• 대한토목학회논문집
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• 제34권3호
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• pp.895-906
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• 2014

대수심 부유 구조물의 하부기초 기술 중 하나인 dynamically penetration anchor (DPA 또는 흔히 torpedo anchor로 칭함)의 거동특성을 시험결과 및 수치 해석적 접근을 통해 분석하였다. 기존의 유한요소 해석기법으로는 이러한 대수심 anchor 구조물의 거동 특성을 적절히 모사하기 어렵기 때문에 본 연구에서는 이러한 부분을 해결하기 위해 Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) 법을 통해 지반-구조물 사이에서 발생하는 메쉬(mesh)의 distortion 현상 및 경계조건 등의 문제점을 대변형의 관점에서 해결하고자 하였다. 실측치와의 비교를 통해, CEL 기법의 타당성을 검증하였고, 그 결과 본 연구에서 적용한 CEL 기법이 기존 유한요소 기술로는 구현이 불가능한 대수심 anchoring system의 자유낙하에 의한 전반적인 거동 및 지반의 변형특성을 적절히 예측함을 알 수 있었다. 또한 검증된 기법을 바탕으로 dynamic anchor의 거동에 영향을 주는 여러 요소들에 대한 매개변수 연구를 추가로 수행하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제31권8호
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• pp.29-38
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• 2015

최근 기존의 유한요소 해석기법으로는 항타 말뚝 관입과 같은 대변형 문제를 적절히 모사하기 어렵기 때문에 대변형 해석기법을 필요로 하고 있다. 본 연구에서는 대변형 수치해석 기법 중 하나인 Coupled Eulerian-Lagrangian(CEL) 기법을 이용하여 항타 관입의 3차원 대변형 해석을 수행하고자 한다. 현장 시험 결과와 비교를 통해, CEL 기법의 타당성을 검증하였고, 그 결과 본 연구에서 적용한 CEL 기법이 기존 유한요소 해석 기법으로는 구현이 불가능한 항타 말뚝 관입의 전반적인 거동을 합리적으로 모사할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 항타 개단말뚝의 특징인 선단부근에 응력이 집중되는 현상을 적절히 예측함을 알 수 있었다. 이를 통해 CEL 기법을 이용하여 항타 관입 해석이 가능한 것을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제31권12호
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• pp.45-57
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• 2015

본 연구에서는 토석류의 유하부 도달 속도 및 피해 영향범위 등의 흐름 특성을 파악하기 위하여 대변형 3차원 유한요소 해석을 수행하였다. 대변형 해석은 ABAQUS (Ver 6.13, 2013)의 Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) 기법을 이용하였으며, 실제 토석류 발생 지역의 관측 값과 해석 결과를 비교함으로써 CEL 대변형 해석기법의 타당성을 검증하였다. 그 결과, CEL 대변형 해석기법은 토석류 거동을 합리적으로 예측 할 수 있음을 확인하였다. 또한 토석류의 흐름에 사방댐이 미치는 영향을 확인하기 위하여 추가적인 해석을 수행하여 분석하였다. 그 결과, 사방댐에 의해 유하부로 흘러 내려오는 토석류의 속도와 체적의 감소효과를 확인하였고 토석류에 의해 발생하는 충격력을 산정하였다. 이로 인하여 대변형 토석류 해석기법은 기존 사방댐 안정성 평가 및 사방댐 설계에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권12호
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• pp.59-69
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• 2018

한계평형법 이론들을 사용하기 위해서는 극한 파괴 상태에서 나타나는 파괴 전단면을 찾아야 한다. 강도 감소법에서는 유한요소해석의 수치해가 일정 반복 횟수 이내에 수렴하지 못하는 시점을 극한 파괴 상태로 정의한다. 하지만 Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL)기법을 유한요소해석에서 사용하면 극한 파괴 상태에 도달하여도 수치해의 비수렴 상황이 발생하지 않으므로 이러한 정의는 사용하기 어렵다. 본 연구에서는 CEL 기법을 이용한 유한요소해석에서 지반의 극한 파괴 상태를 감지할 수 있는 객관적인 물리량 기준을 제시하였다. 비배수 조건의 연약지반이 연속기초 하중을 받는 경우 극한 파괴 상태에 해당하는 이론적 하중에서 소성 소산 에너지의 변화속도가 민감하게 변화함을 찾을 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.17-23
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• 2020

