토석류 유동해석을 위한 유한요소 수식화 (FEM Numerical Formulation for Debris Flow)

서지정보

· 발행기관 : 한국지반공학회
· 수록지 정보 : 한국지반공학회논문집 / 30권 / 10호 / 55 ~ 65페이지
· 저자명 : 신호성

초록

최근 토석류의 이동 메커니즘에 대한 연구와 거동 예측을 위한 해석 프로그램의 개발이 활발히 진행중이다. 하지만, 토석류를 유체이동으로 간주하는 기존의 프로그램들은 수치적인 안정성과 모델링 그리고 다양한 경계조건의적용에 대한 제약이 있다. 본 연구에서는 토석류의 유동현상에 대한 연속방정식과 힘평형 방정식에 대하여 깊이적분을 수행하였다. 토체의 두께 h,x와 y흐름방향의 평균속도 u,v를 주변수로 채택하여 흐름이 없는 해석영역에대한 수치적인 안정성을 확보하였다. DG기법에 의한 가중행렬을 산정하고 유동방향을 고려한 불연속 시험함수를이용하여 Petrov-Galerkin 수식화를 수행하였다. 그리고 토석류의 유체 및 토립자의 특성을 동시에 고려할 수 있는역학적 구성모델을 제시하였다. 단일경사 사면에서 사면경사, 토사 유발량, 저면 마찰 저항이 토석류 흐름특성에 미치는 영향을 비교 분석하였다. 그리고 수치해석을 통하여 사면 하부에 설치된 제방의 영향을 분석하였다. 개발된 해석프로그램을 활용하여 토석류 발생예상 지역의 다양한 위험인자에 대한 평가를 수행하고, 피해를 최소화하기 위한 시설물의 설계방안을 제안할 수 있을 것으로 판단된다.

영어초록

Recent researches on debris flow is focused on understanding its movement mechanism and building a numericalsimulator to predict its behavior. However, previous simulators emulating fluid-like debris flow have limitations innumerical stability, geometric modeling and application of various boundary conditions. In this study, depth integrationis applied to continuity equation and force equilibrium for debris flow. Thickness of sediment, and average velocitiesin x and y flow direction are chosen for main variables in the analysis, which improve numerical stability in the areawith zero thickness. Petrov-Galerkin formulation uses a discontinuous test function of the weighted matrix from DGscheme. Presented mechanical constitutive model combines fluid and granular behaviors for debris flow. Effects on slopeangle, inducing debris height, and bottom friction resistance are investigated for a simple slope. Numerical results alsoshow the effect of embankment at the bottom of the slope. Developed numerical simulator can assess various risk factorsfor the expected area of debris flow, and facilitate embankment design in order to minimize damage.

참고자료

· 없음