In this study, a numerical approach based on mid-point integrated finite elements and a viscous boundary is proposed for time-domain wave-propagation analyses in infinite poroelastic media. The proposed approach is accurate, efficient, and easy to implement in time-domain analyses. In the approach, an infinite domain is truncated at some distance. The truncated domain is represented by mid-point integrated finite elements with real element-lengths and a viscous boundary is attached to the end of the domain. Given that the dynamic behaviors of the proposed model can be expressed in terms of mass, damping, and stiffness matrices only, it can be implemented easily in the displacement-based finite-element formulation. No convolutional operations are required for time-domain calculations because the coefficient matrices are constant. The proposed numerical approach is applied to typical wave-propagation and soil-structure interaction problems. The model is verified to produce accurate and stable results. It is demonstrated that the numerical approach can be applied successfully to nonlinear soil-structure interaction problems.

본 연구에서는 3차원 수치모형(ANSYS CFX model)을 이용하여 수조 내 다공성 구조물을 통과하는 댐 붕괴파의 전파특성에 대한 수치적 분석을 수행하였다. 다공성 구조물 내 및 주위에서의 수심분포에 대한 기존의 측정된 결과와 모의된 결과를 비교한 결과 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다. 또한 수조 내에 다공성 구조물이 부분적으로 존재하고 있을 경우에 대한 3차원 흐름구조를 수치적으로 분석하였다. 전반적으로 다공성 구조물이 존재하는 영역에 비해 존재하 지 않은 영역에서 수심의 급격한 변동이 보다 크게 나타났으며, 따라서 다공성 구조물은 수심의 급격한 변동을 감소시키는 역할을 하는 것으로 나타났다.