인공어초 시설지반의 지반공학적 세굴특성 = Geotechnical scour characteristics around Artificial Reefs
저자
발행사항
여수 : 전남대학교 대학원, 2008
학위논문사항
학위논문(박사)-- 전남대학교 대학원 : 건설ㆍ환경공학과(해양토목공학전공) 2008. 2
발행연도
2008
작성언어
한국어
주제어
DDC
624 판사항(22)
발행국(도시)
전라남도
기타서명
Geotechnical scour characteristics around Artificial Reefs
형태사항
143 p. : 삽도 ; 26cm.
일반주기명
지도교수:이익효
참고문헌 수록
소장기관
Studies on the scour characteristics generated in the facilitated ground of artificial reefs are necessary to improve the stability of artificial reefs. The scour generated in the facilitated ground can be influenced by various parameters, such as the shape, scale, and location of reefs, sea-water flow, and ground properties. The impact factors that most affect the scour of artificial reefs are the characteristics of flow and ground. This study performed a numerical simulation using a Flow-3D program based on the parameters obtained from the field monitoring performed by diving and laboratory tests using a scour rate apparatus by sampling some samples from the facilitated ground in order to estimate the amount of scour generated in the facilitated ground of artificial reefs.
In the installation of eight steel scales in the facilitated ground of artificial reefs, it was possible to measure the amount of scour for a short period of time at four sites where the main stream was applied at these sites from the scour monitoring. Also, numerical simulations were applied to 4 and 56 rectangular shaped reefs, and 4 rectangular reefs and similar box shaped structures using a Flow-3D program based on the parameters obtained from the field. In the results of the analysis, the scour patterns were generally represented as similar shapes regardless of the number and shape reefs in which there were no significant differences in the scour according to the scale of facilities. In the comparison of reefs and scour depths for the same box shaped structures, however, the amount of scour showed about 1.4 times larger than other shapes. It was due to the fact that the actual area of fluid resistances and the shape of reef were related to the scour depth of the bottom of reefs whereas it was applied to the calibration of the related equations used in the analysis of laboratory tests. In addition, some samples, which were reformed by applying a 0.5t/㎡ of surcharge load, were prepared by collecting site samples from four sites where artificial reefs were facilitated and then scour rate tests were performed. In the results of the calculation of the scour depth for the width of artificial reefs, 2m, 4m, 8m, 12m, and 16m, using the observed scour characteristics and the SRICOS method, although the St.1 and St.2 that correspond to clay in a unified soil classification system represented similar aspects up to the fluid velocity of 1.0m/s, it was estimated that the scour depth increased according to the increase in the width of applied reefs when the fluid velocity increased up to 2.0m/s. Furthermore, the scour depth proportionally increased according to the increase in the depth of applied reefs in the St.3 and St.4 that correspond to sand in a unified soil classification system for the maximum fluid velocity of 0.6m/s.
In the comparison of the estimated amount of scour using the SRICOS method, the observed amount of scour in fields, and the estimated scour depth using a numerical simulation method, the results estimated by the SCRICOS method represented about two times greater than other methods. It was evident that although the shapes of actual artificial reefs were considered in the difference presented in the numerical simulation, the SRICOS method calculated the amount of scour under the assumption that the structures of artificial reefs were not a type of cavity but a type of box shaped structure. Thus, this study proposed the equation of based on the scour test and SRICOS method in order to estimate the scour depth generated in actual sea fields by considering the shape of reefs applied in the water. Whereas, is the amount of scour that will be actually generated, and is the estimated amount of scour using the scour test and SRICOS method. In the comparison of the amount of scour calculated by the proposed equation and the results of the field monitoring, the estimation performed by the proposed equation showed 0.6-3 times larger than that of the field monitoring. It was due to the differences between the calculation period and the fluid direction in the calculation of the amount of scour. Thus, it can be used as a basis in the establishment of policies that protects functional losses caused by such scour in artificial reefs through applying the proposed equation in the calculation of the amount of scour that may be generated in the facilitated ground of artificial reefs.
