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

Korean Society of Coastal and Ocean Engineers (한국해안·해양공학회)
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Effect of Incidence Angle of Current on the Hydraulic Resistance Capacity of Clayey Soil

흐름의 입사각이 점성토 지반의 수리저항성능에 미치는 영향

  • Kim, Young-Sang (Department of Marine and Civil Engineering, Chonnam National University) ;
  • Han, Byung-Duck (Department of Civil and Environmental Engineering, Chonnam National University) ;
  • Kang, Gyeong-O (Department of Civil and Environmental Engineering, Chonnam National University)
  • 김영상 (전남대학교 해양토목공학과) ;
  • 한병덕 (전남대학교 건설환경공학과) ;
  • 강경오 (전남대학교 건설환경공학과)
  • Received : 2012.01.15
  • Accepted : 2012.02.22
  • Published : 2012.02.29
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Abstract

Until now, study on the hydraulic resistance characteristics of the ground at the river and the ocean current has been focused on the behavior under uni-directional flow without the direction change of flow. However, recent research result shows that scour rate which were measured under the bi-directional flow was much higher than those measured under uni-directional flow for both fine grained and coarse soil. Since the direction of inflow and return flow at the shore, where the structure will be constructed, is not always $180^{\circ}$, effect of the incidence angle on the hydraulic resistance capacity of the ground should be examined. Using the improved EFA which can consider the direction change of flow, hydraulic resistance capacities of the artificially composed clayey fine grained soil and clayey sandy soil under $0^{\circ}$, $90^{\circ}$, $135^{\circ}$, $180^{\circ}$ flow angle of incidence were assessed. Test result shows that hydraulic resistance capacity decreases and scour rate increase with the increase of the incidence angle between inflow and return flow. For the low consolidation pressure condition, hydraulic resistance capacity of the fine grained soil decreases rapidly. While the hydraulic resistance capacity of the coarse grained soil decreases more rapidly than fine grained soil under high consolidation pressure. Eventually since the larger the incidence angle between inflow and return flow, the larger the scour rate. Hydraulic resistance capacity under bi-directional flow($0^{\circ}{\longleftrightarrow}180^{\circ}$) should be examined for the design purpose.

지금까지 하천 및 해류에서의 지반의 수리저항 특성에 대한 연구는 흐름의 방향을 고려하지 않고 주 흐름방향에 대해서만 고려해 왔다. 최근 왕복류 흐름에 의한 지반의 수리저항특성에 대한 연구결과에 의하면 세립질 및 조립질 시료 모두에서 일방향 흐름보다 왕복류를 고려한 양방향 흐름에서 세굴률이 크게 발생 하는 것으로 나타났다. 그러나 해안구조물이 설치되는 해안 또는 협곡에서 흐름의 방향은 반드시 $180^{\circ}$를 이루지 않으므로 흐름의 입사각이 지반의 수리저항성능에 미치는 영향에 대한 검토가 반드시 필요하다. 이에 흐름방향을 고려할 수 있도록 개선된 수리저항성능 실험기를 이용하여 인공적으로 조성된 점성 세립질 및 점성 조립질 시료에 대하여 $0^{\circ}$, $90^{\circ}$, $135^{\circ}$, $180^{\circ}$의 입사각을 갖는 흐름에 대한 일방향 및 양방향 수리저항성능을 평가하였다. 실험결과 세립질 및 조립질 시료 모두에서 입사각이 커짐에 따라 수리저항성능은 감소하고 세굴률이 증가하는 것으로 나타났다. 압밀압력이 낮은 경우에는 세립토의 수리저항성능이 급격히 떨어지나 압밀압력이 큰 경우에는 조립토의 수리저항성능이 세립토에 비해 약간 더 빠르게 감소하는 것으로 나타났다. 최종적으로는 양방향 흐름일 경우 가장 큰 세굴률이 발생하므로 다양한 흐름방향에 노출되는 구조물의 경우는 양방향 흐름에 대해 수리저항성능을 평가하는 것이 타당한 것으로 판단된다.

Keywords

References

  1. 강경오 (2012). 왕복류 흐름을 고려한 점착성토사의 수리저항성능 실험. 석사학위논문, 전남대학교.
  2. 강경오, 김영상, 한병덕(2011). 왕복류를 고려한 지반의 수리저항특성과 지반공학적 특성의 상관관계. 한국지반공학회 봄학술발표회 논문집. 강원대학교. 221-227.
  3. 곽기석, 이주형, 박재현, 정문경, 배규진 (2004). 세립토의 침식능에 대한 토질정수의 영향. 한국지반공학회 논문집, 20(8), 89-96.
  4. 곽기석, 이형주, 박재현, 우효섭 (2006). 서해안 세립토의 국지적 침식특성 평가. 대한토목학회 논문집, 26(5-C), 323-331.
  5. 김규한 (1999). 조류가 탁월한 해역에서의 해상 교량세굴. 관동대학교 산업기술논문집, 1(15)
  6. 김남형, 김영수 (1998). 해양구조물과 기초. 원기술.
  7. 김영상, 강경오 (2011). 왕복류 흐름을 고려한 지반의 수리저항성능 실험. 한국해안.해양공학회 논문집. 23(1), 118-125. https://doi.org/10.9765/KSCOE.2011.23.1.118
  8. 정현철 (2007). 연약한 해저지반의 세굴에 대한 지반공학적 특성. 석사학위논문, 전남대학교.
  9. 한국지반공학회 (2005). 지반공학시리즈 6권. 연약지반. 구미서관
  10. 황규남, 소상돈 (2002). 환형수조를 이용한 미세-점착성 퇴적물의 침식특성 조사. 한국수자원학회 논문집, 20(2-B), 1075-286.
  11. Breusers, H.N.C., Niccollet, G. and Shen, H.W. (1997). Local scour around offshore cylindrical pier. Journal of Hydraulic Research, 15(3), 211-215.
  12. Briaud, J.L., Ting, F., Chen, H.C., Gudavalli, S.R., Perugu, S. and Wei, G. (1999). SRICOS: Prediction of scour rate in cohesive soils at bridge piers, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 125, No. 4, ASCE, Reston, Virginia, USA, 237-246. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(1999)125:4(237)
  13. Chapuis, R.P. (1986). Quantitative measurement of the scour resistance of natural solid clays, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 23. 132-141. https://doi.org/10.1139/t86-023
  14. Nakagawa, H. and Suzuki, K. (1976). Local scour around bridge pier in tidal current. Coastal Engineering in Japan, 1(19), 89-100.
  15. Richardson, E.V. and Davis, S.R. (2001). Evaluating Scour at Bridge, Hydraulics Engineering Circular No. 18, Fourth Edition, FHWA NHI 01-001, Federal Highways Administration, Washington, D.C.
  16. Rudolph, D., Bos, K.J., Luijendijk, A.P. (2004). Scour around offshore structures analysis of field measurement, Proceedings of Second International Conference of SCOUR and EROSION. Vol 1.
  17. Sumer, B.M., Fredsoe, J. (2002). The Mechanics of Scour in the Marine Environment, Advanced Series on Ocean Engineering, Vol. 17, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.
  18. Zevenbergen, L.W., Lahasse. P.F., and Edge, B.L. (2005). Tidal Hydrology, Hydraulics and Scour at Bridges 1st edition, FHWA BHI, Federal Highway Administration, Hydraulic Engineering Circular No. 25, Washington, D.C.

Cited by

  1. Numerical Simulation Test of Scour around Offshore Jacket Structure using FLOW-3D vol.27, pp.6, 2015, https://doi.org/10.9765/KSCOE.2015.27.6.373