본 논문에서는 인공섬 형식의 방호공을 구성하는 수중사면에 선박이 충돌하는 경우 발생하는 선박과 지반의 거동을 해석하기 위한 모델을 Coupled Eulerian-Lagrangian(CEL) 기법을 이용하여 구성하였다. 충돌에서 발생하는 지반의 전단파괴를 포함하는 대변형을 고려하기 위하여 지반과 해수는 Eulerian 영역으로 구성하고 충돌체를 Lagrangian 영역으로 구성되었다. 해석의 효율성을 향상시키기 위해서 mass scali기법을 충돌체의 모델링에 도입하였으며, 지반은 Eulerian영역에서 Eulerian Volume Fraction(EVF)값을 설정하여 구성하였다. 작성된 모델의 적용성을 검증하기 위하여 동적관입앵커에 대한 해석을 수행하였다. 또한 컨테이너선의 외부형상에 따라 고체요소로 모델링된 선수가 수중사면에 충돌하는 경우의 해석을 수행하고, 그 때 발생하는 변위, 속도, 소산에너지 등의 거동을 평가하였다. 그 결과로 매개변수해석에 대한 추가적인 연구 필요성이 도출되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권12호
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• pp.21-33
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• 2017

본 연구에서는 항타시공성(BPM, blow per meter)을 고려하여 대구경 항타강관말뚝을 시공하였을 때 발생하는 폐색효과를 분석하였다. Coupled Eulerian-Lagrangian(CEL)해석 시 적용된 항타에너지는 파동방정식을 이용하여 산정하였고, CEL 대변형 3차원 유한요소 해석을 수행하여 말뚝 항타시공 과정을 모사하였다. 본 연구 결과, 말뚝 직경이 증가함에 따라 목표 깊이까지 소요되는 항타에너지는 증가(일정한 BPM인 경우에 해당함) 하였으며, 그 결과 soil plugging index(SPI)는 서로 유사하게 나타나지만 폐색효과는 감소함을 알 수 있었다. 또한, 말뚝의 근입 깊이가 증가할수록 SPI는 서로 유사한 값을 나타냈으나 관내토에서 발생하는 수평토압이 증가하게 되어 폐색효과는 오히려 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구결과, 폐색효과의 대표적 영향인자인 말뚝 직경, 말뚝 근입 깊이, 지반 탄성계수, BPM에 따른 관내토의 수평토압계수 분포 경향을 제안하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권5호
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• pp.27-36
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• 2016

개단말뚝은 폐색정도에 따라 지지력이 다르게 나타나므로 개단말뚝 설계시 폐색효과를 고려하여야 한다. 이에 본 연구에서는 대변형 수치해석 기법 중 하나인 Coupled Eulerian-Lagrangian(CEL) 기법을 이용하여 말뚝의 항타 관입을 모사하여 사질토, 점성토 지반조건, 단일 지반의 탄성계수, 말뚝 선단지지 조건, 다층지반 조건에 대한 영향 분석을 수행하였다. 해석 결과 사질토 지반에서 점성토 지반보다 폐색정도가 큰 것으로 확인되었고, 사질토의 경우 지반의 강성이 클수록 폐색정도가 증가하는 것으로 나타났다. 말뚝 선단이 지지층에 근입된 경우, 그렇지 않은 경우보다 정지토압계수가 크게 나타나 폐색정도가 큰 것으로 확인되었다. 또한, 지반의 배열이 이질층인 경우 지반강성에 따라 정지토압계수가 다르게 결정됨을 알 수 있었다. 따라서 지반조건, 지층 등에 따라 정지토압계수를 다르게 적용하여 관내 내부마찰력을 산정할 필요가 있으며 이를 반영한 합리적인 지지력 산정을 할 필요가 있음을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권12호
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• pp.5-13
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• 2016

