3.5 지진 및 지진해일 작용하의 안정성평가결과
3.5.1 지진해일파력에 대한 수치해석결과
본연구에서해안안벽에작용하는지진해일파력의산정을위하여 전술한바와 같이 TWOPM-3D를 적용하였다. 다음의 Fig. 3.4는해안안벽의전면과배후면에대하여지진해일파고의변화에따른작용파 력의시간변화에 대한결과를나타낸 것이다. 그림에서지진해일파고의차이 따른구조물에작용하는 파력은파력의 작용이나타나는동안거의비슷한 변화양상을나타내는데, 지진해일파고가클수록 최대 작용파력은크며, 구조물에도달하는시간은빨라짐을확인할수있다. 그러나, 구조물의전면에작용하
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는파력의경우(Fig. 3.4(a)) 파력작용이시작되는순간부터작용파력은 급격히증가하게되고최대파력
이후점차감소하는형상을나타내는반면배후면에작용하는파력의경우(Fig. 3.4(b)) 지진해일파가월
파하는순간파력의 작용이시작되며그순간파력은최대치를나타냄을알수있다. 또한, 이후작용파 력은감소하지않고 뒷채움재의수위를 상승시키며, 계속해서일정한 힘이안벽의배후면에작용함을 확인할수있다.
(a) upstream side (b) downstream side
Fig. 3.4 Tsunami forces acting on quay wall according to the various tsunami heights.
다음의 Fig. 3.5는ℎ / = 0.5에있어서입사파고(ℎ)가ℎ = 6.0인경우에 시간에따른수위변동
을나타낸결과로, 그림을통하여 지진해일파가안벽을월파하고, 뒷채움재의지하수위가변화하는과 정을확인할수있다.
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Fig. 3.5. Time evolution of the computed water level fluctuation.
3.5.2 수동적인 상황에 대한 안정성평가의 결과
(1) 지진해일파고 의 영향
본연구는지진해일파가해안안벽을월파하는경우시간에따른안벽의안정성 변화에대한검토를 실시하였으며, 지진해일파를 5cm~8cm로 변화시켰고, 을 제외한 안전율평가에 사용된 조건들은
/ = 0.2, ℎ / = 0.4, = /2, = 0.2, ℎ / = 0.5, = 0.2, = /2, = 30° 이다. 이
때안벽의안전율변화를살펴보면, 활동(Fig. 3.6(a))의경우 7초대까지지진의 영향만을받고있으며, 이
의안전율은약 7.2의값을가진다. 그후지진해일파가안벽에 도달하면서안벽을 내측으로미는힘(활
동력)이지배적으로작용하면서안전율은급격히 감소하며, ℎ에따라 12%씩감소한다. 또한, 지진해일 파가안벽을월파후저항력으로작용하면서안전율은다시초기의상태로돌아오게되고, 시간이지날 수록저항력이강해지면서안전율은초기의값보다큰값을가지게된다. 이는전도에대해서도활동과 동일하며, 입사파고가증가할수록안전율이더욱 낮아지며, 월파후 안전율이가장높아지는경향을나 타내었다. 그리고, 지진과지진해일파를고려하지않는경우해안안벽의안전율은활동과전도에서각 각 43.24, 123.86이다.
(a) sliding mode (b) overturning
Fig. 3.6. Time series of safety factor of the quay wall for various ℎ values.
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(2) 뒷채움재의 지하수위 /의 영향
다음의 Fig. 3.7은뒷채움재의 초기지하수위변화에따른안전율의변화를 나타내었다. 초기지하수위
와연벽의높이비ℎ /는 0(dry), 0.25, 0.5, 0.75, 1(full)로변화시키며, ℎ /를제외한안전율평가에
사용된 조건들은 / = 0.2, ℎ / = 0.4, = /2, = 0.2, ℎ = 6 , = 0.2, = /2, = 30°이다. 먼저, 활동에대하여ℎ /가증가할수록안전율은약 7.6%씩소폭증가하며, ℎ / = 0인
경우 2.4로안전율은최저를나타낸다. 또한, 전도에대하여 안전율은ℎ /가증가할수록약 8.2%씩
증가하며, 활동과마찬가지로ℎ / = 0인경우 5.03으로안전율은최저값을나타냄을확인하였다.
(a) sliding mode (b) overturning
Fig. 3.7. Time series of safety factor of the quay wall for various ℎ values.
(3) 수직지진가속도계수 의 영향
수직지진가속도계수의증가(0, /2, )에따른안전율변화를 Fig. 3.8에나타내었다. 를제외 한 안전율평가에 사용된 다른 조건들은 / = 0.2, ℎ / = 0.4, ℎ / = 0.5, = 0.2, ℎ = 6 , = 0.2, = /2, = 30°이다. Fig. 3.8에나타난바와같이가증가할수록시간의변화에따 른안전율이일정한비율로 감소하는것을확인할수있다. 안전율은활동에대하여가증가할수록
약 12.8%씩감소되었으며, 전도에대해서도약 13.3%씩감소하였다.
