• Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
• /
• v.26 no.5
• /
• pp.489-506
• /
• 2024

Excavation of tunnels below the groundwater table changes the hydraulic boundary conditions, causing flow towards the excavation face. Inflow into a tunnel is generally influenced by pre-excavation grouting, shotcrete lining, drainage system implementation, and the hydraulic deterioration of the drainage system. From the perspective of continuum theory, the groundwater inflow behavior due to excavation is very similar to the tunnel excavation behavior known as the convergence-confinement method. The groundwater inflow behavior due to tunnel excavation can be explained by the hydraulic convergence, while the behavior of shotcrete lining in limiting inflow can be inferred as hydraulic confinement. This study investigates the hydraulic convergence and confinement behavior using theoretical and numerical methods due to tunnelling. It is confirmed that the hydraulic convergence-confinement is exactly the same as the mechanical convergence-confinement concept. It is identified that the behavior is governed by the tunnel geometry, grout thickness and permeability, as well as the thickness and permeability of the support materials, such as shotcrete.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2008.05a
• /
• pp.141-146
• /
• 2008

빗물 유출량 제어를 위한 빗물 저류 시설에서 지금까지는 저류되는 용량이 주된 관심사였다. 많은 물을 순간적으로 저류하여 지체시킴으로서 유출량을 감소시키는 것이 목적이었다. 하지만 이러한 빗물저류시설은 저류기능 뿐만 아니라 침전에 의한 수질개선효과도 가지고 있다. 이렇게 저류된 물을 갈수기에는 화장실 용수나 잡용수로 사용할 수도 있고, 수질 개선을 통하여 하수 오염 부하량의 경감효과까지 노릴 수 있다. 이러한 수질개선 효과를 알아보기 위해서는 빗물 저류시설의 수리학적 흐름특성과 입자의 거동파악이 필수적이다. 본 연구에서는 CFD(Computational Fluid Dynamic)를 이용하여 빗물저류시설 중 하나인 빗물저장조의 수리학적 흐름특성 및 입자의 거동을 살펴보았다. 빗물저장조는 유출입패턴이 불규칙하다. 이를 크게 네 가지 경우로 나누어 살펴보면, 유입만 있고 유출이 없는 경우(Case 1), 유입과 유출이 동시에 있는 경우(Case 2), 유출입이 모두 없는 경우(Case 3), 유출만 있고 유입이 없는 경우(Case 4)로 살펴 볼 수 있다. 기존의 수량 측면에만 한정되었던 빗물 저류 시설에 대한 연구를 수자원 절약과 수질 개선을 통한 하수도 오염 부하량 감소의 측면을 덧붙여 빗물 저류 시설의 목적 범위를 확장할 수 있다.

• Tunnel and Underground Space
• /
• v.9 no.4
• /
• pp.282-283
• /
• 1999

핵폐기물 지하처분, 지열개발, 지하 환경의 안전과 제어 등과 관련된 문제에 있어서 암석 및 암반의 역학적 거동 외에 열·수리·화학적 상호작용에 대한 이해가 필요하다. 이미 전세계적으로 국가별로 혹은 공동연구를 통하여 열·수리·역학적 상호작용에 관하여 많은 연구가 진행되었으며 최근 화학적 상호작용에 대한 문제가 추가적으로 제기되고 있다. 특히 장기간의 지하 환경의 안정성에 미치는 중요한 요소로 크립현상과 열·수리 화학적 상호작용 연구에 대한 필요성이 제기된 바 있다. 이 중 열·역학적 상호작용에 대해서는 현장문제에 적용 가능한 만은 연구결과가 제시된 바 있으나 기타 상호작용에 대해서는 다양한시험방법과모델링으로 인하여 아직가지 통일된 의견이 제시된 바 없다. 제 2주제에는 총 92편의 논문이 접수되었으며, 이 논문들의 내용, 성격, 해석방법 등을 간략히 정리하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2007.05a
• /
• pp.874-878
• /
• 2007

최근 들어 하구의 이용도가 높아져 감에 따라 용수 취수, 염해 방지공, 하도 계획, 수질 개선 등의 문제와 관련하여 하도 내로 침입하는 염수쐐기를 적절히 제어해야 될 필요성이 대두되고 있다. 이를 위해 염수쐐기의 형태와 거동특성을 정확하게 예측하고 내부유동 구조를 구명하는 것이 필요하다. 염수쐐기의 수리학적 특성에 관한 국내외 연구는 미흡한 실정이다. 국내에서는 하구에서의 유동장 해석을 위한 연구와 염수침입 현상과 반대로 담수 유출이 해양환경에 미치는 영향에 관한 해양공학적 연구가 주로 수행되었다. 국외에서는 1950년대 초반에 하구에서의 염도 혼합양상과 확산계수의 결정 및 수학적 모형에서 각 항들의 상대적 중요성 평가와 같은 기초적인 연구가 수행되었으며, 1970년대에 컴퓨터의 급속한 발전에 힘입어 다양한 수치적 기법이 개발되어 폭이 좁고 성층화된 하구에서의 수치계산이 수행되었다. 본 연구에서는 정상 염수쐐기의 형태 및 거동특성을 파악하기 위하여 수리실험을 수행하였다. 실험은 염수수조, 담수유입부, 수로부로 구성된 실험수로에서 수행되었으며, 염수와 담수간의 밀도차에 근거하여 실험 조건을 설정하였다. 실험을 통하여 밀도차와 담수유입량에 따라 염수쐐기의 형태 및 거동특성이 지배됨을 관찰할 수 있었다.

