• Tunnel and Underground Space
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• v.31 no.5
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• pp.309-332
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• 2021

Natural barrier systems surrounding the geological repository for the high-level radioactive waste should guarantee the hydraulic performance for preventing or delaying the leakage of radionuclide. In the case of the behavior of a crystalline rock, the hydraulic performance tends to be decided by the existence of discontinuities, so the coupled hydro-mechanical(HM) processes on the discontinuities should be characterized. The discontinuum modelling can describe the complicated behavior of discontinuities including creation, propagation, deformation and slip, so it is appropriate to model the behavior of a crystalline rock. This paper investigated the coupled HM processes in discontinuum modelling such as UDEC, 3DEC, PFC, DDA, FRACOD and TOUGH-UDEC. Block-based discontinuum methods tend to describe the HM processes based on the fluid flow through the discontinuities, and some methods are combined with another numerical tool specialized in hydraulic analysis. Particle-based discontinuum modelling describes the overall HM processes based on the fluid flow among the particles. The discontinuum methods that are currently available have limitations: exclusive simulations for two-dimension, low hydraulic simulation efficiency, fracture-dominated fluid flow and simplified hydraulic analysis, so it could be improper to the modelling the geological repository. Based on the concepts of various discontinuum modelling compiled in this paper, the advanced numerical tools for describing the accurate coupled HM processes of the deep geological repository should be developed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.86-86
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• 2023

최근에 들어 환경보전과 지속가능한 하천관리의 중요성이 대두되고 있으며, 통합물관리에 있어 수리량과 수질을 연계한 통합 모니터링의 필요성이 커지고 있다. 수리량과 수질 분야에 대한 모니터링 기술은 지속적인 연구가 이루어져 왔으나, 각 분야의 개별적 연구로 인해 수리량과 수질을 통합하여 모니터링 하는 기술 개발은 미흡한 수준이다. 또한 수질 측정은 수질오염공정시험기준에 있는 채수 기준에 따라 채수하여 측정하고 있으며, 채수 지점은 하천의 수심별로 달리하여 정해진다. 수리 측정은 현장계측을 통한 2차원적 계측으로 진행하고 있어 수질 측정 시 채수지점과 수리 측정지점은 일치하지 않는다. 동일 지점에서의 수질과 수리량을 동시에 고려하고 있지 못한 모니터링은 본류와 지류의 혼합거동이 많은 국내 하천 특성을 반영하지 못한다. 또한 현재의 수질·수리 모니터링은 ADCP나 다항목수질측정기 같은 고가의 장비를 운영하며, 홍수기와 같은 고위험 계측 조건에서 인력을 통해 측정하고 있기에 고비용의 장비운영비와 인명 피해를 야기시키고 있다. 따라서 무인 원격 기술을 적용한 하천 모니터링 기술과 수질과 수리량의 데이터 연계를 통한 3차원 모니터링 기술의 확보는 하천관리에 있어 매우 필수적이다. 본 연구에서는 수중 무인 원격이동체인 ROV와 무인 원격이동체(USV)를 활용한 3차원 수질·수리 모니터링 기술 개발에 관한 연구를 수행하였다. 국내 하천 특성을 고려한 혼합거동을 분석하기 위해 ROV에 수중 GPS 장비와 수질센서를 부착시켜 수중 내 2차원으로 측정되는 수리량과 동일한 좌표를 가지는 수질자료를 계측하여 하천의 연직 분포와 수평적 분포를 통해 화학적 수리적 거동을 분석하여 하천의 3차원 혼합거동 양상을 판단할 수 있었다. 이와 같은 무인 원격이동체를 통한 3차원 수질·수리 모니터링 기술은 하천의 3차원 분석에서 수질·수리량 보간 자료로 활용 가능하며, 효율적인 모니터링을 통하여 하천 전반 및 통합물관리에 있어 크게 기여할 것이라 사료된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.572-575
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• 2009

지층 내에 발달한 고투수성 단층은 유체, 에너지, 그리고 용질이 이동하는데 있어서 중요한 역할을 하는 지질구조이다. 따라서 고투수성 단층 주변부에서는 온천, 지열 이상대, 그리고 금속 광상 등이 형성될 가능성이 크다. 이 연구에서는 열-수리적 거동 모델링을 통하여 단층에 의한 온천 또는 지열 이상대의 형성 원인을 확인하였다. 단층의 구조에 따른 지하수 유동과 이에 따른 지층 내 열적 상태를 확인하기 위해서 단층 구조가 다른 3가지의 경우에 대해서 2차원 열-수리적 거동 정류 모델링을 수행하였다. 모델링 결과 단층 구조가 다른 3가지의 모든 경우에서 단층의 투수율이 커지면 단층대에서의 용출 온도가 초기 온도 보다 높아지는 경향을 확인 할 수 있고, 경우에 따라서 모암의 투수율 역시 용출온도에 영향을 미치는 것을 확인 하였다. 따라서 심부지열 개발을 위한 연구지역에 대해 보다 정확한 예측 모델링을 수행하기 위해서는 단층의 구조, 단층과 모암의 투수율, 그리고 수리지질학적 정보 등이 매우 중요하다고 할 수 있다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.38 no.1
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• pp.25-33
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• 2016

