한국해안·해양공학회논문집 (Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers)

  • 제23권1호
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  • Pages.79-92
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  • 2011
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  • 1976-8192(pISSN)
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  • 2288-2227(eISSN)
한국해안·해양공학회 (Korean Society of Coastal and Ocean Engineers)
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투과성구조물에 작용하는 지진해일파압에 관한 연구

The Study on the Wave Pressure of the Tsunami Acting on the Permeable Structure

  • 이광호 ((일) 나고야대학교 공학연구과 사회기반공학) ;
  • 최현석 (한국해양대학교 토목공학과) ;
  • 김창훈 (한국해양대학교 토목공학과) ;
  • 김도삼 (한국해양대학교 토목공학과) ;
  • 조성 (한국수자원공사 경인 아라뱃길건설처)
  • Lee, Kwang-Ho (Departments of Civil Engineering, School of Engineering, Nagoya University) ;
  • Choi, Hyun-Seok (Department of Civil Engineering, Korea Maritime University) ;
  • Kim, Chang-Hoon (Department of Civil Engineering, Korea Maritime University) ;
  • Kim, Do-Sam (Department of Civil Engineering, Korea Maritime University) ;
  • Cho, Sung (Gyeong-In waterway business division, Korea water resources corporation)
  • 투고 : 2011.01.28
  • 심사 : 2011.02.09
  • 발행 : 2011.02.28
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초록

본 연구에서는 투과성구조물에서 우수한 파랑제어기능을 발휘하는 것으로 잘 알려져 있는 슬리트케이슨제 중에 기본형인 연직벽형 횡슬리트케이슨제가 불투과성지반 및 투과성지반상에 설치된 조건하에 구조물에 작용하는 단주기파랑 및 지진해일파에 의한 파압의 특성을 논의한다. 투과성지반의 해석에서는 공극율을 편의상 0.4로 가정하여 2차원 및 3차원수치해석을 수행하고, 불투과성의 경우와 그의 차이를 비교 검토한다. 이 때, 입사파랑의 조건으로는 설계파랑으로 일반적으로 고려되는 단주기파랑과 그의 진폭과 동일한 크기로 내습하는 지진해일파(고립파 혹은 단파)를 고려하며, 슬리트케이슨제의 전면유공부 및 유수실 내부의 불투과벽체에 작용하는 파압을 대상으로 한다. 해석에서는 기체와 액체의 혼상동적현상을 하나의 지배방정식으로 해석하는 이상류(二相流) 모델에 기초한 2차원 및 3차원수치파동수로를 각각 적용한다. 얻어진 수치해석결과에 의하면, 슬리트케이슨제의 전면유공부에서는 단주기 파랑에 비해 지진해일파의 작용파압이 약 3~5배 높은 값을 나타내고, 유수실 내부벽에서는 약 2~4배 높은 값을 각각 나타낸다.

In this study, wave pressure of short-period gravity waves and tsunami acting on the upright section of the horizontal-slit type caisson placed on the impermeable or permeable seabed, which is a well-known permeable breakwater with a good wave controlling ability, are investigated via numerical simulations. Further, the permeable seabed was modeled as the porous media with porosity of 0.4. Using the numerical results, the effects of the seabed conditions on the wave pressure on the front wall and inside wall of the chamber have been studied. In the numerical simulations, short-period gravity waves and tsunami(solitary wave or bore) with the same amplitude to the gravity wave are considered. A numerical wave tank is used, which is able to consider a gas-liquid two-phase flow in the same calculation zone. Numerical results show that the wave pressure of the tsunami was 3~5 times higher than the short-period gravity waves acting on the front wall and it was 2~4 times higher than the short-period gravity waves acting on the inner wall.

