• Ocean Systems Engineering
• /
• 제11권1호
• /
• pp.43-58
• /
• 2021

In the present work, a 3D numerical model is proposed to study local scouring around single vertical piers with different cross-section shapes under steady-current flow. The model solves the flow field and sediment transport processes using a coupled approach. The flow field is obtained by solving the Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) equations in combination with the k-ω SST turbulence closure model and the sediment transport is considered using both bedload and suspended load models. The proposed model is validated against the empirical measurements of local scour around single vertical piers with circular, square, and diamond cross-section shapes obtained from the literature. The measurement of scour depth in equilibrium condition for the simulations reveal the differences of 4.6%, 6.7% and 13.1% from the experimental measurements for the circular, square, and diamond pier cases, respectively. The model displayed a remarkable performance in the prediction of scour around circular and square piers where horseshoe vortices (HSVs) have a leading impact on scour progression. On the other hand, the maximum deviation was found in the case of the diamond pier where HSVs are weak and have minimum impact on the formation of local scour. Overall, the results confirm that the prediction capability of the present model is almost independent of the strength of the formed HSVs and pier cross-section shapes.

• 한국해안해양공학회지
• /
• 제17권2호
• /
• pp.106-118
• /
• 2005

사질성 해저바닥 위에 관로가 설치되는 경우 자가매몰 되는 경향이 있는 것은 잘 알려진 사실이다. 본 연구는 해저에 매설된 관로 주변의 국부세굴의 특성을 실험적으로 고찰한 논문이다. 관로의 매설비에 따라 국부세굴심을 측정하였다. 관이 매설된 경우의 국부세굴에서는 배후류가 세굴에 큰 영향인자로 작용하는 것으로 나타났다. 일반적으로 세굴심은 매설비가 클수록 감소하는 경향을 나타내었다. 실험결과를 이용해서 상대 세굴심과 K-C수 및 수정 Ursell수의 상관성을 알아보고 이들의 관계식도 도출하였다. 실험결과 K-C수 및 수정 Ursell수가 증가할수록 세굴영역이 확장되고 세굴심이 증가하는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제34권6호
• /
• pp.1779-1786
• /
• 2014

물리현상의 난해성으로 인해 수학적인 관계식이 제시되기 어려운 경우 인공지능 기술에 근거한 다양한 기법이 적용되어 왔다. 수리학 분야의 대표적인 예로 교각주위 국부세굴 문제를 들 수 있다. 본 연구에서는 유전자 알고리즘의 진화된 방법인 GEP 기법을 이용하여 교각주위 국부세굴을 예측하는 방법을 제시하였다. 64개의 실험 자료를 이용하여 GEP 모형을 학습시켜 회귀식을 구축하였으며, 33개의 실험 자료를 이용하여 구축된 모형의 검증을 실시하였다. 평형세굴심 예측을 위하여 차원을 갖는 일반 변수와 표준화된 변수로 GEP 모형을 구축하여 예측 결과를 비교하였는데, 차원을 갖는 변수에 의한 GEP 모형이 세굴심을 더 잘 예측하는 것으로 나타났다. 구축된 GEP 모형을 두 가지 현장 실측자료에 적용하였다. 적용 결과, 실험 자료에 적용한 경우에 비해 예측의 정확도가 낮아지는 것을 확인하였다. 또한, 현장 실측자료를 이용하여 학습시킨 경우 실험 자료를 이용하는 경우 보다 예측 능력이 많이 향상되는 것으로 나타났다. GEP 모형의 적용성을 위해 ANN 모형과의 비교를 수행하였으며, 본 연구에서 사용된 GEP 모형이 교각주위 국부세굴 예측에 대하여 실내 및 현장 모두 ANN 모형보다 우수한 것으로 나타났다.

• Water Engineering Research
• /
• 제1권2호
• /
• pp.159-168
• /
• 2000

In this paper, the increment of the local scour depth at piers by constructing the bridge between existing bridges is examined through the experiments in which 5 piers in the non-cohesive bed material in the experimental flume were installed. In the experiments the maximum distance of 25 times of the pier length and the maximum distortion width of 8 times of the pier width were utilized. Through the experimental studies, it was indicated that low flow, which can be characterized as the flow having low Froude numbers, the maximum bed configuration change is obtained when the piers are installed in the straight line in the flor direction without any distortion. However, In the high flow, which can be characterized as the flow having high Froude numbers, the maximum bed configuration change is obtained when the piers are installed with some distortion from the flow direction. The influence of the bed configuration by interaction between bridge piers is changed depending upon the Froude numbers, the distance between piers, and the distortion width between adjacent bridge piers. Also, because the scour patterns are affected by the bed configuration, the maximum scour should be increased by about 60% compared to that in a single pier if the interaction between bridge piers exists. It can be suggested that the maximum scour depth at bridge piers predicted by applying the existing equations should be increased if the interaction between bridge piers exist. Those cases are found when new bridges are constructed successively in the river in the urban area.

