Finite Element Analysis for Incremental Excavation in Fluid-Saturated Porous Media

유체포화 다공매체의 단계적 굴착해석을 위한 유한요소해석방법

ln this paper, a finite element analysis procedure is proposed for the incremental multi-step excavations in a fluid-saturated porous medium such as saturated soil ground. As the basis of derivation, Biot's equation was used. The proposed procedure was applied to some one- and two-dimensional problems under incremental excavations. Unsaturated cases as well as saturated cases were considered for comparison. Through numerical tests, the effects of permeability and excavation speed on the deformation history was investigated. Results showed that pore pressure built up during incremental excavation has a significant effect on the deformation and stresses of solid skeleton and validated the use of the present procedure for the analysis of multi-step excavations in fluid-saturated media such as in saturated shallow ground.

유체포화 다공매체에서의 단계적 굴착시 형상변화로 인한 구조거동을 시간종속적 배수이론으로 예측하기 위한 유한요소해석방법을 제시하였다 시간종속적 배수거동을 고려한 유한요소방정식을 유도하기 위하여 Biot의 방정식을 사용하였다. 이론해가 존재하는 재하 하중에 의한 시간종속적 배수거동 문제의 해석과 완전배수거동시 1단계 굴착과 다단계 굴착시의 변형이 동일한가를 확인하므로써 유도된 방법의 타당성을 검증하였다. 1차원 및 2치원 문제에 대하여 시간종속적 배수모형과 완전배수모형에 의한 결과를 비교하여 그 차이를 예시하였다. 또한 단계적 굴착시 굴착속도 및 투수계수의 변화에 따른 영향도 분석하였다. 수치해석 시뮬레이션을 통해, 다공매체지반의 굴착해석시에는 시간종속적 배수거동에 근거한 해석이 보다 신뢰할 수 있음을 고찰하였다.