• Geomechanics and Engineering
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• 제29권1호
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• pp.1-11
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• 2022

A semi-analytical solution to responses of overconsolidated (OC) unsaturated soils surrounding an expanding spherical cavity under constant suction condition is presented. To capture the elastoplastic hydro-mechanical property of OC unsaturated soils, the unified hardening (UH) model for OC unsaturated soil is adopted in corporation with a soil-water characteristic curve (SWCC) and two suction yield surfaces. Taking the specific volume, radial stress, tangential stress and degree of saturation as the four basic unknowns, the problem investigated is formulated by solving a set of first-order ordinary differential equations with the help of an auxiliary variable and an iterative algorithm. The present solution is validated by comparing with available solution based on the modified Cam Clay (MCC) model. Parametric studies reveal that the hydraulic and mechanical responses of spherical cavity expanding in unsaturated soils are not only coupled, but also affected by suction and overconsolidation ratio (OCR) significantly. More importantly, whether hydraulic yield will occur or not depends only on the initial relationship between suction yield stress and suction. The presented solution can be used for calibration of some insitu tests in OC unsaturated soil.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제74권2호
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• pp.283-296
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• 2020

The coupled hydro-mechanical loading conditions commonly occur in the geothermal and petroleum engineering projects, which is significantly important influence on the stability of rock masses. In this article, the influence of flaw inclination angle of fracture behaviors in rock-like materials subjected to both mechanical loads and internal hydraulic pressures is experimentally studied using the 3-D X-ray computed tomography combined with 3-D reconstruction techniques. Triaxial compression experiments under confining pressure of 8.0 MPa are first conducted for intact rock-like specimens using a rock mechanics testing system. Four pre-flawed rock-like specimens containing a single open flaw with different inclination angle under the coupled hydro-mechanical loading conditions are carried out. Then, the broken pre-flawed rock-like specimens are analyzed using a 3-D X-ray computed tomography (CT) scanning system. Subsequently, the internal damage behaviors of failed pre-flawed rock-like specimens are evaluated by the 3-D reconstruction techniques, according to the horizontal and vertical cross-sectional CT images. The present experimental does not only focus on the mechanical responses, but also pays attentions to the internal fracture characteristics of rock-like materials under the coupled hydro-mechanical loading conditions. The conclusion remarks are significant for predicting the rock instability in geothermal and unconventional petroleum engineering.

• 한국해양공학회지
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• 제28권4호
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• pp.288-293
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• 2014

The IEC standard for onshore or offshore wind turbines requires additional dummy simulations (at least 5 s) for the transient responses due to initial conditions. An increase in the dummy time causes a considerable increase in the computational cost considering multiple design spirals with several thousand design load analysis cases. A time of 30 s is typically used in practical simulations for a wind turbine design with a fixed platform. However, 30 s may be insufficient for floating offshore wind turbines (FOWT) because the platforms have lower natural frequencies, and the transient responses will last much longer. In this paper, an initial condition application algorithm is implemented for WindHydro, and the appropriate dummy simulation time is investigated based on a series of dynamic simulations of a FOWT. As a result, it is found that more than 300 s is required for the platform to have stationary motion after the initial transient responses for the FOWT under the conditions considered.

• 터널과지하공간
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• 제30권4호
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• pp.335-358
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• 2020

본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석기법을 통해 단층의 수리역학적 거동을 평가할 수 있는 수치해석 모델을 제안하였다. 이는 국제공동연구 DECOVALEX-2019 Task B의 일환으로 수행되었으며, 불투수성 암반 내 유체 주입으로 인한 단층의 재활성을 예측하고 주변 암반의 수리역학적 안정성을 평가할 수 있는 해석모델을 개발하는 데에 그 목적이 있다. 본 연구에서는 TOUGH2 수리유동모델과 FLAC3D의 역학적 인터페이스 모델의 연동을 통해 단층의 역학적 거동을 보다 합리적으로 구현할 수 있는 해석기법을 제안하고, 벤치마크 해석과 스위스 Mont Terri 지하연구시설 현장시험에 적용하여 그 타당성과 유효성을 검증하였다. 개발된 해석 모델은 유체의 주입으로 인한 단층 내 압력 분포의 발달, 역학적 변형에 따른 수리간극의 변화, 변위와 응력 등 단층의 수리역학적 거동을 적절히 재현할 수 있는 것으로 나타났다.

• 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.

• 터널과지하공간
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• 제33권4호
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• pp.265-280
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• 2023

터널누수는 주변지반의 응력 및 간극수압을 변화시켜 터널 안정성 및 지반변형에 영향을 미칠 수 있는 결함요소이다. 장기간 또는 큰 규모의 누수발생은 터널 라이닝의 불안정성 및 지표침하와 같은 터널 구조물 및 주변지반 환경에 손상을 일으킬 수 있다. 본 연구에서는 누수발생 시 터널의 구조 안정성 및 지반거동에 미치는 영향을 수치해석적으로 분석하였다. 고려된 터널은 내부로 주변 지하수의 유입을 허용하지 않는 비배수 조건으로 가정하였고 터널 완공 후 라이닝에서 누수가 발생하는 것으로 설정하였다. 누수로 인한 터널 구조물 및 지반의 거동을 모사하기 위해 수리역학 연계해석이 수행되었으며 파이썬으로 개발된 TOUGH-FLAC 시뮬레이터가 사용되었다. 누수 발생량과 누수위치를 변화시켜 수치모사가 수행되었으며 수리역학 해석을 위한 연계항들이 복합거동 결과에 미치는 영향을 조사하였다.

