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불포화 사질토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법 및 시스템

  • 기술번호 : KST2015126863
  • 담당센터 : 서울서부기술혁신센터
  • 전화번호 : 02-6124-6930
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요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 발명의 실시예들에 따라 컴퓨터를 이용한 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법은 컴퓨터가 지반의 탄성계수, 프아송비, 전단강도, 점착력, 내부마찰각을 포함하는 역학적 물성 값들과 포화 투수계수, 불포화 투수계수, 초기 모관흡수력, 함수특성곡선, 간극률, 밀도, 포화도 및 간극수압을 포함하는 수리학적 물성 값들을 입력받는 단계 및 토립자에 작용하는 응력과 중력에 관한 힘의 평형 방정식에 기초하는 제1 지배 방정식, 질량 보존 법칙에 기초하고 불포화토의 토립자 속도와 토립자 내부의 간극수압을 미지수로 하는 제2 지배 방정식 및 지반의 포화도에 따라 항복면의 기울기가 변동하도록 변형된 드러커 프라거 모델에 기초한 구성 방정식을 이용하여 유한요소 해석을 수행함으로써 선행 강우가 없는 불포화토 지반의 정상 상태 변위, 정상 상태 간극수압 및 정상 상태 간극공기압을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
Int. CL G06F 17/50 (2006.01)
CPC G06F 30/23(2013.01)
출원번호/일자 1020150072947 (2015.05.26)
출원인 연세대학교 산학협력단
등록번호/일자 10-1547090-0000 (2015.08.18)
공개번호/일자
공고번호/일자 (20150825) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 소멸
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2015.05.26)
심사청구항수 25

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 연세대학교 산학협력단 대한민국 서울특별시 서대문구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 정상섬 대한민국 서울시 강남구
2 김용민 대한민국 서울특별시 관악구
3 이광우 대한민국 서울특별시 서대문구
4 김정환 대한민국 서울특별시 용산구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 김인철 대한민국 서울특별시 서초구 반포대로**길 **, 매강빌딩*층 에이치앤에이치 H&H 국제특허법률사무소 (서초동)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 연세대학교 산학협력단 대한민국 서울특별시 서대문구
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application		 2015.05.26 수리 (Accepted) 1-1-2015-0501751-43
2 [우선심사신청]심사청구(우선심사신청)서
[Request for Preferential Examination] Request for Examination (Request for Preferential Examination)		 2015.05.27 수리 (Accepted) 1-1-2015-0510146-41
3 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search		 2015.06.19 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
4 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search		 2015.07.02 수리 (Accepted) 9-1-2015-0042659-15
5 등록결정서
Decision to grant		 2015.08.04 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2015-0522362-79
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번호 청구항
