선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 사각형 복합 인공어초의 침하 및 세굴을 저감하기 위한 방안으로 지오그리드를 인공어초설치 지반에 보강하여 대형 수조 침하 실험, 2차원 흐름 수조 실험 등 다양한 실내 실험을 통해 인공어초 설치 지반의 보강 유･무에 따른 침하 및 세굴 저감 특성을 알아보았다. 현장 지반의 거동을 모사하기 위해 전라북도 고창 전면해역에서 현장 시료를 채취해 왔다.
- 본 연구에서는 사각형 복합 인공어초의 침하 및 세굴을저감하고자 지오그리드를 보강하여 대형 수조 침하 실험,2차원 세굴 실험 등과 같은 다양한 실내 실험을 통해 침하 및 세굴 저감 특성을 알아보았다. 또한 인공어초의 배치에 따른 실내 실험 및 수치해석을 수행하였으며, 유속 분포 및 세굴 특성을 조사한 결과는 다음과 같다.
가설 설정
- 0m이며 수조의 양 끝단에 수위 조절용 수조가 설치되어 있어 동수경사를 이용하여 일정 유속의 흐름을 지속적으로 발생시킬 수 있다. 유속 지속 시간은 태풍이나 폭풍파의 지속시간을 3시간으로 가정하여 Froude 상사법칙에 의해 30분으로 하였다(Sohn, 2007; Sohn et al. 2010).
제안 방법
- 2차원 단면 수로를 이용하여 지오그리드 보강 유･무에 따른 사각형 복합 인공어초의 세굴 실험을 수행하였다. 2차원 단면 수로의 제원은 폭 0.
- 2차원 흐름 수조를 이용하여 지오그리드의 보강 유･무에 따른 사각형 복합 인공어초의 세굴 실험을 수행하였다. 무보강된 인공어초 및 지오그리드가 보강된 인공어초에 대해 각각 2회씩 실험을 수행하였다.
- 본 연구에 사용된 어초는 사각형 복합 인공어초로서 패조류용 어초로 분류된다. 대형 수조 침하 실험 및 2차원 수조 세굴 실험을 수행하기 위해 아크릴 및 무게추를 이용하여 Fig. 1과 같은 사각형 복합 인공어초의 모형을 제작하였다. 이때 모형의 크기는 수조의 특성, 실험파의 제원 및 조파기의 성능 등을 고려하여 Froude 상사법칙을 따라서 1:40의 비율로 축소하였다(Ryu et al.
- 각 배치조건 별 격자망 구성은 인공어초가 설치된 부분을 중심으로 조밀한 간격으로 구성하였으며, 배치도 A의 경우 총 530,100개, 배치도 B의 경우 총 540,000개의 격자망으로 구성하였다. 동일한 유속 조건으로 총 2,000초 동안 수치해석을 수행하였다.
- 현장 지반의 거동을 모사하기 위해 전라북도 고창 전면해역에서 현장 시료를 채취해 왔다. 또한 인공어초의 배치 조건에 따른 세굴 특성을 알아보기 위해 두 가지 인공어초 배치 형태에 대한 실내 실험 및 수치해석을 수행하여 인공어초 배치 형태에 따른 특성을 분석하였다.
- 본 연구에서는 사각형 복합 인공어초의 침하 및 세굴을저감하고자 지오그리드를 보강하여 대형 수조 침하 실험,2차원 세굴 실험 등과 같은 다양한 실내 실험을 통해 침하 및 세굴 저감 특성을 알아보았다. 또한 인공어초의 배치에 따른 실내 실험 및 수치해석을 수행하였으며, 유속 분포 및 세굴 특성을 조사한 결과는 다음과 같다.
- 2차원 흐름 수조를 이용하여 지오그리드의 보강 유･무에 따른 사각형 복합 인공어초의 세굴 실험을 수행하였다. 무보강된 인공어초 및 지오그리드가 보강된 인공어초에 대해 각각 2회씩 실험을 수행하였다. Fig.
