• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.8-14
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• 2019

대표적인 하천횡단구조물 중 하나인 낙차공은 하천하상의 안정을 목적으로 설치되지만 이는 하천환경의 연속성을 차단하고, 수생태환경의 파괴를 야기하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 생태통로로서의 기능을 갖는 저낙차 자연형 낙차공을 모형으로 제작하여 실험실 실험을 수행하고, 적절한 지배인자 사이의 관계를 도출하여 국부세굴공 규모의 예측식을 제안하였다. 직선형과 6가지 상향 V 자형의 낙차공 모형에 대하여 각각 실험유량은 4가지로 총 28개의 조건에 대해서 실험을 수행하였다. 각각의 실험조건별 세굴실험 결과를 바탕으로 기존에 제안된 세굴심 추정식을 적용한 결과보다 최대세굴심이 다소 크게 발생함을 확인하였다. 따라서 낙차공 직하류부에서 발생하는 세굴공 발생 주요인자들 사이의 상관관계를 분석한 결과, 낙차공으로의 유입흐름 특성과 낙차공의 높이, 낙차공의 총횡단길이와의 상관관계가 높게 나타남을 확인하였다. 또한 이를 토대로 각 실험조건별 세굴심과 세굴길이에 상관관계가 높다고 판단되는 변수들을 무차원화하여 최대세굴공의 깊이와 길이 산정식을 각각 제안하였다. 향후 추가적으로 다양한 하상토 재료와 수심변화를 고려한 실험적 연구 및 수치해석 연구를 병행하여 보다 정확한 세굴심 산정식을 도출할 수 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.126-133
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• 2014

유체의 흐름에 의해 교량의 교각 및 교대 주변의 하상재료가 유실되는 현상을 말하는 교량 세굴은 교량 파괴의 주요원인이다. 그리고 홍수시 교량의 수위는 교량자체 안전뿐만 아니라 교량을 이용하는 사용자의 안전을 위해도 반드시 확인해야 한다. 따라서 교량의 안전관리를 위해 세굴과 수위계측은 필수적이라 할 수 있다. 본 연구는 기존의 세굴계측의 한계를 극복할 수 있는 새로운 교량세굴 측정방법을 개발하고 현장 검증을 통해 개발 기술의 우수성과 타당성을 확인하였다. 새롭게 개발된 세굴 및 수위 측정방법은 교각에 수직으로 계측장치를 설치하고 일정간격으로 설치된 온도 센서의 온도를 측정하여 수면 위치와 수중 지면의 위치를 추정하는 방법으로 대기온도와 수온, 수온과 수중 지온의 차이를 분석하여 수면 및 수중 지면의 위치를 추정하는 방법이다. 개발 기술은 절대적인 온도 차이뿐만 아니라 대기와 수중 그리고 지중의 일변화량이 서로 다르다는 점을 이용하여 수면의 위치와 수중 지면 위치를 보다 정확하게 추정할 수 있다. 개발 기술의 검증을 위해 소하천 및 실험실, 그리고 교량 교각에서 개발기술을 시범 적용하고, 매질별 온도분포 특성, 시간에 따른 온도변화 추이 등을 분석하여 개발기술이 효과적으로 교량 세굴과 수위를 계측할 수 있는 방법임을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.163-168
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• 2020

우리나라는 1960년대 산업화 이후 하천 및 해상에 교량을 건설 하는 등 교통 기반시설을 활발하게 확충하였다. 교량 건설로 인하여 안정성 검토에 대한 많은 연구가 진행되고, 안정성 확보 기술이 개발되었다. 그러나 교량 상부를 중점으로 하여 기술이 개발됨에 따라 교량 하부에 대한 안정성 확보 기술 및 검사는 제한적인 실정이다. 특히 교각에서 발생하는 세굴현상은 하상에 침식 및 교량의 붕괴를 초래하기에 이에 대한 대책 수립 및 예방이 필요하다. 본 연구에서는 세굴현상에 따른 교량 피해를 예방하기 위한 기초 연구로서 교각 세굴심 산정 경험식을 개발하였다. 기존의 연구에서 진행된 수리모형실험 자료를 바탕으로 다중 선형 회귀분석을 실시하였으며, 이를 통하여 경험식을 개발하였다. 그 결과, 개발된 경험식은 0.91의 R²을 보이고 있으며, 개발된 식을 검증하기 위하여 개발에 활용되지 않은 모형실험 자료에 적용하였다. 23개 경우에 대하여 진행된 기존 모형실험의 결과와 개발된 식을 활용하여 산정된 교각 세굴심을 비교하였을 때, 약 70%인 16개 경우에서 20% 이하의 오차율 확인하였다. 이를 통하여 본 연구에서 개발된 경험식은 교각 세굴심 산정에 있어 적합한 적용성을 보인다고 판단할 수 있다. 향후 추가적인 연구를 통하여 보다 정확한 교각 세굴심 산정 경험식을 개발 할 수 있을 것이며, 세굴에 의한 교량 피해를 저감할 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권2B호
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• pp.111-120
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• 2009

