지반의 동결조건을 고려한 열전도 구성방정식과 유한요소해석

김영석; 강재모; 홍승서; 김광진

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김영석 (한국건설기술연구원) 강재모 (한국건설기술연구원) 홍승서 (한국건설기술연구원) 김광진 (컴택리서치)

저널정보: 한국지반신소재학회 한국지반신소재학회 논문집 한국토목섬유학회 논문집 제9권 제3호

발행연도: 2010.9

수록면: 39 - 45 (7page)

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동절기 온도가 영하로 떨어짐에 따라서 지표면 부근의 수분을 포함한 흙은 공극속의 수분이 얼음으로 변하면서 부피가 팽창하고, 이렇게 팽창된 지반은 주변 구조물에 영향을 미쳐 지반 구조물의 안전에 위험한 영향을 초래할 수 있다. 동상현상은 토립자, 간극수, 공기로 구성된 다상(multi phase) 구조 속에서 동결이 형성됨에 따른 수분의 이동과 수분이 얼음으로의 상변화(phase change) 등 다변수의 복합적인 물리적 현상을 포함하고 있기 때문에 현재까지 다차원 수치해석에 구성방정식으로 사용할 수 있는 검증되고 신뢰성 있는 모델은 아직도 연구 단계에 있다.
본 논문에서는 간극수의 상변화에 따라 갑작스러운 열용량 증대로 발생하는 수치해석상의 문제를 극복할 수 있는 효율적인 간편식을 유도하고, 포화된 토사나 다공성 암반이 동결할 때의 거동을 재현할 수 있는 열전도 구성방정식과 해석법을 제안하였다. 제안된 식을 사용한 수치해석 결과는 알려진 이론해 및 실내 모형시험 결과와 잘 일치하였다.

#Frost heave #Heat transfer #Phase change #Finite element analysis #Ground freezing

참고문헌 (9)

참고문헌 신청

1. [학술대회논문] - 김영진 / 2008 / 남극 및 시베리아 흙의동토공학적 분석 / 2008 한국지반공학회 학술발표회 : 894 ~ 904

2. [학술지(정기간행물)] - Martin Christ / 2009 / The Influence of Temperature and Cycles on Acoustic and Mechanical Properties of Frozen Soils / KSCE Journal of Civil Engineering 13 (3) : 153 ~ 159

3. [학술지(정기간행물)] - Comini, G / 1974 / Finite Element Solution of Non-Linear Heat Conduction Problems with Special Reference of Phase Change / International Journal of Numerical Methods for Engineering 8 : 613 ~ 624

4. [학술지(정기간행물)] - Donea,J / 1974 / On the Accuracy of Finite Element Solutions to the Transient Heat-Conduction Equation / International Journal of Numerical Methods for Engineering 8 : 103 ~ 110

5. [학술지(정기간행물)] - Hsu, T.R / 1981 / On the Prediction of the Fusion Rate of Ice by Finite Element Analysis / Journal of Heat Transfer 103 : 727 ~ 732

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