1 1
컴퓨터를 이용한 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법으로서, 상기 컴퓨터가, 지반의 탄성계수, 프아송비, 전단강도, 점착력, 내부마찰각을 포함하는 역학적 물성 값들과 포화 투수계수, 불포화 투수계수, 초기 모관흡수력, 함수특성곡선, 간극률, 밀도, 포화도, 간극수압 및 간극공기압을 포함하는 수리학적 물성 값들을 입력받는 단계; 및토립자에 작용하는 응력과 중력에 관한 힘의 평형 방정식에 기초하는 제1 지배 방정식, 질량 보존 법칙에 기초하고 불포화토의 토립자 속도와 토립자 내부의 간극수압을 미지수로 하는 제2 지배 방정식 및 지반의 포화도에 따라 항복면의 기울기가 변동하도록 변형된 드러커 프라거 모델에 기초한 구성 방정식을 이용하여 유한요소 해석을 수행함으로써 선행 강우가 없는 불포화토 지반의 정상 상태 변위, 정상 상태 응력, 정상 상태의 역학적 물성 값들 및 정상 상태의 수리학적 물성 값들을 산출하는 단계를 포함하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법
2 2
청구항 1에 있어서, 상기 제1 지배 방정식은 다음 수학식으로 표현되고, 여기서, 는 다이버전스(divergence)이고, 는 전응력(total stress), 는 토립자의 밀도, 는 중력 가속도이며,상기 제2 지배 방정식은 다음 수학식으로 표현되고, 여기서, 은 간극률(porosity), 는 포화도(degree of saturation), 는 모관 흡수력(matric suction), 는 시간에 따른 간극수압(pore water pressure)의 변화량, 는 토립자의 이동 속도, 는 물의 속도와 토립자의 속도의 차이이며, 는 편미분인 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법
3 3
청구항 1에 있어서, 상기 구성 방정식은 다음 수학식으로 표현되고, 여기서, 구성 방정식 는 유효 응력(effective stress) , 유효 점착력(effective adhesive strength) , 유효 내부 마찰각(effective angle of internal friction) , 포화도 를 변수로 하는 항복식(yield function)을 의미하며 등호 우측의 수식에 따라 연산되고, 는 텐서(tensor)인 축차 응력(deviatoric stress) 의 이중 도트 연산()의 제곱근을 의미하는 기호이며, 축차 응력 는 최대 주응력(principal stress)과 최소 주응력의 차이를 가리키며, 유효 응력 로부터 얻어지고, 와 는 드러커-프라거 모델의 특성 계수이고, 는 +1이거나 -1로 주어지는데, 는 모어-쿨롱(Mohr-Coulomb) 삼축 인장 강도(TE)를 나타내는 항복 경계면에 해당할 때에는 +1이고, 모어-쿨롱 삼축 압축 강도(TC)를 나타내는 항복 경계면에 해당할 때에는 -1이며, 는 평균 유효 응력(mean effective stress)으로서 유효 응력 의 대각합(trace)의 1/3로 주어지는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법
4 4
청구항 1에 있어서, 상기 유한 요소 해석에서, 각 요소에서 토립자의 변위와 간극수압을 미지수로 하는 연계된 요소 방정식이 각 요소에서의 지반 강성, 변위, 간극수압 및 힘의 평형 관계에 따라 유도되어, 전체 요소에 관하여 행렬로 표현되는 요소 방정식은 다음 수학식로 표현되고, 여기서, 가 변위이고 가 간극수압일 때에, 는 이고, 는 이고, 위첨자 T는 전치 행렬(transpose matrix) 기호이며, 는 불포화토 지반의 포화도를 고려한 강성 행렬, 는 불포화토 지반의 간극률과 모관흡수력에 따른 포화도의 변화량을 고려한 강성 행렬(는 간극공기압), 는 불포화토 지반의 강성 행렬, 는 불포화토 지반의 유효 응력계수를 고려한 강성 행렬, 는 불포화토 지반의 투수계수에 따른 강성 행렬, 는 자중과 외력을 고려한 힘 행렬, 는 강우강도와 침투력을 고려한 힘 행렬인 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법
5 5
청구항 4에 있어서, 상기 유한 요소 해석에서, 상기 연계된 요소 방정식의 미지수인 토립자의 변위와 간극수압은 뉴턴-랩슨 방법을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법