교각주위의 국부세굴은 교량붕괴의 주원인 중 하나로 알려져 있다. 세굴심을 산정하는 방법에는 경험식에 의한 방법과 수치모형을 이용한 시뮬레이션이 있다. 하지만 경험식에 의한 방법은 공식이 적용될 수 있는 유사한 상황에서만 제한적으로 사용가능하며, 수치모형을 이용한 방법은 비용이 많이 든다는 단점을 가지고 있다. 그러므로 본 연구에서는 세굴심 예측을 위한 CSU 공식, 다중회귀분석, 다양한 인공신경망 모형의 유용성을 비교분석하였다. 또한 세굴심을 산정하는데 있어 넓은 범위의 오차를 발생시키는 인공신경망 모형의 단점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 인공신경망 모형에 군집분석을 결합하여 오차를 감소시키고자 하였다. 세굴심 예측을 위해 CSU 공식, 다중회귀분석, 다양한 인공신경망 모형을 적용해 본 결과 역전파알고리즘을 이용하는 인공신경망 모형이 가장 높은 정확성을 보였으며, 인공신경망 모형에 군집분석을 적용한 세굴심 예측에서는 군집수가 3일 때 가장 높은 정확도를 보였다. 군집분석을 적용한 인공신경망 모형의 정확도는 다른 모형과 비교할 때 최고 42.73%가 향상된 결과를 보여 인공신경망 모형내의 군집분석의 적용이 인공신경망의 오차를 줄이는데 큰 역할을 할 수 있음을 알 수 있었다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제6권2호
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• pp.161-189
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• 2016

This paper provides a practical stochastic method by which the maximum equilibrium scour depth around a vertical pile exposed to random waves plus a current on mild slopes can be derived. The approach is based on assuming the waves to be a stationary narrow-band random process, adopting the Battjes and Groenendijk (2000) wave height distribution for mild slopes including the effect of breaking waves, and using the empirical formulas for the scour depth on the horizontal seabed by Sumer and Fredsøe (2002). The present approach is valid for wave-dominant flow conditions. Results for random waves alone and random wave plus currents have been presented and discussed by varying the seabed slope and water depth. An approximate method is also proposed, and comparisons are made with the present stochastic method. For random waves alone it appears that the approximate method can replace the stochastic method, whereas the stochastic method is required for random waves plus currents. Tentative approaches to related random wave-induced scour cases on mild slopes are also suggested.

• Ocean Systems Engineering
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• 제7권3호
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• pp.275-298
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• 2017

This paper provides a practical stochastic method by which the maximum equilibrium scour depth below a pipeline exposed to random waves plus a current on mild slopes can be derived. The approach is based on assuming the waves to be a stationary narrow-band random process, adopting the Battjes and Groenendijk (2000) wave height distribution for mild slopes including the effect of breaking waves, and using the empirical formulas for the scour depth on the horizontal seabed by Sumer and Fredsøe (1996). The present approach is valid for wave-dominant flow conditions. Results for random waves alone and random wave plus currents have been presented and discussed by varying the seabed slope and water depth. An approximate method is also proposed, and comparisons are made with the present stochastic method. For random waves alone it appears that the approximate method can replace the stochastic method, whereas the stochastic method is required for random waves plus currents. Tentative approaches to related random wave-induced scour cases for random waves alone are also suggested.

• 한국방재학회 논문집
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• 제5권1호
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• pp.45-53
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• 2005

우리나라와 같이 홍수시 단기간에 걸쳐 유량이 급증하는 경우 유속에 의한 교량 기초의 급격한 세굴은 예상치 못한 교량 붕괴사고를 초래할 수 있다. 세굴은 교량의 수명이나 안정성 유지에 중요한 요인으로 작용한다. 국내의 경우, 매년 약 100여 개의 크고 작은 교량이 세굴로 인하여 붕괴 및 손상을 입고 있음에도 불구하고 장 단기간에 걸친 세굴보호대책은 충분하지 않은 상태이며, 세굴의 진행정도도 얼마나 심각한 상태인지 완전히 파악되지 않은 실정이다. 이 연구에서는 우리나라 중부지역의 중 소하천을 택하여 세굴 현황 및 세굴 보호공에 관한 실태를 조사하였다. 조사 결과 교량 288개소 중에서 보호공이 있는 교량수는 전체교량의 7.3%에 불과하여 세굴에 대한 대비가 거의 없는 것으로 나타났다.

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

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

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권8호
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• pp.89-96
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• 2004

흐르는 물의 침식유발능력과 지반의 침식저항능력을 동시에 고려할 수 있는 새로운 교량세굴해석 모델을 개발하기 위한 많은 연구가 진행되었으며, 이러한 노력의 일환으로 지반의 침식율을 정량화할 수 있는 세굴률 시험기가 개발되었다. 본 연구에서는 세굴률 시험기를 이용하여 3종의 재성형 점토에 대해 세굴률 실험을 실시하였다. 재성형 점토의 세굴률 실험을 통해 성형하중의 변화에 따른 세립토의 침식특성을 분석하였으며, 또한 토성치와 침식율의 상관관계 분석을 시도하였다. 실험과 해석을 통해, 토질정수 중 특히 단위중량과 전단강도는 지반의 침식특성에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.