논문 상세보기
골재 도로에서의 콜루게이션은 골재 도로의 주요한 파손 형태일 뿐만 아니라 교통량이 집중되는 구간에서의 아스팔트 콘크리트 포장의 러팅(rutting) 및 시멘트 콘크리트 포장에서의 국지적 줄눈부 파손의 발생 및 진전과도 역학적 연관성이 높다. 또한 콜루게이션의 발생을 설명하는데 활용되는 차륜과 지반의 상호작용은 사막을 포함한 극한지 탐사차량의 주행성이나 견인력 문제와도 관련성이 매우 높기 때문에, 콜루게이션의 발생과 진전 원인을 역학적으로 규명하는 것은 매우 중요한 의미를 갖는다고 할 수 있다. 본 연구에서는 골재 도로에서의 콜루게이션 발생 및 진전을 설명하기 위하여 기존의 연구에서 실험적이거나 이론적으로 설정한 가설에 대하여, 이산요소법(discrete element method, DEM)과 다물체동역학(multibody dynamics, MBD)을 조합한 수치해석기법을 통하여 검증할 수 있는 지를 확인하고자 하였다. 이를 위하여 원형 트랙을 일정한 각속도로 회전하는 단일 차륜과 해당 차륜과 상호작용하는 토질 입자를 각각 MBD와 DEM으로 모사하였으며, 가장 단순한 조건에서 전형적인 콜루게이션의 발생을 기존의 가설 및 실내 실험과 유사한 방법으로 설명할 수 있는지를 확인하였다. 이에 따른 결론은 다음과 같으며, 원형 트랙에서의 프로파일과 표면 입자의 흐름은 각각 Fig. 1과 Fig. 2에 나타나 있다. ⦁주어진 원형 트랙에서 발생된 콜루게이션은 긴 파장과 짧은 파장의 콜루게이션으로 구분될 수 있다. ⦁긴 파장의 콜루게이션은 지반의 초기 밀도 조건이나 차륜의 운동 조건에 의하여 발생의 경향이 결정될 가능성이 매우 높은 것을 확인하였다. ⦁원형 트랙에서 긴 파장의 콜루게이션은 전단변형과 같이 부피가 변화하지 않는 형태의 변형이 아닌, 상부층 중심 입자의 주행방향 이동이 주요 원인인 것으로 확인되었다. ⦁또한 긴 파장의 콜루게이션은 50회 또는 100회 이하의 초기 차륜통과 조건에서 대부분 발달하며, 이후에는 느린 속력으로 주행방향을 따라 전체적으로 회전하는 경향을 나타내는 것으로 확인되었다. ⦁짧은 파장의 콜루게이션은 긴 파장의 콜루게이션에 비하여 상대적으로 느리게 발달하며, 차륜의 통과 횟수가 증가함에 따라서 선명해지는 경향을 나타내었다. ⦁모사 결과를 바탕으로 짧은 파장의 콜루게이션은 부피가 크게 변화하지 않는 국지적 지반의 밀도 변화, 즉 전단변형이 주요한 원인으로 추정될 수 있다.