본 연구에서는 대변형 해석기법 중 하나인 Coupled Eulerian-Lagrangian 해석기법을 적용하여 TBM 굴진으로 발생하는 굴착손상영역을 분석하였다. 실제 TBM 굴진과정을 모사하기 위해 quasi-static 조건을 고려하여 동적해석을 수행하였으며, 해석시간의 효율성과 정확도를 만족시키는 최적의 조건을 찾기 위해 mesh 및 TBM 굴진속도를 변수로 하여 case study를 수행하였다. 또한 암반 종류 및 터널 직경이 굴착손상영역에 미치는 영향을 확인하기 위해서 매개변수연구를 수행하였다. 수치해석 결과, TBM 굴착으로 인한 굴착손상영역은 대부분의 경우 0.4D 이내로 나타났으며, 터널직경이 커짐에 따라 굴착손상영역도 증가하는 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.25-33
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• 2020

본 논문에서는 Coupled Eulerian-Lagrangian(CEL) 기법을 이용하여 인공섬 형식의 방호공을 구성하는 수중사면에 선박이 충돌하는 경우 발생하는 선박의 선수와 지반의 거동에 대한 매개변수 해석을 수행하였다. 고려된 매개변수는 선수의 경우 선수각, 스템각, 충돌위치 그리고 충돌속도이며, 지반의 조건으로 사면의 기울기, 지반과 선박의 마찰계수 그리고 지반의 강도이다. 선수의 거동으로부터 소산된 충돌력과 운동에너지를 각 매개변수에 대해 산정하고, 이를 지반의 변형과 연계하여 에너지 소산기구의 거동을 파악하였다. 충돌력을 변위의 지수함수로 가정하고 매개변수의 영향을 검토하였다. 그 결과 지수함수의 계수는 사면의 경사와 선박과의 마찰계수에만 영향을 받는 결과를 얻었다. 이 관계로부터 소산되는 충돌에너지를 타당하게 산정할 수 있었다. 충돌 시 선수에 의해 밀려난 원지반의 부피와 소산된 충돌에너지는 비례하는 관계로 나타낼 수 있다는 것을 보였고, 이 관계는 선박의 형상보다는 선박과 사면의 마찰계수와 지반의 강도에 영향을 받는 것으로 나타났다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제23권3호
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• pp.245-259
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• 2020

Tunnels have become an indispensable part of metro cities. Blast resistance design of tunnel has attracted the attention of researchers due to numerous implosion event. Present paper deals with the non-linear finite element analysis of rock tunnel having shear zone subjected to internal blast loading. Abaqus Explicit schemes in finite element has been used for the simulation of internal blast event. Structural discontinuity i.e., shear zone has been assumed passing the tunnel cross-section in the vertical direction and consist of Highly Weathered Granite medium surrounding the tunnel. Mohr-Coulomb constitutive material model has been considered for modelling the Highly Weathered Granite and the shear zone material. Concrete Damage Plasticity (CDP), Johnson-Cook (J-C), Jones-Wilkins-Lee (JWL) equation of state models are used for concrete, steel reinforcement and Trinitrotoluene (TNT) simulation respectively. The Coupled-Eulerian-Lagrangian (CEL) method of modelling for TNT explosive and air inside the tunnel has been adopted in this study. The CEL method incorporates the large deformations for which the traditional finite element analysis cannot be used. Shear zone orientations of 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90°, with respect to the tunnel axis are considered to see their effect. It has been concluded that 60° orientation of shear zone presents the most critical situation.