산악지역 토석류 유동 시뮬레이터 개발을 위한 FEM 수식화

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 지형 형상을 고려할 수 있는 토석류의 유동현상에 대한 지배방정식을 유도하였다. 지배방정식은 연속방정식과 힘평형 방정식에 대한 깊이적분을 수행하였으며, 토체의 두께와 흐름방향의 평균속도를 주변수로 채택하여 흐름이 없는 해석영역에 대한 수치적 안정성을 확보하였다. DG기법에 의한 가중행렬을 산정하고 유동방향을 고려한 불연속 시험함수를 이용하여 Petrov-Galerkin 수식화를 수행하였다. 시간적분과 Newton의 반복과정을 근사화를 통하여 해석결과의 수렴성과 안정성을 개선하였으며, 토석류의 유체 및 토립자의 특성을 동시에 고려할 수 있는 역학적 구성모델을 제시하였다.
또한 단일경사 사면에서 사면경사, 토사 유발량, 저면 마찰 저항이 토석류 흐름특성에 미치는 영향과 수치해석을 통한 사면 하부에 설치된 제방의 영향을 비교분석하였다. 개발된 해석프로그램을 활용하여 토석류 발생예상 지역의 다양한 위험인자에 대한 평가를 수행하고, 피해를 최소화하기 위한 시설물의 설계 및 시공방안에 대한 제안할 수 있을 것으로 판단된다.