• 한국지반공학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.95-102
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• 2011

불포화 지반을 이루고 있는 흙의 알갱이, 물과 공기의 연계해석이 전체 지반의 변형에 미치는 영향을 알아보고자, 흙 알갱이와 물의 두 가지 요소로 해석되어지는 기존 관점과의 차이를 분석하고 그에 대한 원인을 비교하였다. 열역학적 가정을 토대로 평형방정식을 이용하여 불포화토 거동을 지배하는 물과 공기의 흐름 관계를 유한요속해석을 위한 수학적인 알고리즘을 유도하여 배수시험 수치해석을 통해 기존 문헌과 비교 검증하였다. 3상으로 이루어진 불포화토 거동을 통해서 흙의 알갱이와 물과의 상호작용에서 공기압의 역할을 분석하여 불포화 지반 내에 물과 공기의 두가지 흐름에 대해 지반공학적인 적용성을 알아보았다.

• 터널과지하공간
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• 제31권4호
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• pp.270-288
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• 2021

본 연구에서는 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 암석 균열의 역학적, 수리적 거동을 평가할 수 있는 수치해석기법을 제시하고 해석해와의 비교를 통해 검증하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G의 일환으로 수행된 벤치마크 모델링 연구로, Task G는 결정질 암반 내 균열의 열-수리-역학적 복합거동을 해석하기 위한 수치해석기법을 개발하는 데에 목표가 있다. 본 연구에서는 사면체 개별 입자들을 이용하여 해석모델을 생성하고 3DEC을 이용하여 입자와 접촉에서의 거동을 해석하였다. 이 과정에서 등가연속체 개념을 적용해 입자기반모델의 미시물성을 산정할 수 있는 새로운 기법을 제시하였다. 한편, 균열 경사각과 거칠기, 경계응력조건 및 압력 조건에 따른 해석을 실시하여 각 해석조건이 균열의 수직, 전단방향 거동에 미치는 영향을 살펴보았다. 해석 결과, 제안된 수치모델은 경계응력에 따른 균열의 미끄러짐(fracture slip)과 유체 압력에 따른 균열의 개방(fracture opening), 균열 경사에 따른 응력 분포, 거칠기로 인한 전단변위의 구속 등을 합리적으로 재현하고 있음을 확인하였다. 수치해석을 통해 계산된 균열의 수직방향, 전단방향 변위는 모두 해석해를 통해 계산된 값과 거의 일치하는 결과를 보였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 다양한 조건의 실내시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• Steel and Composite Structures
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• 제20권3호
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• pp.501-512
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• 2016

High-strength structural bolts have been utilized for beam-to-column connections in steel-framed structural buildings. Failure of these components may be caused by the bolt shank fracture or threads stripping-off, documented in the literature. Furthermore, these structural bolts are galvanized for corrosion resistance or quenched-and-tempered in the manufacturing process. This paper adopted the finite element simulation to demonstrate discrete mechanical performance for these bolts under tensile loading conditions, the coated and uncoated numerical model has been built up for two numerical integration methods: explicit and implicit. Experimental testing and numerical methods can fully approach the failure mechanism of these bolts and their ultimate load capacities. Comparison has also been conducted for two numerical integration methods, demonstrating that the explicit integration procedure is also suitable for solving quasi-static problems. Furthermore, by using precise bolt models in T-Stub, more accurately simulate the mechanical behavior of T-Stub, which will lay the foundation of the mechanical properties of steel bolted joints.