- 사각형 복합 인공어초가 설치된 현장 지반에서 지오그리드 보강 유･무에 따른 침하 특성을 살펴보기 위해 Fig. 3과 같이 대형 수조 침하 실험을 수행하였다. 대형 수조는 폭은 0.
- 수중낙사법으로 지반의 두께를 약 0.45m까지 균등하게 조성한 후 인공어초를 설치하고, 인공어초 상부에 다이얼게이지를 설치하여 침하량을 측정하였다. 이때 침하 기간은 총 10일 동안 수행하였으며 실험의 정확성을 위해 지오그리드의 보강 유･무 조건에 따라 각 3회씩 수행하였다.
- 8m로 배치하였다. 수치모델에서 좌표계는 X, Y, Z를 축으로 하는 직교좌표계를 사용하였으며, X축을 흐름 방향으로 하여 인공어초를 설치하였다. 인공어초 주변의 유동특성 및 세굴패턴을 예측하기 위한 격자망은 기준이 되는 인공어초 설치 위치(0,0,0)를 중심으로 X축은 –100m에서 40m까지, Y축은 –10m에서 12m까지, Z축은 –2m에서 14m까지 구성하였다.
- 수치해석에 적용된 구조물, 지반, 흐름, 수심 등에 대한 조건은 Table 3과 같다. 수치해석에서 사용된 유속 분포는 인공어초의 설계 유속을 고려하여 2m/s으로 하였으며, 수심은 현장 해역의 수심 분포를 고려하여 10m로 하였다.
- 45m까지 균등하게 조성한 후 인공어초를 설치하고, 인공어초 상부에 다이얼게이지를 설치하여 침하량을 측정하였다. 이때 침하 기간은 총 10일 동안 수행하였으며 실험의 정확성을 위해 지오그리드의 보강 유･무 조건에 따라 각 3회씩 수행하였다. 여기서실험에 사용된 지오그리드는 연약지반 보강용 제품으로 인장강도는 60kN/m이고, 그리드의 크기는 6mm×6mm이다.
- 인공어초 주변의 유동특성 및 세굴패턴을 예측하기 위한 격자망은 기준이 되는 인공어초 설치 위치(0,0,0)를 중심으로 X축은 –100m에서 40m까지, Y축은 –10m에서 12m까지, Z축은 –2m에서 14m까지 구성하였다.
- 인공어초의 각 배치도에 따른 유속 분포를 살펴보기 위해 각 배치도에서 인공어초의 중심 단면에 따른 유속의 크기를 측정하였으며, 그 결과는 Fig. 11과 같다. 각 단면별 유속 분포를 살펴보면 먼저 배치도 A의 경우(Fig.
- 7과 같다. 지오그리드가 보강되지 않은 지반(unreinfroced)과 지오그리드가 보강된지반(reinforced geogrid) 조건에 따라 각각 3회씩 실험을 수행하였으며, 10일 후 침하 실험을 종료하였다. 침하 거동을 살펴보면 인공어초를 설치한 후 즉시 침하가 크게 발생하였으며, 이후 시간 경과에 따라 침하가 서서히 발생하는 거동을 보였다.
- 지오그리드의 보강에 따른 인공어초의 침하 저감비를 알아보기 위해 식 (1)과 같이 지오그리드가 보강된 인공어초와 무보강된 인공어초의 침하 관계인 침하저감비(settlement reduction ratio, SRR)를 산정하였다.
- 인공어초 주변의 유동특성 및 세굴패턴을 예측하기 위한 격자망은 기준이 되는 인공어초 설치 위치(0,0,0)를 중심으로 X축은 –100m에서 40m까지, Y축은 –10m에서 12m까지, Z축은 –2m에서 14m까지 구성하였다. 흐름장을 수치해석하기 위한 경계조건으로는 Y축 방향은 벽면 마찰 등을 최소화하기 위해 대칭조건(symmetry)으로 하였으며, X축을 기준으로 유입과 유출 경계를 주고, Z축은 벽(wall)으로 하여 흐름의 영향이 발생하지 않도록 하였다(Fig. 6). 각 배치조건 별 격자망 구성은 인공어초가 설치된 부분을 중심으로 조밀한 간격으로 구성하였으며, 배치도 A의 경우 총 530,100개, 배치도 B의 경우 총 540,000개의 격자망으로 구성하였다.