6 6
청구항 1에 있어서, 상기 정상 상태의 역학적 물성 값들은 탄성계수를 포함하고, 상기 정상 상태의 수리학적 물성 값들은 불포화 투수계수, 모관흡수력, 함수특성곡선, 간극률, 밀도, 포화도, 간극수압 및 간극공기압을 포함하는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법
7 7
청구항 1에 있어서, 강수량과 강우 시간을 포함하는 강우 조건을 입력받는 단계; 및상기 정상 상태 변위, 정상 상태 응력, 정상 상태의 역학적 물성 값들 및 정상 상태의 수리학적 물성 값들을 가지는 불포화토 지반에 상기 강우 조건이 적용됨에 따라 변위, 응력, 역학적 물성 값들과 수리학적 물성 값들이 변동됨을 고려하여, 매 시간 틱(tick)마다 이전 시간 틱에서 산출된 변위, 응력, 역학적 물성 값들 및 수리학적 물성 값들과 상기 강우 조건을 기초로, 상기 제1 지배 방정식, 상기 제2 지배 방정식 및 상기 구성 방정식을 이용한 유한요소 해석을 시간의 흐름에 따라 반복적으로 수행함으로써, 매 시간 틱마다 불포화토 지반의 변위, 응력, 역학적 물성 값들 및 수리학적 물성 값들을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법
8 8
청구항 1에 있어서, 특정 시간 틱에서 산출된 불포화토 지반의 응력, 역학적 물성 값들 및 수리학적 물성 값들에 기초하여 비탈면 안전율을 산정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법
9 9
청구항 8에 있어서, 상기 비탈면 안전율은 다음 수학식 에 따라 산정되며, 여기서, 는 파괴면의 길이, 는 유효 점착력, 는 평균 수직 유효 응력, 는 유효 내부 마찰각, 는 간극공기압, 는 간극수압, 는 모관 흡수력에 따른 내부 마찰각, , , 는 각 방향에 따른 지반의 응력 값들, 는 파괴면의 각도, 는 파괴면에서 저항 전단력, 는 파괴면을 파괴하려는 힘인 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법
10 10
컴퓨터를 이용한 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법으로서, 상기 컴퓨터가, 불포화토 지반의 정상 상태(steady state) 변위, 정상 상태 응력, 정상 상태의 역학적 물성 값들, 정상 상태의 수리학적 물성 값들과, 강수량과 강우 시간을 포함하는 강우 조건을 입력받는 단계; 및상기 정상 상태 변위, 정상 상태 응력, 정상 상태의 역학적 물성 값들 및 정상 상태의 수리학적 물성 값들을 가지는 불포화토 지반에 상기 강우 조건이 적용됨에 따라 변위, 응력, 역학적 물성 값들과 수리학적 물성 값들이 변동됨을 고려하여, 매 시간 틱마다 이전 시간 틱에서 산출된 변위, 응력, 역학적 물성 값들 및 수리학적 물성 값들과 상기 강우 조건을 기초로 유한요소 해석을 시간의 흐름에 따라 반복적으로 수행함으로써, 매 시간 틱마다 불포화토 지반의 변위, 응력, 역학적 물성 값들 및 수리학적 물성 값들을 산출하는 단계를 포함하고,상기 유한요소 해석은 토립자에 작용하는 응력과 중력에 관한 힘의 평형 방정식에 기초하는 제1 지배 방정식, 질량 보존 법칙에 기초하고 불포화토의 토립자 속도와 토립자 내부의 간극수압을 미지수로 하는 제2 지배 방정식 및 지반의 포화도에 따라 항복면의 기울기가 변동하도록 변형된 드러커 프라거 모델에 기초한 구성 방정식을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법
11 11
청구항 10에 있어서, 상기 정상 상태의 역학적 물성 값들은 지반의 탄성계수, 프아송비, 전단강도, 점착력, 내부마찰각을 포함하고, 상기 정상 상태의 수리학적 물성값들은 포화 투수계수, 불포화 투수계수, 초기 모관흡수력, 함수특성곡선, 간극률, 밀도, 포화도, 간극수압 및 간극공기압을 포함하는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법
12 12
청구항 10에 있어서,특정 시간 틱에서 산출된 불포화토 지반의 응력, 역학적 물성 값들 및 수리학적 물성 값들에 기초하여 비탈면 안전율을 산정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법
13 13
