• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권1호
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• pp.91-104
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• 2008

터널의 경우 안정성을 정량적으로 평가하기 위해 안전율 개념이 제안된 바 있다. 이는 역학적 해석의 범주에 한정된 것으로 수리 역학적(hyro-mechanical) 연계해석의 범주에서는 해석 모델링의 복잡성으로 인해 안전율 개념이 적용된 연구는 극히 드문 실정이다. 최근 들어 수리-역학적 연계해석에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 해저 터널의 안전율을 정확히 산정하기 위해 수리-역학적 연계해석 시 유도배수 모델링 방법을 비교 분석하였다. 수치해석 시 터널 내부로 유도배수하는 방법으로는 숏크리트 수리특성을 조절하는 유도배수 방법과 집수정을 이용한 유도배수 방법이 고려되었다. 두 방법의 비교를 위해 암반등급, 숏크리트 두께, 암반 수리특성에 대하여 민감도 분석을 수행하였고, 연구 결과 해저터널의 수리-역학적 연계해석 시 집수정을 이용한 유도배수 방법을 사용하는 것이 터널의 안정성을 검토하는 데에 보다 신뢰성이 높은 것으로 나타났다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제13권2호
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• pp.353-370
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• 2017

This paper presents a case study and numerical investigation to study the hydro-mechanical response of a shallow landslide in unsaturated slopes subjected to rainfall infiltration using a coupled model. The coupled model was interpreted in details by expressing the balance equations for soil mixture and the coupled constitutive equations. The coupled model was verified against experimental data from the shearing-infiltration triaxial tests. A real case of shallow landslide occurred on Mt. Umyeonsan, Seoul, Korea was employed to explore the influence of rainfall infiltration on the slope stability during heavy rainfall. Numerical results showed that the coupled model accurately predicted the poromechanical behavior of a rainfall-induced landslide by simultaneously linking seepage and stress-strain problems. It was also found that the coupled model properly described progress failure of a slope in a highly transient condition. Through the comparisons between the coupled and uncoupled models, the coupled model provided more realistic analysis results under rainfall. Consequently, the coupled model was found to be feasible for the stability and seepage analysis of practical engineering problems.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.19-33
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• 2016

강우의 침투가 사면안정에 미치는 영향을 평가하기 위해 강우의 침투해석을 수행하고 그 결과를 한계평형해석에 적용하는 안정해석 절차가 널리 사용되고 있으나 지반은 흙 입자, 물과 공기로 이루어진 3상의 물질이므로 사면을 통한 강우의 침투를 엄밀하게 해석하기 위해서는 물, 공기의 흐름과 흙의 응력-변형거동이 완전 연관된(fully coupled) 식을 고려해야 한다. 본 연구에서는 공기와 물의 흐름이 사면의 역학적 안정에 미치는 영향을 연구하기 위하여 우리나라에 널리 분포하는 풍화잔류토 사면에 대하여 3상이 연동된 흐름해석을 수행하였다. 강우침투가 사면안정에 미치는 영향을 평가하기 위하여 강도감소법에 의한 사면 안정해석을 수행하였다. 해석결과에 의하면 침투하는 강우가 공기를 밀어내 공기의 흐름이 발생하고 공기압이 증가하였다. 이러한 간극에서의 물과 공기의 상호작용은 사면의 응력-변형거동에 영향을 미쳐 공기의 흐름을 고려하지 않은 흙 입자-물의 연관해석의 결과와는 다른 사면안정 거동을 보였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2008년도 춘계 학술발표회 초청강연 및 논문집
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• pp.716-724
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• 2008

In the case of subsea tunnels, hydro-mechanical coupled analysis is necessary for an exact design and construction. The consideration of the overstretched ground condition is also required because they are usually located at the great depth unlike the usual tunnels. Many researches have been performed on the estimation of relaxed rock mass height. However, there have been no researches on the estimation of relaxed rock mass height under overstretched ground conditions. In this study, therefore, hydro-mechanical coupled analyses were performed under the overstressed ground conditions and the relaxed rock mass heights were estimated based on the contour of the local safety factor around a tunnel.

• 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.

