Coupled Distinct Element and Boundary Element Analysis of Problems Having Infinite or Semi-infinite Boundaries

개별요소와 경계요소 조합에 의한 무한 및 반무한 영역문제의 해석

Numerical modeling of problems having infinite and semi-infinite boundaries is studied using a coupled method of distinct elements and boundary elements. The regions which are restricted on stress concentration area of loading points, excavation surface, and geometric discontinuity in the underground structures, are modeled using distinct elements, while the infinite and semi-infinite regions are modeled using linear boundary elements. Linear boundary elements for infinite and semi-infinite region are respectively composed using the Kelvin's and the Melan's solution, respectively. For the completeness, the boundary element method, the distinct element, and the coupled method of distinct elements and boundary elements are studied independently. The coupled method is verified and is applied to underground structures of infinite and semi-infinite regions. Through the comparison of the results, it is concluded that the coupled analysis may be used for discontinuous underground structures in the effective manner.

무한 및 반무한 경계조건을 가진 지하구조체에 대하여 개별요소법과 경계요소법을 조합하여 해석하는 방법을 제안하였다. 일반적으로 무한 또는 반무한 경계를 가지는 지하구조체의 문제에 있어서 응력집중부, 굴착면 혹은 불연속면이 발달되어 있는 영역을 개별요소로 모형화하고 무한 영역은 선형경계요소를 사용하여 모형화 하였다. 여기서, 선형경계요소에 의한 무한 및 반무한 영역의 고려는 Kelvin의 무한 영역, Melan의 반무한 영역에서의 해로 구성하였다. 효율적인 해석을 위하여 선형 경계요소법, 개별요소법, 개별요소와 경계요소 조합방법 등이 독립적으로 연구되었다. 연구된 각 방법에 근거하여 조합된 해석방법을 무한 및 반무한 문제에 적용하여 기존의 이론해석치와 비교하여 검증을 실시하고, 지하구조체에 적용하여 조합해석방법의 실용성을 보였다. 따라서, 지하구조체에 조합방법을 사용하면 지반의 불연속 조건과 경계조건에 따르는 구조물의 거동을 합리적으로 예측할 수 있으며, 개별요소와 경계요소의 장점을 살려 보다 합리적인 해석의 수행이 가능할 것으로 판단된다.