(a) sliding mode (b) overturning
Fig. 3.8. Time series of safety factor of the quay wall for various values.
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(4) 수평지진가속도계수 의 영향
Fig. 3.9는수평지진가속도계수의증가에따른안전율 변화를나타낸 것이다. 이기서, 를제외
한 안전율평가에 사용된 다른 조건들은 / = 0.2, ℎ / = 0.4, ℎ / = 0.5, = /2, ℎ = 6 , = 0.2, = /2, = 30°이다. 먼저 수동에대한 결과로, 가증가할수록 안전율은점차감
소하며, 감소된비율은 약 43.5%로큰폭으로 감소하였다. 또한, 전도에 대해서도가증가할수록약
50.3%씩큰폭으로 감소하고있음을 확인할수있다.
(a) sliding mode (b) overturning
Fig. 3.9. Time series of safety factor of the quay wall for various values.
(5) 흙의 내부마찰각 의 영향
다음의 Fig. 3.10은내부마찰각의차이(25°~40°)에따른안전율 변화를나타낸것이다. 그리고,
를제외한 안전율에사용한 다른 조건들은/ = 0.2, ℎ / = 0.4, ℎ / = 0.5, = /2, ℎ = 6 , = 0.2, = /2, = 0.2이다. Fig. 3.10(a)와같이의증가에 따라약 39.2%씩증가하였으며,
= 35°인경우초기안전율이 9.7에서안벽에도달하는순간급격히떨어지고월파후 안전율은점차 상승하다가최고 11.3까지증가한다. 그리고전도의경우(Fig. 3.10(b)) 가증가함에따라 48.42%씩안전 율이증가하며, 초기안전율은 12.7~41.6까지증가한다.
(a) sliding mode (b) overturning
Fig. 3.10. Time series of safety factor of the quay wall for various values.
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(6) 벽마찰각 의 영향
Fig. 3.11은벽마찰각의변화에따른안전율변화를나타낸것이다. 그리고, 을제외한안전율 평
가에 사용된 조건들은 / = 0.2, ℎ / = 0.4, ℎ / = 0.5, = /2, ℎ = 6 , = 0.2, = 30°, = 0.2이다. 활동(Fig. 3.11(a))에대하여가 0~/2로증가하면서안전율은 21.3% 가량증가하 였으며, 초기안전율은 5.81~7.05로증가하였다. 전도(Fig. 3.11(b))에대하여 안전율은가 0~/2로증가
하면서 45.8%증가하였으며, 초기안전율은 12.2~17.9로증가하였다.
(a) sliding mode (b) overturning
Fig. 3.11. Time series of safety factor of the quay wall for various values.
(7) 간극수압비 의 영향
간극수압비의차이에따른해안안벽의 안전율변화를 Fig. 3.12에나타내었다. 그리고, 안전율평가 에 사용되는 다른 조건들은 / = 0.2, ℎ / = 0.4, ℎ / = 0.5, = /2, ℎ = 6 ,δ=
/2, = 30°, = 0.2이다. 활동의 경우가 0~0.4까지증가하면서 안전율은약 19.4%씩감소하는 경향을나타내었다. 또한, 전도의경우가증가하면서안전율은약 21.5%씩감소함을보였다.
(a) sliding mode (b) overturning
Fig. 3.12. Time series of safety factor of the quay wall for various values.
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3.5.3 주동적인 상황에 대한 안정성평가의 결과
(1) 지진해일파고 의 영향
전술한바와같이내측에서외측으로변위가발생하는상태를주동상태라하며, 안벽의안전율변화 에지진해일파고의영향이 어떻게미치는지확인하기위하여지진해일파가안벽을월파하도록지진해
일파고를 5cm~8cm까지 변화시켰다. 이 경우 ℎ를 제외한 다른 조건들은 / = 0.2, ℎ / = 0.4,
= /2, = 0.2, ℎ / = 0.5, = 0.2, = /2, = 30°이다. 지진해일파가 안벽에 도달하기 전까지지진에의한영향만이존재하며, 이때의안전율은일정한 값을나타낸다. 이후지진해일파가안 벽에도달하는순간안전율은급격히상승하게되며, 지진해일파가월파되면서안전율은점차감소하여 초기치보다더낮은안전율을나타낸다. 일례로 Fig. 3.13(a)의ℎ = 5인경우초기안전율은 0.92로약 8초까지 일정한값을나타내다가 지진해일파가도달하는순간안전율은최대 1.91까지상승하였다. 이 후월파한지진해일파가안벽의배후에 작용하게되면서안전율은초기치보다더낮은 0.72까지낮아짐 을확인하였다. 이는전도(Fig. 3.13(b))에서도비슷한경향을나타내었다.
(a) sliding mode (b) overturning
Fig. 3.13. Time series of safety factor of the quay wall for various ℎ values.
