석탄층 메탄가스(CBM) 저류층은 탄화과정 중에 탄리(cleat)가 물로 채워지게 되며, 탄리 내 물의 거동이 CBM 생산거동에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 정확한 생산 자료 분석을 수행하기 위해서는 탄리 내 물 포화도가 CBM 생산에 미치는 영향을 고려해야 한다. 이에 본 연구에서는 서로 다른 물 포화도 조건을 갖는 CBM 저류층에 표준곡선(type curve) 분석을 수행하고 조건별 적합도를 평가하였다. CBM 생산 자료를 취득하기 위해 CMG사(社)의 GEM을 이용하여 물 완전포화, 중간포화, 불포화 상태의 저류층 모델을 구축하였으며, Fetkovich, Palacio-Blasingame(P-B), Agarwal-Gardner (A-G) 표준곡선 분석을 수행하였다. 그 결과, 불포화 CBM의 경우 Fetkovich 표준곡선이 후기 시간 영역에서 일치(matching)가 잘 이루어지지 않는 반면 A-G 표준곡선 모델에 우수한 일치를 나타내었다. 또한 중간 포화 CBM 생산 자료는 후기 시간 영역에서 표준곡선 모델 모두와 잘 일치되는 것을 확인하였다. 완전 포화 조건의 경우 최대 생산량(qpeak)이후 적은 양의 생산 자료만을 이용해서도 P-B와 A-G 표준곡선에 정확하게 일치되었으며, 이를 기반으로 특정 물 포화도 조건에서 각 표준곡선이 갖는 장 단점이 분석되었다. 따라서 CBM 개발 시 물 포화도 조건에 따라 적합한 표준곡선을 선택함으로써 CBM 저류층의 정확한 생산 자료 분석이 가능할 것으로 판단된다.
저류층의 탄화수소 매장량 평가에 있어서 매우 중요한 물 포화도($S_w$)는 Archie의 경험식을 이용하여 전기비저항지수(RI )로부터 구할 수 있다. 그러나 많은 경우, Archie 경험식에 사용되는 포화도 지수 n은 상수가 아니며, 물 포화도에 따라 변하는 것으로 알려져 있다. 또한 RI vs. $S_w$ 자료를 log-log 축에서 회귀분석하면 원점을 지나지 않는 경우도 흔히 발생한다. 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하고자 수정 Archie 경험식을 제안하였는데, 이 식은 RI vs. $S_w$ 대비도표의 추세가 직선이든 곡선이든, 원점을 지나든 아니든 모두 표현할 수 있는 장점을 갖는다. 수정 Archie 경험식을 사용하기 위해서는 전도성 지수 ${\mu}$, 임계 물 포화도 $S_c$, 포화 분포 계수 b 등의 계수를 결정해야 하는데, 이들 계수를 실내실험을 통하여 결정하는 방법을 제시하였다. 수정 Archie 경험식은 청결 사암 및 탄산염암 등 저류암의 공극 구조, 공극수 분포, 습윤성 등을 반영할 수 있어 현장 적용성을 높일 수 있을 것으로 생각된다.
대형 구조물에 작용하는 큰 외력은 능동 제어 장치의 제어입력에 포화를 종종 유발한다. 그리고 구조물이 대형화될수록 질량, 강성 등의 파라미터들에 대한 정확한 값을 알기가 어려워지므로, 수학적인 모델과 실제 구조물과의 모델링 오차는 파라미터들에 대한 불확실성으로 제어기의 설계 시에 고려되어야 한다. 그러므로 건축 및 토목 구조물에 대한 능동 진동 제어 방법을 다룰 때 제어기의 안정성을 보장하기 위하여 제어입력의 포화와 계의 파라미터 불확실성을 동시에 고려한 강인 포화 제어기의 설계가 필요하다. 여기에서는 건물의 능동 진동 제어에 연구 및 적용되어진 여러 제어기들 중에서 선형 최적 제어기 LQR, 수정된 뱅뱅 제어기, 포화 슬라이딩 모드 제어기, 강인 포화 제어기의 안정성을 살펴본다. 특히 제안된 강인 포화 제어기의 필요성을 보이기 위하여 LQR, 수정된 뱅뱅 제어기, 포화 슬라이딩 모드 제어기들이 제어입력의 포화나 파라미터 불확실성이 존재하는 경우에 불안정해지는 현상들을 보인다. 2자유도 진동계에 대한 수치 예제와 능동 질량 감쇠기(AMD)를 이용한 2층 구조물에 대한 실험을 통하여 강인 포화 제어기의 강인 안정성을 보인다.
