Abstract
In designing the coastal structures, the accurate estimation of wave forces on them is very important. Recently, the empirical formulae such as Goda formula are widely used to estimate wave forces, as well as 2-D hydraulic and numerical model tests. But, sometimes, these estimation methods mentioned above seem to be unreasonable to predict 3-D structure of wave pressure on the coastal structures with 3-D plane arrangement in the real coastal area. Especially, in case of consideration of phase difference at harbor and seaward sides of the large-sized coastal structures like a composite breakwater, it is easily expected that the real wave pressures on each section of coastal structure have 3-D distribution. A new numerical model of 3-D Large Eddy Simulation, which is applicable to permeable structure, is developed to clarify the 3-D structure of wave pressures acting on coastal structure. The calculated wave forces on 3-D structure installed on the submerged breakwater show in good agreement with the measured values. In this study, the composite breakwater is adopted as a representative structure among the large-sized coastal structures and the 3-D structure of wave pressures on it is discussed in relation to the phase difference at harbor and seaward sides of it due to wave diffraction and transmitted wave through rubble mound.
현재 해안구조물의 설계시에는 현지관측을 토대로 한 Goda식(Goda, 1974)과 같은 경험식이나 2차원적인 수리수치모형실험을 통한 파력값을 많이 사용하고 있다. 하지만, 이러한 2차원 해석결과들은 실해역에 설치된 구조물의 평면배치형상에 따라 변화하는 작용파력의 3차원 구조를 재현하기에는 무리가 있는 듯 하다. 특히, 혼성방파제와 같은 대형구조물의 항외측과 항내측에서 위상차가 발생하는 경우에는 구조물의 단면별로 파력이 각기 다르게 작용할 것으로 판단된다. 본 연구에서는, 해안구조물에 작용하는 파력의 3차원구조를 명확히 하기 위하여, 투과성구조물 및 쇄파현상에도 적용이 가능한 기존의 수치해석기법(Hur and Mizutani, 2003)에 Large Eddy Simulation(LES)기법을 도입한 새로운 3차원 수치해석기법을 제안하였으며, 이 기법을 이용하여 얻어진 잠제상 구조물에서의 작용파력 계산치를 기존의 수리모형실험치와 비교한 결과, 좋은 일치성을 확인하였다. 또한, 대형해안구조물 중 혼성방파제를 본 연구의 대상구조물로하여, 사석마운드로의 투과 및 개구부로의 회절의 영향으로 인해 발생하는 위상차를 고려한 3차원 파력구조에 관해 논의하였으며, 2차원 해석으로는 규명할 수 없었던 3차원적인 동적 파력특성을 파악할 수 있었다.