• 방사성폐기물학회지
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• 제21권1호
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• pp.23-41
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• 2023

Coupled thermo-hydraulic-mechanical (THM) processes are essential for the long-term performance of deep geological disposal of high-level radioactive waste. In this study, a numerical sensitivity analysis was performed to analyze the effect of rock properties on THM responses after the execution of the heater test at the Kamaishi mine in Japan. The TOUGH-FLAC simulator was applied for the numerical simulation assuming a continuum model for coupled THM analysis. The rock properties included in the sensitivity study were the Young's modulus, permeability, thermal conductivity, and thermal expansion coefficients of crystalline rock, rock salt, and clay. The responses, i.e., temperature, water content, displacement, and stress, were measured at monitoring points in the buffer and near-field rock mass during the simulations. The thermal conductivity had an overarching impact on THM responses. The influence of Young's modulus was evident in the mechanical behavior, whereas that of permeability was noticed through the change in the temperature and water content. The difference in the THM responses of the three rock type models implies the importance of the appropriate characterization of rock mass properties with regard to the performance assessment of the deep geological disposal of high-level radioactive waste.

• Geomechanics and Engineering
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• 제30권4호
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• pp.373-382
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• 2022

Unsaturated soil at high suctions is widespread. Many civil engineering projects are related to the hydro-mechanical behavior of unsaturated soils at high suctions, particularly in arid and semiarid areas. To investigate water retention behaviors of nine clayey soils (one is classified as fat clay and the others are classified as lean clay according to the unified soil classification system), the high suction (3.29-286.7 MPa) was imposed on the specimens at zero net stress by the vapor equilibrium technique. In this paper, the effect of void ratio on the water retention behavior at high suction was discussed in detail. Validation data showed that soil types, i.e., different mineralogical compositions, are critical in the soil water retention behavior at a high suction range. Second, the hysteresis behavior at a high suction range is mainly related to the clay content and the specific surface area. And the mechanism of water retention and hysteresis behavior at high suctions was discussed. Moreover, the maximum suction is not a unique value, and it is crucial to determine the maximum suction value accurately, especially for the shear strength prediction at high suctions. If the soil consists of hydrophilic minerals such as montmorillonite and illite, the maximum suction will be lower than 10⁶ kPa. Finally, using the area of hysteresis to quantify the degree of hysteresis at a high suction range is proposed. There was a good correlation between the area of hydraulic hysteresis and the specific surface area.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제4권1호
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• pp.25-32
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• 2013

In real world applications, the response of structures may be dependent on the rate of loading and thus can be affected by transient loading, especially when the rate of loading is significant. In such situations, the rate of loading may become a major issue to understand structures during earthquake excitation or under blast or high velocity impact. In some cases, the rate effect on structures under strong earthquake excitation cannot be ignored when attempting to understand inelastic behavior of structures. Many researchers developed the constitutive theories in cyclic plasticity and viscoplasticity. In this study, numerical simulation by cyclic visocoplasticity models is introduced and analyzed. Finally, the analytical results are compared with experimental results as a means to evaluate and verify the model.

• Geomechanics and Engineering
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• 제31권3호
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• pp.305-318
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• 2022

Permeable reactive barriers used for groundwater treatment require proper estimation of the reactive material behavior regarding the emplacement method. This study evaluates the dry emplacement of zeolite (clinoptilolite) to be used as a reactive material in the barrier by carrying out several geotechnical laboratory tests. Dry zeolite samples, exhibited higher wetting-induced compression strains at the higher vertical stresses, up to 12% at 400 kN/m². The swelling potential was observed to be limited with a 3.5 swell index and less than 1% free swelling strain. Direct shear tests revealed that inundation reduces the shear strength of a dry zeolite column by a maximum of 10%. Falling head permeability tests indicate decreasing permeability values with increasing the vertical effective stress. Regarding self-loading and inundation, the porosity along the zeolite column was calculated using a proposed 1D numerical model to predict the permeability with depth considering the laboratory tests. The calculated discharge efficiency was significantly decreased with depth and less than 2% relative to the top for barrier depths deeper than 20 m. Finally, the importance of directional dependence in the permeability of the zeolite medium for calibrating 2D finite element flow analysis was highlighted by bench-scale tests performed under 2D flow conditions.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권12호
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• pp.1543-1548
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• 2011