본 논문에서는 구조물이 과도한 기진력을 받을 때에 구조물의 진동 제어를 위하여 제안 되어진 여러 가지 포화 제어 알고리듬들의 유용성을 실제적인 관점에서 살펴보았다 제안된 포화 제어 알고리듬 중세서 수정된 뱅뱅 제어 알고리듬이 매우 유용한 것임을 확인할 수 있었으나 이는 제어력 파형 결정 파라미터의 어떤 범위내에서만 효과적이며 그 범위를 넘어서는 경우에 있어서는 제어기를 불안정하게 할 수 있음을 확인할 수 있었다 따라서 수정된 뱅뱅 제어 알고리듬의 적용시에 과도한 외부 기진력에 대하여 제어기의 안정적인 작동에 의한 구조물의 진동제어효과를 얻기 위해서 제어력 파형 파라미터를 과도 기진력의 크기에 따라 변화시키는 적응형의 방법을 제안하였고 이의 유용성을 수치실험 및 유압식 질량 감쇠기를 장착한 축소 구조물 검증 실험을 통하여 확인하였다.
콘크리트내의 공극률은 콘크리트 구조물의 내구적인 특성과 밀접한 관련성이 있다. 특히, 콘크리트 시공시 가수된 물은 콘크리트의 비빔과 작업성에 일시적으로 도움이 되지만, 이러한 가수는 콘크리트의 공극을 증가하게 하며, 이는 콘크리트 구조물의 내구적인 성능저하를 야기하게 된다. 본 연구에서는 물시멘트비 0.45의 시멘트 모르타르에 대하여, 단위수량을 증가시켜 물멘트비를 0.45에서 0.60으로 증가시키면서 내구성능을 평가하였다. 즉, 각 물시멘트별로 소정의 재령까지 양생한 시험체에 대하여 강도, 염화물 확산, 투기성, 포화도 및 수분 확산계수 등의 다양한 내구성 실험을 수행하였으며, 이러한 실험결과들은 변화하는 공극률과 함께 분석되었다. 또한 내구성능의 변화 비율 및 그 패턴은 공극분포, 공극률, 그리고 단위수량을 고려하여 정량적으로 평가되었다.
목판 제작과정에서 갈라짐이나 뒤틀림을 줄이고 목재를 부드럽게 하여 조각을 쉽게 하기 위해서 소금물에 삶는다. 본 연구에서는 포화염수에 연화 처리한 목재의 물리적 특성 변화와 소금이 목판 제작시 사용된 금속부에 미치는 영향을 관찰하였다. 목판 시편을 제작 후 포화염수와 물에 각각 12시간 연화 처리한 결과 포화염수에 연화 처리한 시편은 물에 연화 처리한 시편보다 장기간의 건조기간이 소요되었으며 세포 내부에도 소금이 침투되는 것을 확인할 수 있었다. 동 못과 철 못을 시편에 박아 고습 환경에 노출 시킨 결과 포화염수에 삶은 시편이 물에 삶은 시편보다 소금의 흡습성으로 인해 중량이 증가하였으며 못의 부식 또한 활발히 일어나 목재에 손상을 주는 현상이 관찰되었다. 이는 최근에 금속구가 결구된 목판의 테두리와 마구리 부분에서 나타나는 손상과 유사한 형태로 목재 세포 내의 소금이 금속 부식에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.
