Journal of the Korean GEO-environmental Society (한국지반환경공학회 논문집)

Korean Geo-Environmental Society (한국지반환경공학회)
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Scale Effects of Initial Model and Material on 3-Dimensional Distinct Element Simulation

3차원 개별요소해석 시의 초기 모델 및 재료 스케일 영향

  • 전제성 (인덕대학교 건설정보공학과) ;
  • 신동훈 (한국수자원공사 K-water연구원 기반시설연구소) ;
  • 하익수 (한국수자원공사 K-water연구원 기반시설연구소)
  • Received : 2011.04.11
  • Accepted : 2011.06.13
  • Published : 2011.07.01
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Abstract

Numerical simulations by three-dimensional Particle Flow Code($PFC^{3D}$, Itasca) considering distinct element method (DEM) were carried out for prediction of triaxial compression test with sand material. The effect of scale conditions for numerical model and distinct material on final prediction results was analyzed by numerical models under various scale conditions, and following observations were made from the numerical experiments. It is very useful to model the initial material condition without any porosity conversion from 2-D to 3-D DEM. Numerical experiments have shown that in all cases considered, 3D distinct element modeling could provide good agreement on stress-strain behavior, volume change and strength properties with laboratory testing results. It was important thing to assess reasonable scale ratio of numerical model and distinct elements for saving calculation time and securing calculation efficiency under condition with accuracy and appropriateness as numerical laboratory. As results of DEM simulations under various scale conditions, most of results show that shear strength properties as cohesion and internal friction angle are similar in condition of $D_{mod}/D_{gmax}$ < 10. It shows that 3-D distinct element method could be used as efficient tool to assess strength properties by numerical laboratory technique.

본 연구에서는 3차원 개별요소해석 코드인 Particle Flow Code, $PFC^{3D}$(Itasca)를 이용, 조립재료의 실내 삼축압축시험에 대한 개별요소 수치 모델링을 수행하였으며, 해석 모델과 개별요소를 대상으로 다양한 상사 조건에 대한 개별요소 수치 모델링을 수행, 그 결과를 통해 각각의 스케일 조건이 최종 수치 모델링 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 3차원 개별요소 수치 모델링은 기존 2차원 모델링 대비 별도의 간극률 환산 없이 정확한 초기 조건 구현이 가능했으며, 응력-변형 및 체적변화 거동, 강도정수등에 있어 실내시험 결과와 유사한 수치 해석적 예측이 가능하였다. 해석 모델과 개별요소에 대한 다양한 상사비 조건별 수치 모델링 결과, 3차원 해석 시의 안정적 예측결과 도출 및 수치 시험실 활용에 대한 적정성을 확보하되, 해석시간 단축 및 해석 효율성 확보를 위해서는 해석 모델과 개별요소에 대한 적정 상사비 결정이 필요함을 알 수 있었다. 해석 모델의 크기와 개별요소의 입경크기를 변화시켜 개별요소 수치모델링을 수행한 결과, 대부분의 경우 전체적인 응력-변형 거동에 차이가 발생하였지만, 점착력과 내부 마찰각의 강도정수는 $D_{mod}/D_{gmax}$ < 10 조건에 유사한 결과를 보였으며, 개별요소 방법이 수치 시험실 기법을 이용한 강도정수 산정에 효과적으로 적용될 수 있음을 확인할 수 있었다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 건설교통기술평가원

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