대상 데이터
- 6). 각 배치조건 별 격자망 구성은 인공어초가 설치된 부분을 중심으로 조밀한 간격으로 구성하였으며, 배치도 A의 경우 총 530,100개, 배치도 B의 경우 총 540,000개의 격자망으로 구성하였다. 동일한 유속 조건으로 총 2,000초 동안 수치해석을 수행하였다.
- 3과 같이 대형 수조 침하 실험을 수행하였다. 대형 수조는 폭은 0.5m, 높이는 1.0m이며, 길이는 2m이다. 지반 조성을 하기 위해 수조에 물을 채운 뒤 건조된 흙을 20번 체를 이용하여 수중낙사법으로 지반을 조성하였다.
- 일반 어초 중에는 반구형, 원통형, 요철형 어초 등 약 29종의 패조류용 어초가 존재한다. 본 연구에 사용된 어초는 사각형 복합 인공어초로서 패조류용 어초로 분류된다. 대형 수조 침하 실험 및 2차원 수조 세굴 실험을 수행하기 위해 아크릴 및 무게추를 이용하여 Fig.
- 본 연구에서는 현장 지반의 조건을 유사하게 나타내기 위해 전라북도 고창 전면해역에서 현장 시료를 채취하여 실내실험을 수행하였다. 현장에서 채취된 시료는 주로 실트로 이루어져 있으며, 자갈, 조개 등의 불순물이 거의 섞여 있지 않은 고른 상태로 이루어져 있다(Fig.
- 수치해석을 위해 사용된 인공어초의 배치형태는 Fig. 4와 같이 type A와 type B이다. 인공어초 배치 및 간격은 실내실험과 동일한 조건인 인공어초 높이(H=2.
- 여기서실험에 사용된 지오그리드는 연약지반 보강용 제품으로 인장강도는 60kN/m이고, 그리드의 크기는 6mm×6mm이다.
- 4와 같이 type A와 type B이다. 인공어초 배치 및 간격은 실내실험과 동일한 조건인 인공어초 높이(H=2.4)의 두 배인 4.8m로 배치하였다. 수치모델에서 좌표계는 X, Y, Z를 축으로 하는 직교좌표계를 사용하였으며, X축을 흐름 방향으로 하여 인공어초를 설치하였다.
데이터처리
- 사각형 복합 인공어초 주변의 흐름장을 해석하기 위해 수치해석 프로그램인 Flow-3D를 이용하였다. 수치해석에 적용된 구조물, 지반, 흐름, 수심 등에 대한 조건은 Table 3과 같다.
이론/모형
- 1과 같은 사각형 복합 인공어초의 모형을 제작하였다. 이때 모형의 크기는 수조의 특성, 실험파의 제원 및 조파기의 성능 등을 고려하여 Froude 상사법칙을 따라서 1:40의 비율로 축소하였다(Ryu et al., 1986). Table 2와 같이 사각형 복합 인공어초 모델의 크기는 75mm×50mm×60mm이다.
- 0m이며, 길이는 2m이다. 지반 조성을 하기 위해 수조에 물을 채운 뒤 건조된 흙을 20번 체를 이용하여 수중낙사법으로 지반을 조성하였다. 수중낙사법은 수중에서 퇴적된 자연 상태의 지반 구조를 나타내는 방법 중 하나로 현장 지반과 유사한 구조를 잘 나타내며, 건조낙사법보다 시료의 포화가 확실하게 되는 장점이 있다(Vaid et al.
성능/효과
- (1) 대형 수조를 이용하여 지오그리드의 보강 유･무에 따른 사각형 복합 인공어초의 침하 실험을 수행한 결과를 살펴보면 지오그리드가 보강된 지반에서 작은 침하량을 보였다. 또한 실험 결과를 이용하여 침하저감비를 산정한 결과 평균 약 29.