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참고문헌

  1. 김도삼, 김지민, 이광호, 손병규 (2007). 일본 지진공백역에서의 지진해일이 우리나라의 남동연안에 미치는 영향분석, 한국해양공학회지, 21(6), 64-71.
  2. 김도삼, 이광호, 허동수, 김정수 (2001). VOF법에 기초한 불투과잠제 주변파동장의 수치해석, 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 21(5-B), 551-560.
  3. 김창훈 (2007). 파랑작용하 해안.해양구조물의 주변 파동장 및 지반의 동적응답해석에 관한 연구, 박사학위논문, 한국해양대학교.
  4. 이광호, 이상기, 신동훈, 김도삼 (2008). 복수연직주상구조물에 작용하는 비선형파력과 구조물에 의한 비선형파랑변형의 3차원해석, 한국해안.해양공학회논문집, 20(1), 1-13.
  5. 이광호, 최현석, 백동진, 김도삼 (2010). 슬리트케이슨제에 의한 반사율과 구조물에 작용하는 파압에 관한 2차원 및 3차원해석, 한국해안.해양공학회논문집, 22(6), 366-378.
  6. Akiyama, M. and Aritomi, M. (2002). Advanced numerical analysis of two-phase flow dynamics-multi-dimensional flow analysis, Corona Publishing Co., LTD. Tokyo, JAPAN.
  7. Amsden, A. A. and Harlow, F. H. (1970). The SMAC method: a numerical technique for calculating incompressible fluid flow., Los Alamos Scientific Laboratory Report LA-4370, Los Alaomos, N.M..
  8. Brorsen, M. and Larsen, J. (1987). Source generation of nonlinear gravity waves with boundary integral equation method., Coastal Engrg., 11, 93-113. https://doi.org/10.1016/0378-3839(87)90001-9
  9. Fenton. J. (1972). A ninth-order solution for the solitary wave: Part Fig. 15. Time evolution of the computed water level fluetuation on the impermeable seabed due to the bore. 2., J. of Fluid Mech., 53, 257-271. https://doi.org/10.1017/S002211207200014X
  10. Grimshaw, R. (1971). The solitary wave in water of variable depth: Part 2., J. of Fluid Mech., 46, 611-622. https://doi.org/10.1017/S0022112071000739
  11. Hinatsu, M. (1992). Numerical simulation of unsteady viscous nonlinear waves using moving grid system fitted on a free surface., J. of Kansai Soc. Nav. Archit. Japan, No. 217, 1-11.
  12. Hirt, C. W and Nichols, B. D. (1981). Volume of fluid(VOF) method for the dynamics of free boundaries., J. of Comput. Phys., 287, 299-316.
  13. Kunugi, T. (2000). MARS for multiphase calculation., CFD J., 9(1), IX-563.
  14. Lesieur, M., Metais, O. and Comte, P. (2005). Large-eddy simulations of turbulence, Cambridge Univ. Press, New York, N.Y.
  15. Miyata, H. and Nishimura, S. (1985). Finite-difference simulation of nonlinear waves generated by ships of arbitrary three-dimensional configuration., J. Comput. Phys., 60, 391-436. https://doi.org/10.1016/0021-9991(85)90028-2
  16. Ohyama, T. and Nadaoka, K. (1991). Development of a numerical wave tank for analysis of non-linear and irregular wave field., Fluid Dyna. Res., 8, 231-251. https://doi.org/10.1016/0169-5983(91)90045-K
  17. Ramsden, J. D. (1993). Tsunami : Forces on a vertical wall caused by long waves, bores, and surges on a dry bed, Ph.D. Thesis, California Institute of Technology, California, USA.
  18. Rudman, J. D. (1997). Volume-tracking methods for interfacial flow calculations., Int. J. Numer. Methods in Fluids, 24, 671-691. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0363(19970415)24:7<671::AID-FLD508>3.0.CO;2-9
  19. Smagorinsky, J. (1963). General circulation experiments with the primitive equations., Mon, Weath. Rev., 91(3), 99-164. https://doi.org/10.1175/1520-0493(1963)091<0099:GCEWTP>2.3.CO;2
  20. Tome, M. F. and McKee, S. (1994). GENSMAC : A computational marker and cell method for free-surface flows in general domains, J. of Comput. Phys., 110, 171-186. https://doi.org/10.1006/jcph.1994.1013
  21. 谷本勝利, 鶴谷一, 中野晋 (1984). 1983年日本海中部地震津波に おける津波力と埋立護岸の被災原因の檢討, 第31回海岸工學講 演會論文集, 257-261.

피인용 문헌

  1. Laboratory Experiments for Solitary Wave Force on Vertical Structures vol.47, pp.11, 2014, https://doi.org/10.3741/JKWRA.2014.47.11.1067
  2. Three-dimensional Simulation of Wave Reflection and Pressure Acting on Circular Perforated Caisson Breakwater by OLAFOAM vol.29, pp.6, 2017, https://doi.org/10.9765/KSCOE.2017.29.6.286