• 한국지진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국지진공학회 2002년도 추계 학술발표회 논문집
• /
• pp.300-307
• /
• 2002

Bridge foundation failure considering the effect of local scour around pier foundations under hi-directional seismic excitations is examined in probabilistic perspectives. The seismic responses of bridges with deep foundations are evaluated with a simplified mechanical model, which can consider the local scour effect around the deep foundation in addition to many other components. The probabilistic characteristics of local scour depths are estimated by using the Monte Carlo simulation. The probabilistic characteristics of basic random variables used in the Monte Carlo simulation are determined from the actual hydraulic data collected in middle size streams in Korea. The failure condition of deep foundation is assumed as bearing capacity failure of the ground below the foundation base. The probability of foundation failure of a simply supported bridge with various scour conditions and hi-directional seismic excitations are examined. It is found that the local scour and the recovery duration are critical factors in evaluating the probability of foundation failure. Moreover, the probability of foundation failure under hi-directional seismic excitations is much higher than under uni-directional seismic excitations. Therefore, it is reasonable to consider hi-directional seismic excitations in evaluating the seismic safety of bridge systems scoured by a flood.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제31권5호
• /
• pp.539-552
• /
• 1998

점착성 하상에 교각을 설치하는 경우, 사용되는 국부세굴심도 산정공식은 대부분이 비점착성 하상을 가진 수로에서의 실험결과에 근거를 두고 있기 때문에, 정확성에 대한 논란이 있다. 본 논문에서는, 점착성 하상재료를 가진 실험수로 내에 5개 형태의 교각을 설치하여 발생되는 세굴심도의 변화에 대하여 연구하였다. 실험결과는 Froude 수와 교각폭에 대한 수심의 변화에 따라 분석되었으며 기존공식에 의한 결과와도 비교하였다. 본 논문에서는 실험 결과를 바탕으로 점착성 하상에서 사용할 수 있는 교각형상계수를 제안하였다. 교각형상계수는 원형교각 주위에서 발생되는 세굴심도에 대한 타형태의 교각주위에서 발생되는 세굴심도의 비율로 나타내었으며, 수심에 따라 2단계로 구분하여 제안하였다. 1단계는 교각폭에 대한 수심이 1.2 이하인 경우로 방정식에 의하여 교각형상계수가 제안된 반면 2단계에서는 상수값으로 교각형상계수가 제안되었다. 본 논문에서 제안된 교각 형상 계수는 본 실험에서 사용된 하상재료와 유사한 점착성 하상에 설치된 교량의 교각 국부세굴심 산정에 효과적으로 이용될 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제24권11호
• /
• pp.17-24
• /
• 2008

하천 교각에서 유발되는 국부세굴은 교량의 붕괴를 유발하는 요인들 가운데 하나로 알려져 있다. 그러나, 교각주위 하천 흐름은 매우 복잡하기 때문에 국부세굴을 정확하게 산정하는 경험식을 도출하기가 쉽지 않다. 따라서, 기존의 경험식들은 특정 세굴 자료에는 좋은 상관 관계를 보이지만 다양한 현장 세굴자료들에 대해 신뢰성 있는 예측 정도를 갖기는 어렵다. 본 연구에서는 많은 현장 계측자료를 바탕으로 국부세굴심을 산정할 수 있는 인공신경망 모델을 제안하고자 하였다. 제안된 산정식은 교각 형상, 교각 폭, 교각 길이, 흐름 입사각, 흐름 속도, 수심 및 $D_{50}$의 총 7개의 변수의 함수로 구성되었다. 인공신경망 모델의 학습과 검증에 총 426개의 현장 계측자료들이 사용되었으며, 인공신경망 모델이 기존 경험 식들에 비하여 개선된 예측정도를 보임을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제31권3호
• /
• pp.269-277
• /
• 1998

본 연구에서는 수리실험을 실시하여 만곡부의 흐름특성과 만곡부에서의 교각 주위 국부세굴형상, 최대 국부세굴심 등을 분석하였다. 또한, 기존의 세굴보호공법 중 원환에 의한 보호공법을 만곡부에 적용하여 세굴감소효과를 분석하였다. 180' 만곡수로에 대해 이동상 실험결과 본 실험조건에서는 최대 횡방향 하상경사가 150' 단면에서 발생하였으며, 원환에 의한 세굴감소효과는 유로 직선부에서 최대 40%, 만곡부에서는 150' 단면 외측의 경우 최대 44%의 감소효과를 보였다. 폭이 교각폭에 2배인 원환에 대하여 실험한 결과, 유로 직선부에서는 원환을 .02h(여기서 h는 수심)만큼 하상저면에 설치하였을 때 가장 효과적이었으며, 유로 만곡부에서는 0.1h 만큼 하상저면에 설치하였을 때 가장 효과적이었다.

• Korean Journal of Hydrosciences
• /
• 제2권
• /
• pp.39-59
• /
• 1991

Scour at bridge pier is a complicated three-dimensional problem involving interaction of fluld force on movable aid nonuniformily distributed sand grains. Although several analytical solution approaches, experimental research and field investigations for scout at piers have been conducted, no comprehensive and universally acceptable solution is so far available. Even though many methods and equations for predicting scour at piers are available in the literature, hydraulic and/or bridge design engineers are often at a loss over which method or equation is applicable for the specific bridge sites. To provide better understanding about scour phenomena and better predicting of scour at piers, intensive research is conducted through comprehensive review of published literature. Based on the research the state-of-the-art of pier scour prediction for design application is provided as a design guide for practicing engineers in this field. Recommendations for applying aggradation and degradation, contraction scour, and local scour prediction methods or equations are suggested. It is hoped that this paper may provide good information for the prediction of scour at piers.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제14권6호
• /
• pp.1349-1356
• /
• 1994

본 연구에서는 3가지 교각형상에 대하여 국부적 정지상세굴에 대한 실험결과를 분석하였다. 실험결과에 의하면 교각의 세굴은 $V/V_c=0.4{\sim}0.5$, $Fr_p{\fallingdotseq}0.2$일 때 시작되었고 상대세굴심은 유속비와 교각푸르드수와의 관계에서 선형적으로 증가하였다. 또한 상대세굴심은 ${\tau}_r$ < $10^{-4}$일 때는 선형적으로 증가하지만 ${\tau}_r$ > $10^{-4}$이 되면 일정해지는 경향을 가지며 모래의 기하표준편차(${\sigma}_g$)와 교각형상과도 깊은 관계가 있었다.