- (2) 2차원 흐름 수조를 이용하여 세굴 실험을 수행한 결과, 세굴 깊이비는 무보강 지반의 경우 19.8%, 보강지반의 경우 8%로 나타났으며, 지반을 지오그리드로 보강한 경우 약 12% 가량 세굴이 감소하였다. 또한 인공어초의 배치도에 따른 세굴 경향을 살펴본 결과 배치도 A의 경우 첫 번째 인공어초가 흐름에 저항하여 세굴이 점차 감소하였으나, 배치도 B에서는 첫 번째 인공어초와 두 번째 인공어초의 세굴 깊이가 유사하게 나타났다.
- (3) 수치해석을 통해 각 배치도에 따른 유속 벡터 분포를 살펴본 결과 일정하게 진행되는 유속이 인공어초의 설치로 인해 첫 번째 인공어초의 전면부 모서리에 집중되었으며, 후면부에서는 유속이 감소되었다. 각 배치도에 따른 유속의 크기를 살펴보면 배치도 A의 경우 일정한 크기로 진행되던 유속이 첫 번째 인공어초를 지나면서 점차 감소되었으나, 배치도 B에서는 첫 번째 인공어초가 두 번째 인공어초의 유속 저감에 큰 영향을 미치지 못하였다.
- 먼저 배치도 A의 경우(Fig. 9(a)) 첫 번째 인공어초에서 가장 큰 세굴이 발생하였으며, 두 번째 및 세 번째 인공어초에서는 세굴 깊이가 상대적으로 작게 나타났다. 특히 두 번째에 위치한 인공어초의 경우 세굴 깊이가 가장 작았다.
- 지오그리드가 보강되지 않은 연약 지반의 경우 인공어초의 자중에 의해 큰 침하가 발생하게 된다. 3회의 대형수조 침하 실험을 통해 산정된 SRR은 각각 29.7%, 30.0% 및 28.6%로서, 인공어초가 설치된 하부지반에 지오그리드를 보강함에 따라 평균 약 29.4%의 침하를 저감할 수 있다. 이러한 결과는 지오그리드가 보강된 경우 지오그리드 자체에서 발생하는 인장력과 흙 입자와 지오그리드 표면 사이의 마찰력(friction)과 억물림(interlocking)이 작용하여 지반의 지지력을 증가시켜 침하가 감소된 것으로 판단된다.
- 085mm로 나타났으며, 통일분류법(USCS)에 의해 실트 질 모래(SM)로 분류되었다. 또한 다짐 실험을 통해 구한 최대건조단위중량과 최적함수비는 각각 14.73kg/m3과17.55%로 나타났다.
- (1) 대형 수조를 이용하여 지오그리드의 보강 유･무에 따른 사각형 복합 인공어초의 침하 실험을 수행한 결과를 살펴보면 지오그리드가 보강된 지반에서 작은 침하량을 보였다. 또한 실험 결과를 이용하여 침하저감비를 산정한 결과 평균 약 29.4%의 침하 저감을 보였다. 이는 지반 입자와 지오그리드 표면 사이의 마찰력(friction)과 억물림(interlocking)이 작용하여 지반의지지력을 증가시킨 결과로 판단된다.
- 초기 유속 분포 경향은 배치도 A와 유사하였으나, 후류 영역의 크기는 상대적으로 작게 나타났다. 또한 인공어초가 설치된 지점을 통과하여 거리가 멀어질수록 배치도 B의 유속이 배치도 A의 유속보다 더 큰 값을 가지는 경향을 보였다. 이를 통해 배치도 B의 경우 첫 번째 인공어초가 두 번째 인공어초의 유속 저감에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 보이며, 이러한 결과는 앞서 수행한 2차원 흐름 수조 실험을 통해 구한 결과와 유사하다.