본 연구에서는 대용량 액화천연가스(LNG 즉 Liquefied Natural Gas) 저장탱크의 앵커스트랩(anchor strap)의 설계를 위한 구조해석이 수행되었다. 본 논문에 고려된 LNG 저장탱크는 반경이 40m 의 완전방호식 저장탱크로 크게 외조와 내조로 구성되고, 둘 사이의 공간은 단열재인 블랑켓과 펄라이트로 채워져있다. 앵커스트랩은 내조, 외조 및 코너프로텍션과 연결되어 있어 지진하중에 의한 내조의 파손을 방지하는 역할을 한다. 본 연구에서는 앵커스트랩만 고려한 단일모델과 실제 형상을 고려하여 앵커스트랩, 내조, 외조 및 코너프로텍션을 동시에 고려한 확장모델에 대해서 각각 유한요소해석을 수행하여 비교, 분석하였다. 하중조건으로는 LNG 의 유출상태 및 지진하중을 고려한 다섯 가지 경우를 고려하였고, 각 하중조건에 대한 두 모델의 Tresca 응력분포를 구하여 설계기준과 비교해 보았다.

• 터널과지하공간
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• 제30권1호
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• pp.39-62
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• 2020

본 연구에서는 불포화토의 열-수리적 변화로 야기되는 역학적 거동 특성을 분석하고 장기 거동을 예측하기 위해 Barcelona Basic Model(BBM) 해석 모듈을 TOUGH2-MP/FLAC3D에서 구동할 수 있도록 개발하였다. 기본적으로는 TOUGH-FLAC에 BBM 해석 모듈을 개발하기 위해 사용된 선행연구의 방법과 마찬가지로 FLAC에서 제공하고 있는 Modified Cam Clay Model(MCCM)을 기반으로 User Defined Model(UDM)과 FLAC3D에서 제공하는 FISH function을 이용하였다. 본 연구에서 개발한 BBM 해석 모듈에서는 평균유효응력뿐만 아니라 흡입력의 변화에 따른 소성변형률을 모두 고려하였으며, 평균유효응력 및 흡입력 증가에 따른 항복면의 변화를 모두 반영할 수 있도록 하였다. 개발된 BBM 해석 모듈을 FLAC3D 매뉴얼에 기술되어 있는 MCCM 예제, BBM을 처음 제안한 선행연구에 언급되어 있는 예제들, 그리고 스웨덴 SKB 보고서에 언급되어 있는 실험실 시험 결과를 이용하여 검증하였다. 뿐만 아니라, 효과적인 BBM의 파라미터 도출을 목적으로 개발된 Quick tools의 검증을 위해 수행된 일련의 모델링 시험들을 동일하게 수행하고 선행연구에서 보고된 Quick tools와 Code_Bright의 결과와 비교함으로써 개발된 BBM 해석 모듈을 검증하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권11호
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• pp.107-118
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• 2022

최근 증가하는 수소에너지 수요에 대응할 수 있는 안정적인 수소 저장 기술에 대한 사회적 니즈가 증가하고 있으며, 이 중 지중수소저장은 대규모 수소 저장이 가능하여 가장 경제적이고 합리적인 저장 방식으로 인식되고 있다. 국내의 경우, 인공적인 방호구조물을 활용한 저심도 수소 저장 방식을 고려하고 있는데, 이와 관련된 안전기준 확립 및 지반 안정성 평가가 중요해지고 있다. 본 연구에서는 저심도 지중 수소저장시설에서의 수소가스 누출 시 발생할 수 있는 지반의 수리역학적 거동을 복합해석 모델을 통해 평가하였다. 벤치마크 실험을 통하여 해석 모델의 예측 신뢰성을 검증한 후, 메타모델을 활용한 매개변수연구를 수행하여 고압수소가스의 지반 침투에 따른 지표면 융기현상에 대한 영향 인자들의 민감도에 대해 평가하였다. 분석결과, 수소가스의 지반누출에 따른 지표변위 변화에 대한 민감도는 지반의 탄성계수가 가장 큰 것으로 확인되었다. 이러한 연구결과는 향후 수소가스 누출뿐만 아니라 수소가스 폭발에 대한 지반 복합해석 평가 시 유용한 기초자료로 활용될 것이다.