파랑작용에 의한 해저파이프라인 주변지반의 응답특성

Abstract

Recently, the nonlinear dynamic responses among waves, submarine pipeline and seabed have become a target of analyses for marine geotechnical and coastal engineers. Specifically, the velocity field around the submarine pipeline and the wave-induced responses of soil, such as stress and strain inside seabed, have been recognized as dominant factors in discussing the stability of submarine pipeline. The aim of this paper is to investigate nonlinear dynamic responses of soil in seabed, around submarine pipeline, under wave loading. In order to examine wave-induced soil responses, first, the calculation is conducted in the whole domain, including wave field and the seabed, usingthe VOF-FDM method. Then, velocities and pressures, which are obtained on the boundary between the wave field and the seabed, are used as the boundary condition to compute the wave-induced stress and strain inside seabed, using the poro-elastic FEM model, which is based on the approximation of the Biot's equations. Based on the numerical results, the characteristics of wave-induced soil responses around submarine pipeline are investigated,in detail, inrelation to relative separate distance of the submarine pipeline from seabed. Also, the velocity field around the submarine pipeline is discussed.1. 서 론 해저파이프라인은 석유, 천연가스, 상하수 등의 유체를 수송하는 역할을 포함하여, 해저 광케이블을 통한 정보의 전달수단으로서도 그 중요성이 증대되는 구조물이다. 해저파이프라인은 기본적으로 육상의 파이프라인과 같은 방법으로 설계ㆍ시공되지만 육상의 파이프라인에 비해 파력ㆍ조류력과 같은 열악한 해양환경에 노출되므로 부설 및 가동시 손상을 입을 가능성이 있고, 해저파이프라인 주변지반의 세굴 및 액상화와 같은 2차적인 요인으로 인하여 부상, 좌굴 및 파단에 이르는 위험성이 있다. 특히, 석유이송 파이프라인의 경우에는 사고로 인한 직접적인 피해 이외에도 해양환경에 미치는 악영향은 매우 크다. 따라서, 해저파이프라인의 안정성을 유지하기 위하여 이러한 불안정한 요소들에 대한 충분한 검토가 수행되어야 한다.해저파이프라인에 대한 연구는 해저파이프라인에 작용하는 파압분포특성(Magada, 2000) 및 해저파이프라인 주변의 유체흐름특성(Jo et al., 2002)을 규명하려는 연구가 있고, 대부분이 해저파이프라인 주변지반의 세굴, 해저파이프라인의 자가매몰