This paper describes three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) simulation of liquid-liquid flow and transient tracer tests in a full-scale continuous stirred-tank reactor (CSTR) used for drinking water treatment. To evaluate the effects of inlet flow rate on hydrodynamic behavior in the selected CSTR, inlet flow rate was changed from 10% to 100% of the design flow rate. From the results of CFD simulation and analysis, as the inlet flow rate increases, Modal index and ${\beta}$ value are increased. Also, Morrill index shows local minimal points in relation to the inlet flow rate, which are observed at 20% and 40% of the design flow. As inlet flow Increases more than 40%, it is shown that Morrill index re-increases to close to ideal CSTR.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.46-46
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• 2020

하천의 합류부는 지류와 본류가 만나 수리 및 수질 특성이 변화하는 구간으로 매우 중요한 지점이다. 따라서, 최근에는 ADCP와 같은 측정장비를 활용하여 실제하천을 대상으로 합류부의 수리학적 혼합거동을 분석하는 많은 연구들이 수행되고 있다. 하지만 기존의 연구들은 대부분 중소하천 규모의 합류부를 대상으로 연구가 수행되었고, 유속이 존재하는 하천을 대상으로 연구가 수행되었다. 그리고 기존의 연구들은 대부분 수리특성을 활용하여 합류부의 지형학적 특성을 함께 고려한 연구가 대부분 수행되어 합류부의 수질적인 혼합거동을 분석한 사례는 매우 드물다. 이에 본 연구에서는 낙동강과 황강합류부에서 ADCP와 YSI를 활용하여 본류의 유량이 지류에 비해 매우 크고 저유속인 대하천에 유입되는 지류를 대상으로 수리·수질 특성을 기반으로 혼합 패턴을 분석하였다. 수리특성 분석을 위해 ADCP를 활용하여 수심평균유속분포, 2차류를 분석하였고, 수질특성을 분석하기 위해 YSI의 전기전도도(EC)를 수질인자로 활용하여 합류부의 혼합 거동을 분석하였다. YSI 장비는 보트에 장착하여 단면 혹은 수심방향으로 이동식으로 적용하였고, 공간위치는 동시에 운용된 ADCP의 GPS자료와 연동하였다. 분석결과, 기존의 ADCP의 유속측정 결과로는 본 연구대상과 같은 저유속 대하천에서 공간적 혼합 거동을 포착하는데 한계가 나타났다. 반면에, 수질인자(EC)를 연계하여 합류부 수질의 공간분포를 나타낼 경우 본 대상인 황강-낙동강 합류부와 같은 평수기 저유속 대하천의 혼합거동을 포착 및 분석할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, 대하천의 저유속인 합류부의 혼합 거동 분석은 유속분포와 같은 수리특성과 함께 수질인자(EC)를 연계한 분석을 통할 경우 혼합 거동의 분석이 용이해짐을 확인할 수 있었다.

• Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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• v.10 no.4
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• pp.281-294
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• 2012

The current status of the computer codes for the analysis of coupled thermal-hydrological-mechanical behavior occurred in a high-level waste repository was investigated. Based on the reported results on the comparison between the predictions using the computer codes and the experimental data from the in-situ tests, the reliability of the existing computer codes was analyzed. The presented codes simulated considerably well the coupled thermal-hydrological-mechanical behavior in the near-field rock of the repository without buffer, but the predictions for the engineered barrier system of the repository located at saturated hard rock were not satisfactory. To apply the current thermal-hydrological-mechanical models to the assessment of the performance of engineered barrier system, a major improvement on the mathematical models which analyze the distribution of water content and total pressure in the buffer is required.

• Tunnel and Underground Space
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• v.10 no.1
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• pp.45-58
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• 2000

Cyclic shear test system, which is capable of measuring flow rate inside rock joint, was established to investigate the hydraulic behavior of rough rock joints under various loading conditions. Laboratory hydraulic tests during compression and shear were conducted for artificial rough rock joints. Prior to tests, aperture characteristics of specimens were examined by measuring surface topography. Permeability changes under compression were well approximated with several hydraulic model. Hydraulic behavior conformed to dilation characteristics in the first stage, and permeability increased with increase of dilation. As the shear displacement progressed, flow rate became somewhat constant due to gouge production and offset of apertures. Hydraulic behavior under cyclic shear loading was also influenced by the degradation of asperities and gouge production. In addition. the relation between hydraulic aperture and mechanical aperture under compression and shear loading was investigated and compared.

• Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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• 2000.09a
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• pp.117-128
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• 2000

The development of proper joint model, which can describe real phenomena exactly and still can be used easily, is one of the most important element for the analysis of the mechanical and hydraulic behavior of discontinuous rock mass. In this study, an elasto-plastic constitutive model of joint behavior considering asperity degradation was extended with the concept of first and second order asperities. The proposed model was implemented to numerical code with discrete finite joint element. The parametric study with the various asperity angles and degradation coefficients showed that the model can reproduce the shear behavior of typical rough joints well. Results of laboratory monotonic and cyclic shear tests were compared with those of numerical tests to validate the model. The hydraulic model considering the relations between gouge production and aperture was introduced to the mechanical model. In an attempt to examine the performance of the model, comparative numerical test was conducted. Permeability between joint surfaces increased rapidly at the first stage, but became nearly constant with increasing shear displacement due to gouge production and uniform variation of aperture distribution.

• Tunnel and Underground Space
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• v.10 no.3
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• pp.366-377
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• 2000

The development of proper joint model, which can describe real phenomena exactly and still can be used easily, is one of the most important element for the analysis of the mechanical and hydraulic behavior of discontinuous rock mass. In this study, an elasto-plastic constitutive model of joint behavior considering asperity degradation was extended with the concept of first and second order asperities. The proposed model was implemented to numerical code with discrete finite joint element. The parametric study with the various asperity angles and degradation coefficients showed that the model can reproduce the shear behavior of typical rough joints well. Results of laboratory monotonic and cyclic shear tests were compared with those of numerical tests to validate the model. The hydraulic model considering the relations between gouge production and aperture was introduced to the mechanical mode1. In an attempt to examine the performance of the model, comparative numerical test was conducted. Permeability between joint surfaces increased rapidly at the first stage, but became nearly constant with increasing shear displacement due to gouge production and uniform variation of aperture distribution.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.401-401
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• 2023

터널이나 폐기물저장소와 같은 지하 구조물 또는 지표에서부터 상당한 깊이로 설계되거나 건설되는 구조물을 계획하거나 건축할 때 구조물의 안전성에 영향을 주는 수많은 요인 중에 간과할 수 없는 것이 바로 지하수이다. 뿐만 아니라 지상 혹은 지하에서 오염이 발생하여 오염물질이 지중환경으로 유입되는 경우, 지하수 거동은 오염물의 이송·확산에 지대한 요인으로 작용한다. 최근에는 지구온난화와 같은 유례없는 기후변화를 경험하고 있고, 따라서 수자원으로써 지하수의 역할이 더욱 중요해지고 있다. 지하수의 저류와 거동은 지하매질의 특성에 지배되고 있지만, 지표 아래 자리잡고 있는 매질의 특성을 정확히 파악하기란 매우 힘들고, 따라서 지하수 거동을 해석함에 항상 불확실성이 존재한다. 전통적으로 지하매질의 특성을 이해하기 위해 다양한 지구물리탐사를 수행하여 왔고, 더욱 직접적인 관찰을 위해 시추를 수행하여, 시료를 수집·관찰하고, 시추공에서의 다양한 현장수리실험을 통해 수리특성을 알고자 하였다. 하지만 그동안의 다양한 노력에도 불구하고, 지하매질 및 지하수 거동에 대한 불확실성은 여전히 줄어들지 않고, 오히려 증가하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 지하수 거동을 결정짓는 지하매질의 수리특성에 대한 불확실성을 정량화하기 위한 도구로써, 매개변수 보정법의 하나인 Pilot Point Method(PPM)을 소개하고자 한다. 우물 또는 관측정을 통해 관측되는 지하수의 수위는 지하매질의 특성을 반영하고 있으며, 인간이 가장 쉽게 취득할 수 있는 지하 정보에 해당한다. 지하수 수위를 이용하여 수치모형의 매개변수를 보정하게 되며, 이 때 PPM이 적용된다. Pilot points의 공간적인 분포에 따라 다양한 보정 결과가 산출될 수 있으며, 다양한 결과들을 통해 변동계수를 산정한 후 수리특성의 불확실성이 높은 지역을 나타낼 수 있다. 본 연구를 통해 얻은 결과는 물리탐사 또는 시추 작업을 위한 위치 선정의 기초자료로 활용될 수 있다.