- 8%, 보강지반의 경우 8%로 나타났으며, 지반을 지오그리드로 보강한 경우 약 12% 가량 세굴이 감소하였다. 또한 인공어초의 배치도에 따른 세굴 경향을 살펴본 결과 배치도 A의 경우 첫 번째 인공어초가 흐름에 저항하여 세굴이 점차 감소하였으나, 배치도 B에서는 첫 번째 인공어초와 두 번째 인공어초의 세굴 깊이가 유사하게 나타났다.
- Table 1은 본 연구에서 사용된 현장 시료의 기본 물성 실험 결과를 나타낸다. 입도분포실험 결과 평균 입경(D50)은 약 0.085mm로 나타났으며, 통일분류법(USCS)에 의해 실트 질 모래(SM)로 분류되었다. 또한 다짐 실험을 통해 구한 최대건조단위중량과 최적함수비는 각각 14.
- 세굴 실험 결과를 바탕으로 식 (2)를 이용하여 인공어초 높이에 대한 세굴 깊이의 비인 세굴 깊이비(scour depth ratio, SDR)를 산정하였다. 지오그리드의 보강 유･무에 따른 인공어초의 세굴 깊이비를 산정한 결과 무보강된 인공어초의 세굴 깊이비는 약 19.8%로 나타났다. 지오그리드가 보강된 인공어초의 경우 약 8.
- 침하 거동을 살펴보면 인공어초를 설치한 후 즉시 침하가 크게 발생하였으며, 이후 시간 경과에 따라 침하가 서서히 발생하는 거동을 보였다. 지오그리드의 보강 유･무에 따른 침하량을 살펴보면, 무보강된 인공어초(unreinforced AR)의침하량은 각각 2.76mm, 2.63mm, 2.80mm로서 평균 약 2.73mm의 침하가 발생하였으며, 지오그리드가 보강된 인공어초(reinforced AR)의 경우 각각 1.84mm, 1.94mm,2.00mm로서 평균 약 1.93mm의 침하가 발생하였다.
- 유속 벡터 분포를 살펴보면 흐름 방향으로 일정하게 진행되는 유속 벡터가 인공어초에 의해 첫 번째 인공어초의 전면부 가장자리에 집중되었다. 첫 번째 인공어초의 후면부에서는 유속 벡터가 음의 값을 갖고, 크기도 작았으며, 전면부 모서리에서 집중된 유속 벡터로 인해 지반 입자의 수송이 일어나 세굴이 발생하는 것으로 보인다. 각 배치도에 따른 유속 벡터 분포를 살펴보면 먼저 배치도 A(Fig.
- 구조물이 없는 경우에서 유입경계 유속이 2m/s일 때를 기준으로 유입경계에서 100m 떨어진 지점에서 인공어초로 접근하는 충분히 잘 발달된 유속의 연직분포를 보였다. 최대 유속은 2.03m/s이고, 저면 마찰에 의한 전단응력이 영향을 미치는 높이는 저면으로부터 약 1.5m로 나타났으며, 전체적으로 균등한 크기의 유속 분포를 나타내었다. 여기서 유속이 0m/s인 수심 -2m～0m 구간은 해저지반으로 구성되어 있다.
- 흐름에 의해 인공어초 전면부에서는 세굴이 발생하나 인공어초 측면부에서는 점차 퇴적이 발생하였다. 퇴적된 지반의 높이는 세굴 깊이보다 상대적으로 낮은 높이로 퇴적되었다. 먼저 배치도 A의 경우(Fig.
후속연구
- 본 연구의 결과는 실내 실험의 한계 및 수치해석의 조건인 수심 및 유속을 단일 조건으로 수행하였으므로 일반화하기에는 한계가 있다. 따라서 추후 더 많은 실험 및 수치해석을 통해 다양한 분석 및 검증이 필요하다.
- 본 연구의 결과는 실내 실험의 한계 및 수치해석의 조건인 수심 및 유속을 단일 조건으로 수행하였으므로 일반화하기에는 한계가 있다. 따라서 추후 더 많은 실험 및 수치해석을 통해 다양한 분석 및 검증이 필요하다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.