Applicability of finite difference and finite element methods as a post-processing tool for strain analysis of fold-and-thrust belt model developed with the discrete element method

안수정; 소병달

doi:10.14770/jgsk.2021.57.6.809

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자료유형: 학술저널

저자정보: 안수정 (강원대학교) 소병달 (강원대학교)

저널정보: 대한지질학회 지질학회지 지질학회지 제57권 제6호

발행연도: 2021.12

수록면: 809 - 826 (18page)

DOI: 10.14770/jgsk.2021.57.6.809

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본 연구는 불연속적인 입상 물질 모사에 널리 활용되는 이산요소법을 이용하여 취성(brittle)-소성(plastic) 변형이 광역적으로 발생하는 습곡-충상단층대 모형을 개발하였다. 본 이산요소 모형의 기하학적 구조는 수치 및 상사 모델링 기법으로 수행된 기존 연구들과 일치함을 확인하였다. 모형의 변형률을 분석하기 위해 연속체 역학(즉, 유한차분법 및 유한요소법)이 도입된 파이썬 기반 후처리 코드를 제작하였다. 이를 통해 습곡-충상단층대의 실제적인 취성-소성 변형을 모사하고 물질 대변형에 사용되는 유한변형률을 통해 단층의 운동 감각, 방향에 따른 변형의 규모, 체적변형률, 왜곡도를 구하는 등 물리적·정량적 분석을 성공적으로 수행하였다. 유한차 분법을 사용한 변형률 계산 결과는 경계부에서는 부정확하나 전체적으로 균일한 분포를, 유한요소법에서는 경계부를 따라 해석해와 비교하였을 때 정확도가 높은 결과를 보였다. 이를 통해 본 연구는 유한요소법이 지질 구조의 불규칙한 경계 내 변형률을 계산하는데 효율적인 방법임을 제시하였다. 본 연구에서 적용한 변형률 계산법은 습곡-충상단층대와 같은 대변형이 일어난 지질 구조의 물리적 해석에 최적화되었다. 또한 퇴적물의 마찰성 입상 거동(예, 쪼개짐, 회전, 교란, 교결, 압밀 등)을 내재적으로 반영하는 이산요소법의 특성을 고려하면, 본 연구에서 개발한 변형률 계산 방법은 지표면 내 퇴적물 거동, 불연속 구조의 변형률, 시간에 따른 퇴적층의 부피 변화(예, 침하, 팽창) 등을 이해하는데 활용 가능하다.

#습곡-충상단층대 #이산요소법 #유한변형률텐서 #유한차분법 #유한요소법 #fold-and-thrust belt #discrete element method #finite difference method #finite strain tensor #finite element method

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Bonini, M. / 2007 / Deformation patterns and structural vergence in brittle-ductile thrust wedges: An additional analogue modelling perspective / Journal of Structural Geology 29:141~158

Borderie, S. / 2019 / Analogue modeling of large-transport thrust faults in evaporites-floored basins: Example of the Chazuta Thrust in the Huallaga Basin, Peru / Journal of Structural Geology 123:1~17

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