• 방사성폐기물학회지
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• 제20권4호
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• pp.429-453
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• 2022

Numerical modeling and scenario composition are needed to characterize the geological environment of the disposal site and analyze the long-term evolution of natural barriers. In this study, processes and features of the hydro-mechanical behavior of natural barriers were categorized and represented using the interrelation matrix proposed by SKB and Posiva. A hydro-mechanical coupled model was evaluated for analyzing stress field changes and fracture zone re-activation. The processes corresponding to long-term evolution and the hydro-mechanical mechanisms that may accompany critical processes were identified. Consequently, practical numerical methods could be considered for these geological engineering issues. A case study using a numerical method for the stability analysis of an underground disposal system was performed. Critical stress distribution regime problems were analyzed numerically by considering the strata's movement. Another case focused on the equivalent continuum domain composition under the upscaling process in fractured rocks. Numerical methods and case studies were reviewed, confirming that an appropriate and optimized modeling technique is essential for studying the stress state and geological history of the Korean Peninsula. Considering the environments of potential disposal sites in Korea, selecting the optimal application method that effectively simulates fractured rocks should be prioritized.

• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제3권4호
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• pp.342-351
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• 2010

During the operation of a hydro turbine the fluid mechanical pressure loading on the turbine blades provides the driving torque on the turbine shaft. This fluid loading results in a structural load on the component which in turn causes the turbine blade to deflect. Classically, these mechanical stresses and deflections are calculated by means of finite element analysis (FEA) which applies the pressure distribution on the blade surface calculated by computational fluid dynamics (CFD) as a major boundary condition. Such an approach can be seen as a one-way coupled simulation of the fluid structure interaction (FSI) problem. In this analysis the reverse influence of the deformation on the fluid is generally neglected. Especially in axial machines the blade deformation can result in a significant impact on the turbine performance. The present paper analyzes this influence by means of fully two-way coupled FSI simulations of a propeller turbine utilizing two different approaches. The configuration has been simulated by coupling the two commercial solvers ANSYS CFX for the fluid mechanical simulation with ANSYS Classic for the structure mechanical simulation. A detailed comparison of the results for various blade stiffness by means of changing Young's Modulus are presented. The influence of the blade deformation on the runner discharge and performance will be discussed and shows for the configuration investigated no significant influence under normal structural conditions. This study also highlights that a two-way coupled fluid structure interaction simulation of a real engineering configuration is still a challenging task for today's commercially available simulation tools.

• 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.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.191-208
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• 2024

본 연구에서는 방사성폐기물 처분구조물의 안전성 및 건전성 평가를 위해 손상연동 수리-역학 복합 거동 해석 모델을 개발하였다. 콘크리트나 암반과 같은 취성재료의 파괴 모사에 널리 사용되는 Mazars 손상 모델을 선정하여 수리-역학 해석에 연동하였고, 예제 및 정해를 기반으로 개발된 해석 모델을 검증하였다. 개발된 해석 모델의 손상 입력 인자를 도출하기 위해 처분구조물 콘크리트 배합비로 제작한 시료를 대상으로 건조/포화 양생 조건에서 일축압축강도 및 간접인장강도 시험을 수행하였다. 실내 시험을 통해 도출한 입력 인자는 경주 월성 원자력 환경관리센터의 동굴처분 콘크리트 사일로를 모사한 2차원 유한요소해석에 적용하여 손상 고려 유무, 해석 기법 및 폐기물 하중 재하 조건에 따른 영향을 분석하였다. 연구를 통해 개발된 수리-역학-손상 모델은 향후 고준위 방사성폐기물 처분을 위한 심층처분장의 장기 거동 및 안정성 해석에 적용할 계획이다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제10권4호
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• pp.423-436
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• 2016

Currently, there is a great interest in the coupling between multiphase fluid flow and geomechanical effects in hydrocarbon reservoirs and surrounding rocks. The ideal solution for this coupled problem is to introduce the geomechanical effects through the stress analysis solution and implement an algorithm, which assures that the equations governing the flow and stress analyses are obeyed in each time step. This paper deals with the implementation of a program (FORTRAN90 interface code), which was developed to couple conventional reservoir (ECLIPSE) and geomechanical (ABAQUS) simulators, using a partial coupling algorithm. The explicit coupled hydro-mechanical behavior of Iranian field during depletion and $CO_2$ injection is studied using the soils consolidation procedure available in ABAQUS. Time dependent reservoir pressure fields obtained from three dimensional compositional reservoir models were transferred into finite element reservoir geomechanical models in ABAQUS as multi-phase flow in deforming reservoirs cannot be performed within ABAQUS. The FEM analysis of the reservoir showed no sign of plastic strain under production and $CO_2$ injection scenarios in any part of the reservoir and the stress paths do not show a critical behavior.