Frequency Domain Reflectometry(FDR) system과 길이 7cm의 측정센서를 사용하여 에탄을 믹싱리퀴드(EML)를 주입함으로씨 포화된 흙의 유전율상수 변화를 파악하기 위한 실내실험을 실시하였다. 측정센서에 대한 유전율 측정 범위의 확인 및 물과 동일한 비중을 갖는 EML이 포화된 흙의 공극을 통하여 이동 경로를 파악하기 위함이다. EML 확산실험에서는 포화 흙 칼럼 상단부의 배출구가 EML 주입구로부터 이격될수록 포화 흙의 공극을 통한 EML의 확산범위가 확대됨을 확인하였다. 그리고 EML 유동실험의 결과에서는 포화된 흙 칼럼에 대한 주입과 동시에 일정한 간격으로 설치된 모든 측정센서에서 유전율의 변화를 파악하였다. 따라서 EML 주입에 따른 포화 흑의 공극 내에 존재하는 물의 치환이 충분히 가능하며 공극을 통한 이동성도 함께 확인하였다.
콘크리트 또는 시멘트 모르타르와 같은 비금속성 재료에서 유전상수와 전도율과 같은 전자기 평가는 특성화 될 수 있으므로 최근 들어 많은 연구가 수행되고 있다. 그러나 이러한 전자기 특성은 수분에 의하여 매우 큰 영향을 받으므로 이에 대한 전자기 거동이 명확하게 이해되어야 한다. 본 논문에서는 5가지 물-시멘트비를 가지는 시멘트모르타르에 대하여, 포화도 및 전자기 특성 측정이 압축강도와 공극률 평가와 함께 수행되었다. 각각의 포화된 시편은 실내상태에 존치되었으며, 포화도의 변화에 따른 전자기 특성이 분석되었다. 포화상태에서는, 공극률이 높은 시편에서 높은 전자기 특성이 평가되었지만, 이러한 관계는 건조가 진행됨에 따라 반대로 평가되었다. 공극수가 없는 공극에서 전자기 특성이 감소되므로, 물-시멘트비가 낮아질수록 안정적이고 선형적인 전자기 특성 증가를 나타내었다. 한편, 물-시멘트비에 따른 전자기 특성 증가율이 포화도와 함께 제시되었으며, 회귀분석을 통하여 그 상관관계가 도출되었다.
잔교식 구조물은 선박을 안전하게 접안하여 화물을 송수신할 수 있는 구조물로서, 포화된 경사지반에 주로 설치된다. 이러한 잔교식 구조물의 내진설계 시 기준서에서는 예비 설계 방법으로 응답스펙트럼해석법을 활용하도록 제시하고 있으나, 현재 포화지반에 관입된 잔교식 구조물의 모델링 방법에 대한 지침은 부족한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 포화지반에 관입된 잔교식 구조물의 내진성능을 평가하기 위해 동적원심모형실험 및 응답스펙트럼해석을 수행하였다. 동적원심모형실험을 위해 잔교식 안벽 말뚝 중 일부 구간(3×3 군말뚝)을 선정하였으며, 지반 포화 여부에 따라 2가지 모델(건조, 포화)로 분류하였다. 이후 실험 모델에 지반 스프링 방법을 적용하여 응답스펙트럼해석을 수행하였다. 실험 및 해석을 비교한 결과, 건조지반 모델 및 액상화가 발생하지 않는 포화지반 모델의 경우 모멘트 차이가 최대 51% 이내로 발생하였으며, 깊이 별 모멘트를 적절히 모사하는 것으로 나타났다. 그러므로 본 모델의 경우 Terzaghi(1955)가 제시한 수평지반반력상수를 활용하여 모델링을 수행하는 것이 적절한 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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