3.4 해석결과
3.4.6 흐름과 완전중복파동장과의 공존장하 무한 두께의 해저지반
무한 두께에 대한 결과들은 식(3.33)~(3.38)에 제시된 해석해에 의한 것이고, 적용한 파동 및 지반조건은
3.4.5절의 경우와 동일하며, 제시되는 그림에서 무차원연직축은 3.4.5절의 과는 달리 로 나타낸 것은
무한 두께의 경우이므로 해석해가 지반두께 의 함수가 아니기 때문이다.
다음의 Fig. 3.21은 3.15와 동일한 조건하에 무한 두께의 해저지반에 대해 지반변위, 간극수압, 수평 및 연직유효응력, 그리고 전단응력을 나타낸 결과이다. Fig. 3.15의 경우와 비교하면 모든 동적응답들이 무한연직 깊이에서는 0으로 수렴되는 특성을 확인할 수 있고, 수평변위는 흐름속도가 증가할수록 커지고, =0에서 0을 취하며, =-0.28에서 최대치를 취하면서 연직깊이가 증가할수록 감소한다. 이러한 변화특성, 특히
=0의 경우 유한 두께의 Fig. 3.15(a)와는 매우 다른 양상을 나타낸다. 지반의 연직변위는 유한 두께의
Fig. 3.15(b)와 유사한 변화특성을 나타내지만, 흐름속도가 증가하면 ≈-0.2를 중심으로 상부는 미소한
감소를, 하부는 미소한 증가를 각각 나타낸다. 간극수압의 경우는 유한 두께의 Fig. 3.15(c)와 유사한 변화특성을 보이고, 흐름속도의 변화에 미미한 변동이 발생하지만, 유의한 변화가 거의 나타나지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
(a) Horizontal displacement (b) Vertical displacement
(c) Non-dimensional pore water pressure (d) Non-dimensional horizontal effective stress
(e) Non-dimensional vertical effective stress (f) Non-dimensional shear stress
Fig. 3.21. Flow and standing wave-induced dynamic responses of seabed in infinite thickness according to flow velocities under a given conditions of =0 and =0.
다음으로, 수평 및 연직유효응력의 경우 유한 두께의 Figs. 3.15(d), 3.15(e)와는 매우 다른 변화양상을 나타낸 다. 무한 두께의 경우는 두 결과가 완전히 동일하며, 이는 흐름이 없는 경우의 진행파(Yamamoto et al., 1978)와 완전중복파(Tsai & Lee, 1994) 및 부분중복파에서도 동일한 결과가 얻어진다. 본 장의 두 결과에서는
=-0.15에서 최대치가 산정되며, 이 역시 진행파(Yamamoto et al., 1978)와 완전중복파(Tsai & Lee, 1994) 및 부분중복파의 경우와 동일하다.
전단응력은 흐름속도가 증가하면 전 연직깊이에서 증가하는 유한 두께의 Fig. 3.15(f)와 유사한 변화특성을 나타내지만, 두 연직깊이에서 극대치를 나타내며, <0에서 전단응력이 0으로 되는 연직깊이가 유한 두께 의 경우보다 해저지반 표면에 근접한다는 것을 알 수 있다. 여기서, 흐름이 없는 경우 마디에서 전단응력이 최대치를 나타내는 것을 고려하면 현재의 결과는 완전중복파의 배 위치 =0(흐름이 없는 경우 전단응력은 0으로 된다)에서 산정되었기 때문에 전체적으로 작은 값을 나타내지만, 최대치는 =-0.36에서 발생한다는 것을 확인할 수 있다. 하여튼, 유한 두께의 경우에서도 언급된 바와 같이 흐름의 영향으로 완전중복파의 배 위치 =0에서도 전단응력이 나타날 것으로 판단된다.
다음의 Fig. 3.22는 3.16과 동일한 조건하에 무한 두께의 해저지반에 대해 전단응력의 연직분포를 나타낸 것이다. 그림으로부터 ≈-0.53을 중심으로 흐름속도가 증가할수록 상부에서는 감소하는 경향을, 하부에서 는 미소한 증가를 각각 나타내며, 유한 두께의 Fig. 3.16과는 상반된 경향을 나타낸다. 최대치는 ≈-0.36에 서 발생하고, 전술한 바와 같이 흐름속도가 증가할수록 최대치는 줄어드는 경향을 나타낸다. 여기서, 전단응력 의 변화특성은 전술한 Figs. 3.21(d)와 3.21(e)의 수평 및 연직유효응력과 완전히 동일하다. 따라서, 흐름이 존재하 더라도 무한 두께의 해저지반에서는 완전중복파의 배에서 전단응력과 완전중복파의 마디에서 수평 및 연직유 효응력은 각각 최대로 나타나고, 연직분포 및 그의 최대치는 완전히 동일하다는 것을 확인할 수 있다.
Fig. 3.22. Flow and standing wave-induced shear stress of seabed in infinite thickness according to flow velocities under a given conditions of Table 4.1 and =0.
Fig. 3.23의 결과는 3.18과 동일한 조건하에 무한 두께의 해저지반에 대해 지반동적응답을 나타낸 것이다. 간극수압은 유한 두께의 Fig. 3.18와는 달리 =0에서 의 감소와 더불어 미소한 감소를 나타내지만, 다른 연직깊이에서는 의 변화에 따른 변동이 거의 나타나지 않고, Fig. 3.21에서 의 변화와 유사한 변동특 성을 나타낸다. 수평 및 연직유효응력도 Fig. 3.21에서 의 변화와 유사한 변동특성을 나타내고, 두 결과 모두 동일한 값을 가지며, 또한 가 감소하면 최대치가 약간 감소하고, 최대치는 =-0.16에서 발생된다는 것을 알 수 있다. 간극수압과 수평 및 연직유효응력에서 주기의 감소에 따른 주어지는 변동특성는 무한 두께를 갖는 해저지반의 경우 값의 크기는 약간 작지만, 흐름이 없을 때 진행파(Yamamoto et al., 1978)와 부분중복파에 서 나타나는 특성과도 일치한다.
(a) Non-dimensional pore water pressure (b) Non-dimensional horizontal effective stress
(c) Non-dimensional vertical effective stress (d) Non-dimensional shear stress
Fig. 3.23. Flow and standing wave-induced dynamic responses of seabed in infinite thickness according to wave periods under a given conditions of =0, =0 and =100cm/s.
(a) horizontal displacement (b) vertical displacement
(c) non-dimensional pore water pressure (d) non-dimensional horizontal effective stress
(e) non-dimensional vertical effective stress (f) non-dimensional shear stress
Fig. 3.24. Flow and standing wave-induced dynamic responses of seabed in shallow thickness according to flow velocities under a given conditions of =0 and =0.
전단응력을 나타내는 Fig. 3.23(d)의 경우 주기 가 줄어들면 전체적으로 크게 되는 경향을 나타내고, 최대치를 나타내는 의 값이 해저지반 표면에 가까워진다. 반면, >-0.1의 범위에서는 전단응력의 0점이 가 줄어들면 역시 해저지반 표면에 가까워진다.