인공어초 시설지반에서 발생하는 지반공학적 세굴특성에 대한 연구는 인공어초의 안정성 증대를 위하여 필요하다. 인공어초 시설지반에서 발생하는 세굴은 어초의 형상, 크기 그리고 어초의 시설위치 및 해수의 흐름, 지반의 특성 등의 영향을 받는다. 이와 같은 매개변수들 중에 인공어초의 세굴에 영향을 가장 많은 주는 인자는 흐름과 지반의 특성이다. 본 연구에서는 인공어초 시설지반에서 발생되는 세굴량을 예측하기 위하여 잠수조사에 의한 현장 모니터링과 인공어초 시설지반에서 얻는 매개변수를 이용하여 Flow-3D를 이용한 수치시뮬레이션 그리고 인공어초 시설지반의 시료를 채취하여 세굴률 실험기를 이용한 실내실험 등을 실시하였다.
실제 인공어초 시설지반에 8개의 세굴 측정 스틸자를 설치하고 세굴 모니터링을 조사한 결과 주 흐름 방향이 작용하는 4개소에서 단기간의 세굴량 측정이 가능하였다. 한편, 현장의 매개변수를 바탕으로 Flow-3D를 이용하여 사각형어초 4개, 56개, 그리고 사각어초와 4개와 같은 형태의 Box구조물에 대하여 수치시뮬레이션을 실시하였다. 해석결과 어초 개수나 형태에 무관하게 전체적인 세굴패턴은 비슷한 양상을 보였으며, 시설량에 따른 차이는 크게 나타나지 않았다. 그러나 동일한 크기의 Box형 구조물에서 어초와 세굴깊이를 비교한 결과, 실제 사각형어초에 비해 Box형 구조물에서의 세굴량이 1.4배정도 크게 나타났다. 이는 유체 저항의 실제 면적과 형상이 어초 하부의 세굴깊이와 관련된 것으로 추후 실내실험 해석시 이를 이용한 관계식 보정을 수행하였다. 한편, 인공어초가 시설된 4개소의 현장시료를 채취하여 0.5t/㎡의 상재하중을 재하하여 재성형한 시료를 조성하고 세굴률 실험을 실시하였다. 관측된 세굴특성과 SRICOS법을 이용하여 인공어초의 시설폭 2m, 4m, 8m, 12m, 16m에 대하여 세굴깊이를 산정한 결과, 통일분류법상 점토에 해당하는 St.1과 St.2는 유속이 1.0m/s까지는 비슷한 양상을 보였으나, 유속이 2.0m/s로 증가한 경우에는 시설폭이 증가할수록 세굴깊이는 증가하는 것으로 예측되었다. 그리고 통일분류법상 모래(SP)인 St.3과 St.4에서는 최대유속 0.6m/s에 대해, 시설폭이 증가할수록 세굴깊이가 비례하여 증가하는 것으로 예측되었다.
SRICOS법에 의한 세굴량 예측결과와 현장 관측 세굴량, 그리고 수치 시뮬레이션에 의하여 예측된 세굴깊이를 비교한 결과 SRICOS법이 2배정도 많은 양의 세굴을 예측하였다. 이와 같은 차이는 수치시뮬레이션에서는 실제 인공어초의 형상이 고려되었지만 SRICOS법은 인공어초 구조물과 같이 내부공간에 빈 형태의 구조물이 아니라 Box형태의 구조물로 가정하여 세굴량을 산정하였기 때문으로 판단된다. 그러므로 세굴실험과 SRICOS법을 이용하여 실제해역에서 발생하는 세굴깊이를 예측하기 위해서는 수중에 시설된 어초의 형상을 고려하여 관계식을 제안하고자 한다. 여기서, 은 실제 발생 가능한 세굴량, 은 세굴실험과 SRICOS법에 의한 예측 세굴량이다. 이 제안식에 의하여 계산된 세굴량과 현장 모니터링 결과와 비교한 결과, 0.6~3배정도 많은 세굴량이 예측되었지만 이러한 원인은 세굴량 산정을 위한 산정기간과 흐름방향의 차이에 기인하는 것으로 사료된다. 그러므로 본 연구에서 제안된 식을 이용하여 인공어초 시설지반에서 발생 할 수 있는 세굴량에 대한 산정을 실시할 경우, 세굴에 의한 인공어초의 기능저하 방지를 위한 대책수립의 초석이 될 것으로 판단된다.
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