파동으로 인한 부방파제하 해저지반내에서 동적응답해석

Abstract

오늘날 전 세계 에너지소비는 비재생에너지에 의존하고 있는 실정이며, 비재생에너지의 사용에 따라 지구온난화 및 해수면상승과 같은 지구규모의 환경문제를 야기한다. 따라서, 신재생에너지에 국가차원의 연구•개발 및 투자가 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 유럽을 위시한 많은 해양국가에서는 신재생에너지중에 파력발전변환장치(WECWave Energy Converter)를 오래전부터 연구•개발하여 왔고, WEC는 정선으로부터 설치위치에 따라 정선, 근해 및 심해용으로 각각 대별될 수 있다. WEC로 적용되기 위해서는 구조물의 상단에 압축공기의 유출•입구가 구비되어야 하고, OWC의 WEC로의 타당성을 판정하기 위해서는 터빈의 구동력인 유출입구에서 압축공기 흐름속도가 정확히 평가되어야 한다. 그리고, 해안 및 해양구조물 하부의 해저지반에 고파랑이 장시간 작용하는 경우 흙의 체적변화 등으로 과잉간극수압(진동과잉간극수압과 잔류과잉간극수압의 합)이 크게 발생할 수 있고, 이어지는 유효응력의 감소에 따라 해저지반에 액상화가 발생될 수 있다. 따라서, 파랑에너지가 집중되어 있는 자유수면에 설치된 부방파제의 하부지반내에서는 파작용 의한 큰 과잉간극수압과 작은 유효응력으로부터 발생되는 지반액상화의 여부를 정확히 예측할 필요가 있고, 이러한 지반의 동적거동 특성은 설계에 충분히 반영되어야 한다. 본 연구에서는 진동수주형 파력발전시스템을 탑재한 방파제에서 선형속도포텐셜이론에 기초한 경계요소법을 적용하며 방파제로서의 파랑제어기능과 발전구조물로서의 공기흐름속도를 해석하고 진동수주형 파력발전시스템을 탑재한 연직긴장계류의 부방파제에서 파랑변형율, 구조물의 운동 및 공기흐름속도의 특성을 규명한다. 또한, 해저지반상에서 시간변동의 동파압을 산정하고, 지반의 동적거동을 정밀하게 재현할 수 있는 해저지반응답용의 수치해석프로그램 FLIP(Finite element analysis LIquefaction Program)에 입력치로 적용하여 해저지반내에서 과잉간극수압의 시•공간적인 변화, 액상화, 그리고 지반의 시간변형을 정량적으로 평가한다.ABSTRACT i 요약 ⅲ 목차 v LIST OF FIGURES vii LIST OF TABLES ix 제 1장 서론 1.1 연구의 배경 및 목적 1 1.2 연구의 구성 2 제 2장 진동수주형 파력발전 시스템을 탑재한 압축공기 주입식 방파제의 동적거동 해석 2.1 개요 3 2.2 수치해석의 기초방정식 5 2.3 수치해석의 경계조건 6 2.4 이산화방정식 7 2.5 공기압축모델 8 2.6 운동방정식 11 2.7 수치해석결과의 검증 12 2.8 수치해석결과 17 제 3장 진동수주형 파력발전시스템을 탑재한 공기주입식 방파제의 동적거동해석 3.1 개요 30 3.2 이산화방정식과 운동방정식 30 3.3 공기흐름속도 31 3.4 수치해석결과 32 제 4장 규칙파-해저지반-부방파제의 상호작용에 의한 지반의 동적응답해석 4.1 서론 42 4.2 FLIP모델에 의한 해저지반거동해석의 개요 43 4.3 해석해와의 비교 및 검증 46 4.4 실험결과와의 비교 및 검증 49 4.5 해저지반의 동적거동해석 51 4.6 해저지반의 동적거동 54 4.7 과잉간극수압비 64 4.8 유효응력경로 68 제 5장 결론 7