• Coupled systems mechanics
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• 제6권3호
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• pp.287-316
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• 2017

This paper studies the particularities of the forced vibration of the hydro-elastic system consisting of a moving elastic plate, compressible viscous fluid and rigid wall. This study is made by employing the discrete-analytical solution method proposed in the paper by the authors (Akbarov and Panakhli (2015)). It is assumed that in the initial state the fluid flow is caused by the axial movement of the plate and the additional lineally-located time-harmonic forces act on the plate and these forces cause additional flow field in the fluid and a stress-strain state in the plate. The stress-strain state in the plate is described by utilizing the exact equations and relations of the linear elastodynamics. However, the additional fluid flow field is described with linearized Navier-Stokes equations for a compressible viscous fluid. Numerical results related to the influence of the problem parameters on the frequency response of the normal stress acting on the plate fluid interface plane and fluid flow velocity on this plane are presented and discussed. In this discussion, attention is focused on the influence of the initial plate axial moving velocity on these responses. At the same, it is established that as a result of the plate moving a resonance type of phenomenon can take place under forced vibration of the system. Moreover, numerical results regarding the influence of the fluid compressibility on these responses are also presented and discussed.

• 터널과지하공간
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• 제33권2호
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• pp.83-94
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• 2023

원통형 시료의 측면에 일정하게 구속압이 적용되는 통상적인 삼축시험 셀과는 달리, GREAT 셀은 독립적으로 제어되는 8쌍의 측면 가압장치들을 이용하여 차등적으로 구속압을 가할 수 있고, 이를 통해 다양한 크기와 방향의 수평 응력장을 생성시킬 수 있다. 본 연구의 선행 논문에서는 다양한 역학적 재하 조건에서 GREAT 셀 시험을 수치해석적으로 모사하고, 원주변형률에 대한 수치해석 및 실험측정 결과를 비교하여 적용된 수치모델의 적정성을 분석하였다. 본 연구에서는 역학적 재하 조건과 유체흐름 조건을 함께 고려하여 균열이 포함된 인공시료에 대한 GREAT 셀 시험을 수치모사하였다. 값이 알려지지 않은 균열면의 역학적 물성을 다양하게 설정하여 시료의 거동(원주변형률)에 대한 수치해석과 실험 결과를 비교하였으며, 균열면의 특정 역학적 조건에서 실험결과와 잘 일치하는 것으로 검토되었다. 추가적으로 유체흐름 조건이 시료의 역학적 거동에 미치는 영향을 분석하였다.

• 터널과지하공간
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• 제28권5호
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• pp.400-425
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• 2018

본 논문에서는 국제공동연구인 DECOVALEX-2019 프로젝트 Task B의 연구결과와 현황을 소개하였다. Task B의 주제는 'Fault slip modelling'으로 유체의 주입으로 인해 발생하는 단층의 재활성(미끄러짐, 전단파괴)과 수리역학적 거동을 예측할 수 있는 해석기법을 개발하는 데에 그 목적이 있다. 1단계 연구는 참가팀들이 연구주제에 대해 숙지하고, 벤치마크 모델을 대상으로 단층의 투수특성과 역학적 거동의 상호작용을 모사할 수 있는 해석코드를 개발할 수 있도록 하는 준비 단계의 연구이다. 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석 기법을 사용하여 물 주입으로 인한 단층의 수리역학적 연계거동을 모사하였다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 두 가지 수리간극모델에 대하여 수리역학적 커플링 관계식을 수치화하였으며, 연속체 요소(수리모델)와 인터페이스 요소(역학모델)의 거동을 연계할 수 있는 해석기법을 제시하였다. 또한, 단층의 역학적 변형(간극의 변화)으로 인한 수리물성 변화와 기하학적 변화(해석 메쉬의 변형)를 수리해석에 반영할 수 있는 해석기법을 개발하였다. 다양한 압력의 물을 단계적으로 주입하고 이로 인해 유도되는 단층의 탄성거동 및 전단파괴(미끄러짐)에 대해 살펴보았으며, 수리간극의 변화 양상과 원인, 압력 분포와 주입율의 관계 등을 면밀히 검토하였다. 해석 결과, 본 연구에서 개발한 해석기법이 물 주입으로 인한 단층의 미끄러짐 거동을 합리적인 수준에서 재현할 수 있는 것으로 판단할 수 있었다. 본 연구의 해석모델은 Task B에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 연구의 현장시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제37권5호
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• pp.533-540
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• 2013

거버너의 특성은 기관 운전에 큰 영향을 미치므로 이에 대한 운전자의 조정관리가 필요하나 PID 연산을 기초로 하는 디지털 거버너와 달리 유압식 거버너는 안정도의 조정 방식에서 큰 차이가 있다. 이러한 관계의 이해에는 실물장치의 유압식 거버너로 직접 실습하는 것이 효과적이나 엔진을 구동해야 하는 등 현실적인 어려움이 있으므로 본 연구에서는 시뮬레이션 모듈의 방법으로 안정도 등의 조정 실습이 가능하도록 주요 특성을 구현하였다. 거버너 모듈에는 스피드 설정, 스피드드룹 및 니들밸브와 보상포인터 등의 조정 파라미터가 포함되었으며 2차 함수의 엔진 전달함수를 결합하였다. 이로부터 안정도에 관련되는 조정 파라미터를 가변시킬 때 얻어지는 시스템에서의 속도 및 연료량의 응답 결과를 분석한 결과 제시된 모듈이 유압기계식 거버너의 제작자가 정하고 있는 니들밸브 및 보상지침의 일반적인 조정절차를 따라 조정 실습이 가능한 특성을 나타낸다는 것을 확인하였다.