컴퓨터 하드웨어에서 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 청구항에 따른 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 방법의 각 단계들을 수행하도록 구현된 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 하드웨어에서 독출 가능한 기록 매체
14 14
지반의 탄성계수, 프아송비, 전단강도, 점착력, 내부마찰각을 포함하는 역학적 물성 값들과 포화 투수계수, 불포화 투수계수, 초기 모관흡수력, 함수특성곡선, 간극률, 밀도, 포화도, 간극수압 및 간극공기압을 포함하는 수리학적 물성 값들을 설정하는 정상 상태 조건 설정부; 및토립자에 작용하는 응력과 중력에 관한 힘의 평형 방정식에 기초하는 제1 지배 방정식, 질량 보존 법칙에 기초하고 불포화토의 토립자 속도와 토립자 내부의 간극수압을 미지수로 하는 제2 지배 방정식 및 지반의 포화도에 따라 항복면의 기울기가 변동하도록 변형된 드러커 프라거 모델에 기초한 구성 방정식을 이용하여 유한요소 해석을 수행함으로써 변위, 응력, 역학적 물성 값들 및 수리학적 물성 값들을 산출하는 유한요소 해석부를 포함하고, 상기 유한요소 해석부의 산출 결과에 따라 선행 강우가 없는 불포화토 지반의 정상 상태 변위, 정상 상태 응력, 정상 상태의 역학적 물성 값들 및 정상 상태의 수리학적 물성 값들이 결정되는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 시스템
15 15
청구항 14에 있어서, 상기 제1 지배 방정식은 다음 수학식으로 표현되고, 여기서, 는 다이버전스이고, 는 전응력, 는 토립자의 밀도, 는 중력 가속도이며,상기 제2 지배 방정식은 다음 수학식으로 표현되고, 여기서, 은 간극률, 는 포화도, 는 모관 흡수력, 는 시간에 따른 간극수압의 변화량, 는 토립자의 이동 속도, 는 물의 속도와 토립자의 속도의 차이이며, 는 편미분인 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 시스템
16 16
청구항 14에 있어서, 상기 구성 방정식은 다음 수학식으로 표현되고, 여기서, 구성 방정식 는 유효 응력 , 유효 점착력 , 유효 내부 마찰각 , 포화도 를 변수로 하는 항복식을 의미하며 등호 우측의 수식에 따라 연산되고, 는 텐서인 축차 응력 의 이중 도트 연산()의 제곱근을 의미하는 기호이며, 축차 응력 는 최대 주응력과 최소 주응력의 차이를 가리키며, 유효 응력 로부터 얻어지고, 와 는 드러커-프라거 모델의 특성 계수이고, 는 +1이거나 -1로 주어지는데, 는 모어-쿨롱 삼축 인장 강도를 나타내는 항복 경계면에 해당할 때에는 +1이고, 모어-쿨롱 삼축 압축 강도를 나타내는 항복 경계면에 해당할 때에는 -1이며, 는 평균 유효 응력으로서 유효 응력 의 대각합의 1/3로 주어지는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 시스템
17 17
청구항 14에 있어서, 상기 유한 요소 해석에서, 각 요소에서 토립자의 변위와 간극수압을 미지수로 하는 연계된 요소 방정식이 각 요소에서의 지반 강성, 변위, 간극수압 및 힘의 평형 관계에 따라 유도되어, 전체 요소에 관하여 행렬로 표현되는 요소 방정식은 다음 수학식로 표현되고, 여기서, 가 변위이고 가 간극수압일 때에, 는 이고, 는 이고, 위첨자 T는 전치 행렬 기호이며, 는 불포화토 지반의 포화도를 고려한 강성 행렬, 는 불포화토 지반의 간극률과 모관흡수력에 따른 포화도의 변화량을 고려한 강성 행렬(는 간극공기압), 는 불포화토 지반의 강성 행렬, 는 불포화토 지반의 유효 응력계수를 고려한 강성 행렬, 는 불포화토 지반의 투수계수에 따른 강성 행렬, 는 자중과 외력을 고려한 힘 행렬, 는 강우강도와 침투력을 고려한 힘 행렬인 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 시스템
18 18
청구항 17에 있어서, 상기 유한 요소 해석부는 상기 연계된 요소 방정식의 미지수인 토립자의 변위와 간극수압을 뉴턴-랩슨 방법을 이용하여 산출하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 시스템
19 19
청구항 14에 있어서, 상기 정상 상태의 역학적 물성 값들은 탄성계수를 포함하고, 상기 정상 상태의 수리학적 물성 값들은 불포화 투수계수, 모관흡수력, 함수특성곡선, 간극률, 밀도, 포화도, 간극수압 및 간극공기압을 포함하는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 시스템
