Numerical Analysis of the Mechanical and Hydraulic behavior of Concrete Plug in Underground Storage Cavern

지하저장공동에서의 콘크리트 플러그의 역학적 및 수리적 거동에 관한 수치해석적 연구

The concrete plug in an underground cavern prevents the stored product (oil, gas, etc) from leaking and the excessive inflow of underground water, so it plays an important role in construction and operation of the storage cavern. Additionally, it should maintain its stability under every possible loading condition. Once the plug is constructed, the cavern is isolated from the external access. Therefore, mechanical and hydraulic consideration should be made in construction to fulfill its function. Therefore, in this study, numerical analyses were conducted to study the optimal shape and thickness of the plug with respect to the various conditions of installation depth, the shape of the plug, in-situ stress ratio (K), the condition of rock-plug interface, and the effect of Excavation Damaged Zone (EDZ). This paper also presents the effect of slot depth on the hydraulic behavior of the plug. These analyses were carried out by using the 2-dimensional finite difference code, rm FLAC, and the 3D code, rm FLAC$\^$3D/.

지하저장공동에 설치되는 콘크리트 플러그는 기능한 모든 하중조건에 대해 안정하게 유지됨은 물론 저장된 유류의 외부 유출과 지하수의 과다 유입을 방지하는 기능을 수행하여야 하므로 지하 유류 비축기지의 건설 및 운영 단계에서 매우 중요한 역할을 한다. 플러그가 시공되고 나면 외부와의 접촉이 모두 차단되게 되므로 플러그가 그 기능을 제대로 발휘하기 위해서는 설계단계에서부터 역학적 및 수리적 고려가 이루어져야 한다. 따라서 본 연구에서는 2차원 및 3 원 유한 차분 프로그램인 FLAC 과 FLA $C^{3D}$를 사용하여 플러그에 대한 역학적 및 수리적 해석을 실시하였다. 먼저 측압계수의 변화, 심도의 변화, 플러그의 형상변화, 암반과 콘크리트 접촉면의 상태변화, 굴착손상권의 발생 등 다양한 조건 하에서 플러그의 거동 변화에 대한 역학적 해석을 실시하였으며, 2차원 해석조건과 동일한 조건을 가진 3차원 모델을 구성하여 그 결과를 2차원 해석과 비교, 검토하였다. 또한 플러그의 쐐기깊이 변화에 따른 수리해석을 실시하여 그 결과를 비교하였다.다.