(2) 뒷채움재의 지하수위 /의 영향
Fig. 3.14는뒷채움재의초기지하수위와해안안벽의높이와의비ℎ /의변화에따른안전율의변
화를나타낸 것이다. ℎ /를 건조한상태에서 포화상태까지 5단계로 변화시키며, ℎ /를제외한 안전율 변화에 사용된 조건들은 / = 0.2, ℎ / = 0.4, = /2, = 0.2, ℎ = 6 , = 0.2, = /2, = 30°이다. 주동상태의경우수동상태와는다르게활동과전도에대해모두ℎ /가 증가할수록안전율이감소하는경향이 나타났으며, 활동의경우ℎ /가증가할수록 약 20.6%씩, 전 도의경우ℎ /가증가할수록약 19.1%씩감소하였다.
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(a) sliding mode (b) overturning
Fig. 3.14. Time series of safety factor of the quay wall for various ℎ values.
(3) 수직지진가속도계수 의 영향
수직지진가속도계수의차이에따른해안안벽의안전율변화를 Fig. 3.15에나타내었다. 그리고, 안 전율평가에사용되는다른조건들은/ = 0.2, ℎ / = 0.4, ℎ / = 0.5, = 0.2, ℎ = 6 ,
= 0.2, = /2, = 30°이다. 활동의경우가증가함에따라안전율은약 3.8%씩감소하는경향을 나타내었으며, 전도의경우가증가하면서안전율은약 3.58%씩감소하였다. 이것으로안벽의안정성 에의영향은미소한것으로판단된다.
(a) sliding mode (b) overturning
Fig. 3.15. Time series of safety factor of the quay wall for various values.
(4) 수평지진가속도계수 의 영향
Fig. 3.16은수평지진가속도계수의차이에따른안전율의변화를나타낸것이다. 그리고, 안전율평
가에 사용된 조건들은 / = 0.2, ℎ / = 0.4, ℎ / = 0.5, = /2, ℎ = 6 , = 0.2, =
/2, = 30°이다. 활동의 경우 가 0.1~0.4로 증가함에 따라 30.8%씩 감소하였으며, 안전율은
= 0.1인경우 3.07로가장큰값을나타내었다. 전도에대해서안전율은가증가함에따라 25.6%
씩감소하였으며, = 0.1인경우 1.83로가장큰값을나타내었다.
80
(a) sliding mode (b) overturning
Fig. 3.16. Time series of safety factor of the quay wall for various values.
(5) 흙의 내부마찰각 의 영향
Fig. 3.17은내부마찰각의변화에따른안전율변화를나타낸것이다. 을제외한안전율평가에사
용된 다른 조건들은 / = 0.2, ℎ / = 0.4, ℎ / = 0.5, = /2, ℎ = 6 , = 0.2, =
/2, = 0.2이다. 활동에 대하여 가25°~40°로증가함에따라초기안전율은 0.830~1.167로증가하
였으며, 이는각각 13.3%가량의증가율을나타내었다. 또한, 전도에대하여안전율은 11.9%씩증가하였
으며, 초기안전율은 0.3~0.42까지증가하였다.
(a) sliding mode (b) overturning
Fig. 3.17. Time series of safety factor of the quay wall for various values.
(6) 벽마찰각 의 영향
다음의 Fig. 3.18은벽마찰각의차이에따른안전율변화를나타낸것이다. 그리고, 을제외하고안
전율평가에 사용된 조건들은 / = 0.2, ℎ / = 0.4, ℎ / = 0.5, = /2, ℎ = 6 , = 0.2, = 30°, = 0.2이다. 활동의 경우가 0에서/2으로증가함에따라안전율은 18.7%가증가하
였으며, 전도의경우 31.4%가증가하였다.
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(a) sliding mode (b) overturning
Fig. 3.18. Time series of safety factor of the quay wall for various values.
(7) 간극수압비 의 영향
Fig. 3.19는간극수압비의차이에 따른안전율변화를나타낸것이다. 그리고, 안전율평가에 사용
된 조건들은/ = 0.2, ℎ / = 0.4, ℎ / = 0.5, = /2, ℎ = 6 , δ = /2, = 30°, = 0.2이다. = 0.4인경우활동에 대해초기안전율은 1.08이며, 지진해일파가안벽에도달하는 8초이후
2.55로급격히증가하다가월파후점차감소하여초기안전율보다낮은 0.67까지감소한다. 또한, 가증
가함에 따라 안전율은 약 18.9%씩 증가한다. 전도의 경우= 0.4에서 안전율은 시간에 따라 초기
0.38에서최대 1.58까지 증가하였다가 0.25로감소하며, 가 증가함에따라 12.6%씩증가하는경향을
나타낸다.
(a) sliding mode (b) overturning
Fig. 3.19. Time series of safety factor of the quay wall for various values.
3.6. 지진해일만의 작용하 안정성평가의 결과
본절에서는지진작용을배제한안전율의변화, 즉지진해일의영향만이존재하는경우해안안벽의 안정성평가를병행하여실시하였다. Fig. 3.2(a)와 (b)에서지진관련힘(, , 등)은작용하지 않으며, 안정성평가에서적용되는식들은다음의식(3.52)~(3.53)과같이수정되었다.