5.3. 해석결과
5.3.5 흐름속도의 변화
(1) 순방향
다음 Fig. 5.11의 결과는 Table 4.1의 조건과 파고 =0.2m, 주기 =2.0s, 지반두께 =1.73m의 조건하
순방향(파와 흐름의 진행방향이 동일한 경우)의 흐름속도를 변화시킨 경우에 지반내 의 위치에
서 진동간극수압, 잔류간극수압 및 전 간극수압에 대한 무차원시계열을 각각 10,000 주기 동안 나타낸 것이다.
여기서, 흐름이 0m/s에서 0.04m/s 및 0.08m/s로 증가됨에 따라 진동간극수압은 약간 증가하고(0.368→
0.405→0.440로 증가), 잔류간극수압은 감소(=5의 경우에 한정하면 4.872→3.586→2.640로 감소)되는 경향을 나타낸다. 이는 흐름속도가 증가할수록 파의 주기가 길어지고, 이에 따라 파장이 길어져 가 작아지기 때문이며, 실제로 흐름이 0m/s에서 0.04m/s 및 0.08m/s로 증가됨에 따라 파주기는 2.0s(= 4.054m), 2.037s(=4.242m) 및 2.074s(=4.422m)로 길어진다. 전 간극수압은 흐름이 없는 경우가 가장 크다는 것을 알 수 있다.
(a)
(b)
(c)
Fig. 5.11. Oscillating, residual and total pore-water pressures in seabed for , ,
=2.0s and =1.73m.
Fig. 5.11에서의 흐름, 파 및 지반조건과 동일한 조건하에 무한 시간에서 연직분포를 나타낸 것이
Fig. 5.12의 결과이다. 그림으로부터 Fig. 5.11에서 서술된 바와 같이 흐름속도가 증가할수록 진동성분은
증가하고, 잔류성분은 감소하여 결과적으로 전 간극수압이 작아지는 현상을 확인할 수 있다. 그리고,
흐름속도의 증가는 파주기 및 파장의 증가로 이어지고, 결과적으로는 지반두께에 대한 파장의 비 의 값이 작아져 간극수압의 변화에서 토층의 두께가 얕아지는 효과가 나타난다. 한편, 흐름속도가 증가할수
록 max ′을 나타내는 연직깊이가 감소되어 결국 액상화 영역이 줄어들며, 구체적으로
=0m/s의 경우 <0.505(<0.874m), =0.04m/s의 경우 <0.42(<0.727m) 및 =0.08m/s의 경우
<0.32(<0.554m)의 연직깊이까지 액상화된다는 것을 알 수 있다.
(a) (b)
(c)
Fig. 5.12. Liquefaction depth with vertical distribution of oscillating, residual and total pore-water pressures for , , =2.0s and =1.73m.
(2) 역방향
Fig. 5.13의 결과는 Table 4.1의 조건과 파고 =0.2m, 주기 =2.0s, 지반두께 =1.73m의 조건하
역방향(파와 흐름의 진행방향이 반대인 경우)의 흐름속도를 변화시킨 경우에 지반내 의 위치에
서 진동간극수압, 잔류간극수압 및 전 간극수압에 대한 무차원시계열을 각각 10,000 주기 동안 나타낸
것이다. 여기서, 흐름이 0m/s에서 -0.04m/s 및 -0.08m/s로 감소됨에 따라 전술한 순방향의 흐름에서 나타나
는 변동특성과는 달리 진동간극수압은 약간 감소하고, 잔류간극수압은 증가되는 경향을 나타낸다. 이는 흐름속도가 감소할수록 파의 주기가 짧아지고, 이에 따라 파장이 짧아져 가 커지기 때문이며, 실제 로 흐름이 0m/s에서 -0.04m/s 및 -0.08m/s로 감소됨에 따라 파주기는 2.0s(= 4.054m), 1.958s(=3.862m) 및 1.915s(=3.666m)로 짧아진다. 전 간극수압은 흐름속도가 감소될수록 커진다는 것을 알 수 있다.
Fig. 5.13에서의 흐름, 파 및 지반조건과 동일한 조건하에 무한 시간에서 연직분포를 나타낸 것이
Fig. 5.14의 결과이며, 여기서 =0 m/s에 대한 Fig. 5.12(a)도 포함하여 고찰한다. 그림으로부터 Fig.
5.13에서 서술된 바와 같이 흐름속도가 감소할수록 진동성분은 감소하고, 잔류성분은 증가하지만, 결과 적으로 전 간극수압이 커지는 현상을 확인할 수 있다. 그리고, 흐름속도의 감소는 파주기 및 파장의 감소로 이어지고, 결과적으로는 지반두께에 대한 파장의 비 의 값이 커져 간극수압의 변화에서 토층의 두께가 두꺼워지는 효과가 나타난다. 한편, 흐름속도가 감소할수록 max ′을 나타 내는 연직깊이가 증가되어 결국 액상화 영역이 커지게 되며, 구체적으로 =0m/s의 경우 <0.505(
<0.874m), =-0.04m/s의 경우 <0.74(<1.28m) 및 =-0.08m/s의 경우 <0.98(<1.695m)의 연직 깊이까지 액상화된다는 것을 알 수 있다.
(a)
(b)
(c)
Fig. 5.13. Oscillating, residual and total pore-water pressures in seabed for , ,
=2.0s and =1.73m.
이상의 순방향흐름과 역방향흐름에서 흐름 이외의 계산조건이 동일한 경우에 진동간극수압, 잔류간 극수압 및 그 합의 간극수압은 정반대의 변동특성을 나타내며, 이는 흐름속도의 차이에 따른 주기 및 파장의 변화에 의해 발생된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 지반의 안정성 측면에서 액상화를 평가하면 파와 순방향 흐름보다 파와 역방향 흐름의 경우가 보다 지반이 취약하게 되고, 또한 역향방 흐름속도가 커질수록 보다 악화된다는 중요한 사항을 도출할 수 있다.
(a) (b)
Fig. 5.14. Liquefaction depth with vertical distribution of oscillating, residual and total pore-water pressures for , =2.0s and =1.73m.