Tunnel and Underground Space (터널과지하공간)

Korean Society for Rock Mechanics and Rock Engineering (한국암반공학회)
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Development of Thermal-Hydraulic-Mechanical Coupled Numerical Analysis Code for Complex Behavior in Jointed Rock Mass Based on Fracture Mechanics

균열 암반의 복합거동해석을 위한 열-수리-역학적으로 연계된 파괴역학 수치해석코드 개발

  • 김형목 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부 지하공간환경 연구실) ;
  • 박의섭 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부 지하공간환경 연구실) ;
  • ;
  • 신중호 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부 지하공간환경 연구실) ;
  • 김택곤 (SK건설(주) Geotask팀) ;
  • 이승철 (SK건설(주) Geotask팀) ;
  • 고태영 (SK건설(주) Geotask팀) ;
  • 이희석 (SK건설(주) Geotask팀) ;
  • 이진무 (SK건설(주) Geotask팀)
  • Received : 2011.01.26
  • Accepted : 2011.02.11
  • Published : 2011.02.28
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Abstract

In this study, it was aimed to develop a thermal-hydraulic-mechanical coupled fracture mechanics code that models a fracture initiation, propagation and failure of underground rock mass due to thermal and hydraulic loadings. The development was based on a 2D FRACOD (Shen & Stephasson, 1993), and newly developed T-M and H-M coupled analysis modules were implemented into it. T-M coupling in FRACOD employed a fictitious heat source and time-marching method, and explicit iteration method was used in H-M coupling. The validity of developed coupled modules was verified by the comparison with the analytical result, and its applicability to the fracture initiation and propagation behavior due to temperature changes and hydraulic fracturing was confirmed by test simulations.

암반 내 균열 생성, 진전, 파괴 등과 같은 지하 암반의 역학적 거동과 이들 균열을 통한 지하수 유동 및 온도 변화에 기인한 열응력이 역학적 거동에 미치는 상호작용을 모델링하기 위한 수치해석코드를 개발하였다. 개발된 수치해석코드에서는 기존의 2차원 FRACOD(Shen & Stephasson, 1993)에 열-역학 및 수리-역학 상호 거동을 모델링하기 위한 해석모듈을 개발하여 추가하였다. 열-역학 연계를 위해서는 가상열원법과 시간전진기법을 도입하였으며, 수리-역학 연계에서는 양해법에 의한 반복기법을 적용하였다. 수치해석결과와 해석해와의 비교를 통해 개발된 해석모듈의 유용성을 검증하고 해석사례를 통해 온도변화에 따른 열균열 발생 및 수압파쇄과정에서의 균열 진전 양상과 같은 절리암반 복합거동을 잘 표현할 수 있음을 확인하였다.

Keywords

References

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