그에 제시된 방법은 본 연구에서 제안한 방법보다 불안정하다는 것을 확인하였다. Dimple에 대해서도 두 가지 서로 다른 방법을 제안하였다.
- Rakuna-IV 역시 피복 방법에 상관없이 비슷한 안정계수와 공극률을 보였다. 계산된 안정계수 또한 Rakuna-IV를 개발한 Nikken Kogaku 사의 카탈로그에 제시된 난적의 안정계수 9.44보다 크다. 난적 대비 안정계수의 증가율은 R-A의 경우 12%, R-B의 경우 8%이다.
- 세 가지 소파 블록의 안정계수를 비교한 결과, Dimple이 가장 안정적이고, Rakuna-IV가 그 다음이며, Tetrapod가 가장 불안정함을 보였다. 모든 소파 블록에 대하여 안정계수의 변동계수가 0.06 이하로서, 5회 반복 실험의 실험 오차가 매우 작음을 나타낸다. 정적으로 쌓은 Tetrapod나 Rakuna-IV의 공극률은 난적의 공극률 (Tetrapod 50% 및 Rakuna-IV 56.
- Tetrapod에 대한 두 가지 피복 방법은 안정계수도 비슷하고 공극률도 비슷하다. 본 연구에서 계산된 안정계수는 Shore Protection Manual에 난적에 대하여 주어진 값 7.0보다 약간 크다. 난적 대비 안정계수의 증가율은 T-A의 경우 7%, T-B 의 경우 4%이다.
- 또한 Chisui 사의 카탈로그에는 정적 방법도 제시되어 있다. 본 연구에서 이 정적 방법에 대하여 수리실험을 수행한 결과 (결과는 제시하지 않음), 8.0~9.0 사이의 아주 작은 안정계수를 보였다. 본 연구에서 사용한 정적 방법이 큰 안정계수를 나타내는 이유는 아마도 소파 블록이 (작은 공극률로) 매우 조밀하게 쌓여져서 일층 피복 블록과 비슷한 거동을 보이기 때문일 것이다.
- 세 가지 소파 블록의 안정계수를 비교한 결과, Dimple이 가장 안정적이고, Rakuna-IV가 그 다음이며, Tetrapod가 가장 불안정함을 보였다. 모든 소파 블록에 대하여 안정계수의 변동계수가 0.
후속연구
- (2005)의 방법들과 다르다. Tetrapod에 대하여 이들의 방법과 비교하는 추가 연구가 필요하다. 또한 이 방법들은 Rakuna-IV와 Dimple에 대해서도 적용할 수 있을 것으로 보이며, 이것들에 대한 추가 실험이 필요하다.
- 난적 대비 안정계수의 증가율은 R-A의 경우 12%, R-B의 경우 8%이다. 따라서 Tetrapod나 Rakuna-IV의 난적에 대하여 제시된 안정계수를 정적의 경우에 적용한다면 결과적으로 보다 안정적인 설계가 될 것이다.
- Tetrapod에 대하여 이들의 방법과 비교하는 추가 연구가 필요하다. 또한 이 방법들은 Rakuna-IV와 Dimple에 대해서도 적용할 수 있을 것으로 보이며, 이것들에 대한 추가 실험이 필요하다.
- Shore Protection Manual의 안정계수는, 일반적으로 no-damage 조건이라고 일컬어지는, 0~5% 피해에 근거하여 계산되었다. 하지만, 본 연구에서는 최초 피해에 해당하는 파고 Hsi를 사용하여 안정계수를 계산하였는데, 이는 실제 현장에서의 불확실성이 실험실에서보다 크고 또한 실험실 실험에서는 소파 블록의 파손에 의한 피해를 재현할 수 없기 때문에 실험실 자료를 사용할 경우 좀 더 보수적인 기준을 사용해야 하기 때문이다.
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