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문제 정의
- 이런 측면을 고려해 볼 때 가스 하이드레이트의 세 번째 관점이 가장 인간에게 직접적이고 긴박한 문제이다(Kvenvolden, 2000). 따라서 본 논문에서는 해저사면의 붕괴사례를 이용하여 해리되는 가스 하이드레이트의 양에 따라 발생하는 간극수압을 계산하고 그에 따른 유효응력의 감소를 고려하여 수치해석적으로 해저사면의 안정성을 연구하였다.
- 본 연구는 지반공학의 관점에서 가스 하이드레이트의 해리가 해저사면에 어떤 영향을 미치는지를 연구하였다. 가스 하이드레이트가 매장되어 있는 해저사면에서 가스 하이드레이트층이 해리되면 과잉간극 수압이 발생하며 동시에 유효응력저하로 해저사면의 강도저하가 발생하여 사면의 붕괴가 우려된다.
- 가스 하이드레이트가 매장되어 있는 해저사면에서 가스 하이드레이트층이 해리되면 과잉간극 수압이 발생하며 동시에 유효응력저하로 해저사면의 강도저하가 발생하여 사면의 붕괴가 우려된다. 본 연구에서는 Storegga Slide의 붕괴사례를 재현하기 위하여 가스 하이드레이트의 해리되는 양에 따라 발생하는 과잉간극수압을 계산하였으며, 이 값이 해저사면의 안전성에 미치는 영향을 연구하였다. 본 연구에서 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 이럴 경우 얼음이 물로 변하면서 발생하는 흙 골격의 체적감소가 물에 압력을 가하여 간극수압이 상승하게 된다. 본 연구에서는 이 가정에 근거하여 해저 퇴적층에 존재하고 있는 가스 하이드레이트가 녹으면서 발생하는 간극수압을 계산할 수 있는 간단한 방법을 개발하였다. 그림 2(a)는 본 연구에서 가정한 가스 하이드레이트의 기본 구성으로 흙 골격 (solid), 하이드레이트(hydrate), 그리고 물(water 1)로 구성되었다.
가설 설정
- (1) Storegga Slide를 재현하기 위하여 5:1의 경사를 가진 해저사면의 100m아래에 두께 10m의 가스 하이드레이트층을 가정하였다. 이 층에 0.
- 본 연구에서는 이 가정에 근거하여 해저 퇴적층에 존재하고 있는 가스 하이드레이트가 녹으면서 발생하는 간극수압을 계산할 수 있는 간단한 방법을 개발하였다. 그림 2(a)는 본 연구에서 가정한 가스 하이드레이트의 기본 구성으로 흙 골격 (solid), 하이드레이트(hydrate), 그리고 물(water 1)로 구성되었다. 만약 물을 비압축성으로 간주하고 가스 하이드레이트가 해리되어 가스가 먼저 흙 입자 사이로 방출된다면 가스 하이드레이트의 해리 후의 체적은 그림 2(b)와 같다.
- Storegga Slide가 발생한 지역에서 예상되는 가스 하이드레이트의 해리 전의 마찰각 ∅′는 Sultan 등(2004)으로부터 28도로 가정하였다.
- Sultan 등(2004)은 Storegga Slide를 재현한 사면에서 예상되는 최대 가스 하이드레이트 양을 약 1%로 추정하였다. 따라서 1%범위에서 공극 속의 가스 하이드레이트의 양을 0.1, 0.5, 1%의 세 가지로 가정하였다. 식 (2)로부터 계산되는 과잉간극수압은 가스 하이드레이트가 1%일 때 (2×105kPa)(0.
- 모래 또는 진흙과 같은 흙 입자 사이에 서로 동결된 상태로 섞여 존재하는 가스 하이드레이트의 해리로 발생하는 간극수압을 계산하기 위하여 입자 배열 상태를 다음과 같이 가정하였다. 진흙이나 모래와 같은 흙 입자들이 비교적 느슨하게 서로 연결되어 있어 해리 시에 발생하는 가스가 느슨한 흙 입자들 사이로 먼저 빠져나가고 물만 흙 입자 사이에 남게 된다.
- 본 연구에서는 Storegga Slide를 재현하기 위하여 2차원 유한차분법 프로그램인 FLAC(Itasca, 2000)을 이용하여 그림 3과 같은 가스 하이드레이트층을 포함한 해저 유한사면을 가정하였다. 여기서 가정한 사면은 사면의 수평길이가 1000m이며 좌우측에 길이 500m의 단을 포함하고 있다.
- 본 연구에서는 식 (2)의 Bf를 2×105kPa로, n은 0.375로 각각 가정하였다.
- 여기서 가정한 사면은 사면의 수평길이가 1000m이며 좌우측에 길이 500m의 단을 포함하고 있다. 사면의 경사는 5:1(기울기는 11도)로 비교적 완만한 형태를 가지고 있으며, 사면의 두께는 평균 300m 정도이며 가스 하이드레이트층이 그림 3에 표시된 것처럼 해저사면에서 약 100m아래에 해저사면과 나란하게 형성되어 있다고 가정하였다. 해리되는 가스 하이드레이트의 양은 0.
- 본 연구에서는 Storegga Slide를 재현하기 위하여 2차원 유한차분법 프로그램인 FLAC(Itasca, 2000)을 이용하여 그림 3과 같은 가스 하이드레이트층을 포함한 해저 유한사면을 가정하였다. 여기서 가정한 사면은 사면의 수평길이가 1000m이며 좌우측에 길이 500m의 단을 포함하고 있다. 사면의 경사는 5:1(기울기는 11도)로 비교적 완만한 형태를 가지고 있으며, 사면의 두께는 평균 300m 정도이며 가스 하이드레이트층이 그림 3에 표시된 것처럼 해저사면에서 약 100m아래에 해저사면과 나란하게 형성되어 있다고 가정하였다.
- 5%)=15°, ∅'eq(1%)=0°로 이 값을 수치해석에 이용하였다. 팽창각과 점착력은 각각 0도와 0으로 가정하였다.
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