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olaFlow 모델에 의한 규칙파작용 하 혼성방파제-해저지반의 상호작용에 관한 수치시뮬레이션
Numerical Simulation of Interaction between Composite Breakwater and Seabed under Regular Wave Action by olaFlow Model 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.30 no.6, 2018년, pp.270 - 285  

배주현 (한국해양대학교 대학원 토목환경공학과) ,  이광호 (가톨릭관동대학교 에너지플랜트공학과) ,  정욱진 (한국해양대학교 대학원 토목환경공학과) ,  김도삼 (한국해양대학교 건설공학과)

초록
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해안 항만구조물을 대표하는 혼성방파제의 설계에서 파랑하중에 의한 사석마운드 및 해저지반의 내부에서 과잉간극수압의 거동과 그에 따른 구조물의 파괴가 논의되어 왔고, 이를 수치시뮬레이션기법으로 규명하려는 시도가 있어왔다. 수치시뮬레이션에 관한 대부분의 연구에서는 선형 및 비선형의 해석법이 적용되었지만, 난류모델를 고려한 강비선형해석법이 적용된 사례는 거의 없었다. 본 연구에서는 VOF 법에 의한 쇄파현상과 LES 법에 의한 난류모델을 고려하는 고정도의 혼상류해석법인 olaFlow 모델을 적용하였으며, 규칙파-해저지반 및 규칙파-혼성방파제-해저지반의 상호작용해석에 관한 기존의 수치해석해 및 실험치와의 비교로부터 olaFlow 모델의 타당성을 입증하였다. 이로부터 혼성방파제의 케이슨과 사석마운드에서뿐만 아니라 해저지반의 내부에서 규칙파랑하중에 의한 수평파압, 과잉간극수압의 공간분포, 평균유속, 평균와도의 공간분포에 관한 특성 및 와도 크기의 평균분포와 평균난류 운동에너지와의 관계를 검토하였으며, 나아가 혼성방파제의 안정성을 논의하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The behavior of wave-induced pore water pressure inside the rubble mound and seabed, and the resultant structure failure are investigated, which are used in design of the composite breakwater representing the coastal and harbor structures. Numerical simulation techniques have been widely used to ass...

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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
파랑에 의한 해저지반의 동적응답 특성은 무엇에 중요한 요소인가? 파랑에 의한 해저지반의 동적응답 특성은 해양구조물의 기초설계와 연안구조물의 안정성 평가에 있어서 중요한 요소이다. 특히, Zen et al.
Hybrid 기법의3단점을 보완하기 위해 Kim(2007)은 어떤 방법을 제안하였는가? 이러한 연구는 Hybrid 기법으로 파동장과 해저지반을 따로 계산하고 이를 결합하여 해석하여야하는 단점이 있을 뿐만 아니라 해저지반 내에서 간극수의 흐름을 정상류로 가정하고 있으므로 간극수의 비정상 흐름에 대한 특성 규명에는 제한이 있다. 한편, Hybrid 기법의 단점을 보완하기 위해 Kim(2007)은 파동장과 해저지반을 하나의 지배방정식으로 구성하고, 유한차분법을 적용한 직접 수치해석기법을 제안하였다. 이 기법은 쇄파현상을 포함한 강비선형해석을 수행할 수 있지만, 난류모델이 적용되지 않아 파동부와 사석마운드부 및 지반부에서 난류의 영향 및 그에 따른 특성을 평가할 수 없었다.
olaFlow 모델의 타당성 검증 실험에서 평균유속과 평균와도는 어떤 결과를 얻는가? (1) 해저지반 내에서 간극수의 흐름은 중복파의 파곡 하에서는 상향으로, 파봉 하에서 하향으로 각각 주어진다. 또한, 케이슨 저면 사석마운드와 해저지반 내에서 흐름은 케이슨 전면이 파봉일 때 항내측으로, 파곡일 때 항외측으로 나타난다. (2) 최대무차원과잉간극수압은 케이슨 전면의 사석마운드부에서 가장 크게, 그리고 중복파의 배 위치에서도 크게 나타난다. 파형경사가 증가함에 따라 해저지반 내 과잉간극수압의 영향범위가 넓게 분포되고, 파형경사가 감소함에 따라 케이슨 전면의 사석마운드부와 중복파의 배 위치에서 크게 나타난다. (3) 평균유속과 평균와도는 파형경사가 증가함에 따라 케이슨 전면 사석마운드 상 및 부근에서 순환셀이 발생되며, 사석마운드 항외측 경사면에서 강한 전단흐름이 발생된다. 이러한 순환셀과 전단흐름은 구조물의 안정성에 영향을 미칠 수 있다. (4) 와도 크기의 평균분포와 평균난류에너지의 분포에서 난류에너지는 와도 크기에 직접적인 영향을 미치고, 케이슨 전면 사석마운드부, 사석마운드 전면 경사면 그리고 중복파의 마디에 해당하는 위치에서 크게 나타난다. 그리고, 파형경사의 증가에 따라 크게 발생되고, 파형경사의 감소에 따라 중복파의 마디위치에서 크게 발생하지만, 케이슨 전면 사석마운드부와 사석마운드 전면 경사면에서는 작아진다. (5) 케이슨 및 사석마운드 저면에서 최대무차원과잉간극수압에서 본 연구의 검토범위 내 단주기 하에서는 파고의 증가에 따라 크게 나타나지만, 장주기 하에서는 역으로 파고의 감소에 따라 크게 나타난다. 최대무차원과잉간극수압의 수평방향 최대치의 크기와 발생위치는 파고보다는 주기의 영향을 상대적으로 크게 받는다. (6) 케이슨의 전면에 작용하는 최대무차원수평파압에 대해본 연구의 검토범위 내에서 정수면과 정수면 하에서는 Goda(2010)의 파압분포와 동일한 양상을 나타내지만, 정수면 상에서는 Goda(2010)의 경우와는 상이하게 비선형성분의 발달에 따른 비정수압분포를 나타내고, 이는 입사파의 파형경사가 클수록 커지고, 동시에 전면에서 처오름고도 높아진다.
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