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실내실험 및 수치해석을 이용한 인공어초 세굴 거동 특성 연구
Scour Characteristics of Artificial Reef through Experiment and Numerical Analysis 원문보기

한국지반신소재학회논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.18 no.3, 2019년, pp.23 - 32  

윤대호 (Department of Ocean engineering, Pukyong National University) ,  김윤태 (Department of Ocean Engineering, Pukyong National University)

초록
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본 연구에서는 실내실험 및 수치해석을 통해 무보강 및 보강 조건에 따른 인공어초세굴 특성을 알아보았다. 해저 지반 보강재로는 지오그리드(geogrid)를 이용하였으며, 보강 면적은 인공어초 하부 면적 대비 1배, 3배 및 5배와 같이 다양한 배율로 적용하였다. 2차원 흐름 수조 실험을 통해 모래 및 실트 지반에서 인공어초의 세굴 패턴을 알아보았으며, 실내실험과 동일한 조건으로 수치해석을 수행하여 유속 벡터 분포 및 세굴 패턴을 알아보았다. 실내실험과 수치해석을 비교한 결과 세굴 패턴은 전반적으로 유사한 경향을 띄었으며, 무보강 지반보다 보강재를 설치한 인공어초 지반에서 세굴이 감소하는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study investigated the scour characteristics of artificial reef according to unreinforced and reinforced artificial reefs through laboratory test and numerical analysis. In this study, geogrid was used as a reinforcement of seabed. Three different reinforced areas were selected; one time, three...

주제어

표/그림 (16)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 해저 연약지반에 설치되는 인공어초의 안정성을 증대시키기 위해 실내실험 및 수치해석을 통해 무보강 및 보강에 따른 지반의 세굴 특성을 알아보았다. 사용된 보강재는 토목용 보강재인 지오그리드(geogrid)이며, 2차원 흐름 세굴 실험을 통해 무보강 및 각 보강 조건에서 인공어초의 세굴 특성을 알아보았다.
  • 본 연구에서는 인공어초 세굴 저감용 보강재의 적용성 검증을 위한 기초적인 연구 단계로서, 보강재의 설치로 인해 흐름에 의한 지반 입자의 세굴 유발을 저감시켜 인공어초의 안정성이 증대되는 효과를 확인하였다. 하지만 실제 해역의 경우 복잡한 조류의 흐름이 발생하며, 해저 지반의 공학적인 특성 또는 보강재의 특성 등과 같이 다양한 영향 인자를 고려해야 할 필요가 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
인공어초의 지속적인 안정성 확보를 통해 어떠한 이점을 얻을 수 있는가? 설치 단계에서 조사를 수행함에도 불구하고 인공어초의 지속적인 안정성 확보가 어려운 경우가 종종 발생한다. 즉 인공어초의 침하 및 세굴에 대한 방지책 등을 확보하게 될 경우 인공어초의 제 기능을 유지할 수 있으며 이로인해 경제적인 손실을 저감할 수 있다. 기존에 수행된 연구를 살펴보면 현장에 설치된 인공어초의 공용적 조사, 침하 및 세굴의 발생 현황 등 현장 실태 조사, 다양한 형태의 인공어초에 대한 수치 모델링 연구 등이 주를 이룬다(Kimura et al.
Flow-3D의 특징은? 본 연구에서 사용한 수치해석 프로그램인 Flow-3D는 Flow Science, Inc에서 개발한 상용 프로그램으로, 난류, shallow water, scalar 등 유동해석 뿐만 아니라 주조, 잉크젯 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 기본적으로 비정상 유동상태이며, Navier-Stokes 방정식을 유한차분법(finite difference method, FDM)과 유한체적법(finite volume method, FVM)을 사용하여 유체 흐름을 해석한다. 또한 난류 흐름을 해석하기 위해 혼합 길이 모형(mixing length model), 난류 에너지 모형(turbulence energy model), k-ε 모형, RNG(renormalized group) 모형 등 5가지의 모형을 적용하며 자유수면표현기법인 VOF(volume of fluid) 방​​​​​​​정식을 사용하고 있다.
해저 지반에 인공어초를 설치할 경우에 나타나는 문제점은? 인공어초는 연안 생태계 환경 조성과 어종의 다양성 향상 등 많은 부분에서 유익한 점이 있다. 하지만 해저 지반에 인공어초를 설치할 경우 인공어초의 자중에 의한 침하와 해수의 흐름 등 외력 조건에 의해 인공어초 주변의 토사가 유실되는 세굴이 발생할 수 있다. 이러한 인공어초침하, 세굴 및 매몰 등의 현상이 발생할 경우 인공어초의 공용적이 감소하여 인공어초 기능을 상실할 우려가 있다 (Kim, 2001; Yun and Kim, 2001; Kwak et al.
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참고문헌 (21)

  1. Ahn, S. J., Kim, U. Y. and Lee, J. K. (1999), Experimental Study for scour Protection around Bridge Pier by Falling- Flow Interruption, Journal of Korean Society of Civil Engineering, Vol.19, No.1, pp.57-65. 

  2. Briaud, J. L. (2008), Case Histories in Soil and Rock Erosion: Woodrow Wilson Bridge, Brazos River Meander, Normandy Cliffs, and New Orleans Levees, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol.134, No.10, pp. 1425-1447. 

  3. Briaud, J. L., Chen, H. C., Chang, K. A., Oh, S. J. and Chen, X. (2009), "Abutment Scour in Cohesive Materials." NCHRP Report 24-15(2), National Research Council: Transportation Research Board, Washington, DC, USA. 

  4. Briaud, J. L., Ting, F., Chen, H. C., Cao, Y., Han, S. W. and Kwak, K. S. (2001), Erosion Function Apparatus for Scour Rate Predictions, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol.127, No.2, pp.105-113. 

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  16. Raineault, N. A., Trembanis, A. C., Miller, D. C. and Capone, V. (2013), Interannual changes in seafloor surficial geology at an artificial reef site on the inner continental shelf. Continental shelf research, Vol.58, pp.67-78. 

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  19. Yeo, C. G., Lee, S. O., Yoon, S. E. and Song, J. W. (2011), Temporal Variation of Local Scour Depth in the Downstream of Weir with Shapes, Journal of Korean Society of Civil Engineering, Vol.31, No.4B, pp.353-360. 

  20. Yun, D. H. and Kim, Y. T. (2019), Behavoirs of Artificial Reef Reinforced with Settlement Reduction Reinforcement, Journal of Korean Geosynthetics Society, Vol.18, No.1, pp. 1-9. 

  21. Yun, S. J. and Kim, H. T. (2001), A Study of Artificial Reef Subsidence in Unsteady Flow-Wave Field, Journal of The Korean Society of Ocean Engineers, Vol.15, No.3, pp.28-34. 

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