20 20
청구항 14에 있어서, 강수량과 강우 시간을 포함하는 강우 조건을 상기 유한요소 해석부에 제공하는 강우 조건 설정부를 더 포함하고,상기 유한요소 해석부는, 상기 정상 상태 변위, 정상 상태 응력, 정상 상태의 역학적 물성 값들 및 정상 상태의 수리학적 물성 값들을 가지는 불포화토 지반에 상기 강우 조건이 적용됨에 따라 변위, 응력, 역학적 물성 값들과 수리학적 물성 값들이 변동됨을 고려하여, 매 시간 틱마다 이전 시간 틱에서 산출된 변위, 응력, 역학적 물성 값들 및 수리학적 물성 값들과 상기 강우 조건을 기초로, 상기 제1 지배 방정식, 상기 제2 지배 방정식 및 상기 구성 방정식을 이용한 유한요소 해석을 시간의 흐름에 따라 반복적으로 수행함으로써, 매 시간 틱마다 불포화토 지반의 변위, 응력, 역학적 물성 값들 및 수리학적 물성 값들을 산출하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 시스템
21 21
청구항 14에 있어서, 특정 시간 틱에서 산출된 불포화토 지반의 응력, 역학적 물성 값들 및 수리학적 물성 값들에 기초하여 비탈면 안전율을 산정하는 안전율 산정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 시스템
22 22
청구항 21에 있어서, 상기 비탈면 안전율은 다음 수학식 에 따라 산정되며, 여기서, 는 파괴면의 길이, 는 유효 점착력, 는 평균 수직 유효 응력, 는 유효 내부 마찰각, 는 간극공기압, 는 간극수압, 는 모관 흡수력에 따른 내부 마찰각, , , 는 각 방향에 따른 지반의 응력 값들, 는 파괴면의 각도인 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 시스템
23 23
불포화토 지반의 정상 상태 변위, 정상 상태 응력, 정상 상태의 역학적 물성 값들 및 정상 상태의 수리학적 물성 값들을 설정하는 정상 상태 조건 설정부;강수량과 강우 시간을 포함하는 강우 조건을 설정하는 강우 조건 설정부; 및상기 정상 상태 변위, 정상 상태 응력, 정상 상태의 역학적 물성 값들 및 정상 상태의 수리학적 물성 값들을 가지는 불포화토 지반에 상기 강우 조건이 적용됨에 따라 변위, 응력, 역학적 물성 값들과 수리학적 물성 값들이 변동됨을 고려하여, 매 시간 틱마다 이전 시간 틱에서 산출된 변위, 응력, 역학적 물성 값들 및 수리학적 물성 값들과 상기 강우 조건을 기초로 유한요소 해석을 시간의 흐름에 따라 반복적으로 수행함으로써, 매 시간 틱마다 불포화토 지반의 변위, 응력, 역학적 물성 값들 및 수리학적 물성 값들을 산출하는 유한요소 해석부를 포함하고,상기 유한요소 해석부는 토립자에 작용하는 응력과 중력에 관한 힘의 평형 방정식에 기초하는 제1 지배 방정식, 질량 보존 법칙에 기초하고 불포화토의 토립자 속도와 토립자 내부의 간극수압을 미지수로 하는 제2 지배 방정식 및 지반의 포화도에 따라 항복면의 기울기가 변동하도록 변형된 드러커 프라거 모델에 기초한 구성 방정식을 이용하여 유한요소 해석을 수행하는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 시스템
24 24
청구항 23에 있어서, 상기 정상 상태의 역학적 물성 값들은 지반의 탄성계수, 프아송비, 전단강도, 점착력, 내부마찰각을 포함하고, 상기 정상 상태의 수리학적 물성값들은 포화 투수계수, 불포화 투수계수, 초기 모관흡수력, 함수특성곡선, 간극률, 밀도, 포화도, 간극수압 및 간극공기압을 포함하는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 시스템
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청구항 23에 있어서,특정 시간 틱에서 산출된 불포화토 지반의 응력, 역학적 물성 값들 및 수리학적 물성 값들에 기초하여 비탈면 안전율을 산정하는 비탈면 안전율 산정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불포화토 지반 모델의 강우 침투 및 비탈면 안정 일체 해석 시스템
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1 교육과학기술부 연세대학교 산학협력단 선도연구센터지원사업 이공학분야 기후변화에 따른 사면구조물의 위험도 평가 및 재해 적응기술 개발