• Tunnel and Underground Space
• /
• v.25 no.2
• /
• pp.155-167
• /
• 2015

The thermal-hydrological-mechanical (T-H-M) behavior of rock mass surrounding a high-temperature cavern thermal energy storage (CTES) operated for a period of 30 years has been investigated by TOUGH2-FLAC3D simulator. As a fundamental study for the development of prediction and control technologies for the environmental change and rock mass behavior associated with CTES, the key concerns were focused on the hydrological-thermal multiphase flow and the consequential mechanical behavior of the surrounding rock mass, where the insulator performance was not taken into account. In the present study, we considered a large-scale cylindrical cavern at shallow depth storing thermal energy of $350^{\circ}C$. The numerical results showed that the dominant heat transfer mechanism was the conduction in rock mass, and the mechanical behavior of rock mass was influenced by thermal factor (heat) more than hydrological factor (pressure). The effective stress redistribution, displacement and surface uplift caused by heating of rock and boiling of ground-water were discussed, and the potential of shear failure was quantitatively examined. Thermal expansion of rock mass led to the ground-surface uplift on the order of a few centimeters and the development of tensile stress above the storage cavern, increasing the potential of shear failure.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.668-672
• /
• 2009

상대오염도가 높은 초기유출수에 대한 1차 처리의 화학적인 효율성 증대에 대한 연구는 많이 진행되어온 반면 동수역학적 분석에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 수처리 시설에 대해서 수리모형 및 수치모의의 결과를 비교 분석하였다. 연구에 사용된 수처리 시설은 내부 격벽(baffle)의 배열에 변화를 주어 흐름제어를 유도하여 초기유출수의 처리 효율에 변화를 줄 수 있도록 시설을 고안하였다. 수리모형 및 수치모의 실험을 통해 구조물 내에 복잡한 난류흐름을 관찰하였고, 주입된 염수의 농도분포 양상을 시간변화에 따라 분석하였다. 수치모의를 위해서 3차원 수치모형 프로그램인 FLOW-3D를 사용하였으며 LES 난류모형과 질량생성(mass source)모형을 적용하여 수처리 시설 내에서의 동수역학적 거동분석 및 오염원(source)의 농도분포를 모의하였다. 실험 결과 수처리 시설의 3차원 난류흐름을 통해 오염원이 지체 및 확산되고 이에 따라 배출되는 농도가 현격하게 차이 냄을 확인하였다. 또한 추후 본 연구에서 제시된 바와 같이 다양한 내부구조에 대한 수치모의 결과를 분석하게 되면 초기 유출수 처리 효율을 증가시킬 수 있는 수처리 시설모형의 최적화 방안을 고려할 수 있을 것이다.

• Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
• /
• v.23 no.6
• /
• pp.403-421
• /
• 2021

Most of the urban tunnels in Korea, which are represented by the 1st to 3rd subways, use the drainage tunnel by NATM. Recently, when a construction project that actively utilizes large-scale urban space is promoted, negative effects that do not conform to the existing empirical rules of urban tunnels may occur. In particular, there is a high possibility that groundwater fluctuations and hydrodynamic behavior will occur owing to the practice of tunnel technology in Korea, which has mainly applied the drainage tunnel. In order to solve the problem of the drainage tunnel, attempts are being made to control groundwater fluctuations. For this, the establishment of tunnel groundwater management standard concept and the analysis of the tunnel hydraulic behavior were performed. To prevent the problem of groundwater fluctuations caused by the construction of large-scale tunnels in urban areas, it was suggested that the conceptual transformation of the empirical technical practice, which is applied only in the underground safety impact assessment stage, to the direction of controlling the inflow in the tunnel, is required. And the relationship between the groundwater level and the inflow of the tunnel required for setting the allowable inflow when planning the tunnel was derived. The introduction of a tunnel groundwater management concept is expected to help solve problems such as groundwater fluctuations, ground settlement, depletion of groundwater resources, and decline of maintenance performance in various urban deep tunnel construction projects to be promoted in the future.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.456-460
• /
• 2016

최근 기후변화의 영향과 급격한 도시화로 인한 하천 저류능력의 감소 및 부적절한 하수시설의 설계로 도시유역의 홍수 위험성이 증가하면서 적극적인 구조물적 홍수방어대책으로 대심도터널의 활용에 대한 필요성이 대두되고 있다. 일본을 비롯한 외국에서는 대심도터널의 활용이 적극적으로 고려되고 있으며 실제 설치 및 운영 사례 또한 증가하고 있다. 그러나 국내에서는 아직까지 홍수 방어용 대심도터널의 설치 및 운영된 사례가 없고 설계 및 시공과 관련한 기준 및 연구가 미미한 실정이다. 본 연구에서는 대심도터널 내부에서의 이상흐름 거동특성을 구명하기 위하여 터널을 모형화한 수평관에서 실험적 연구를 수행하였다. 직경 100 mm 투명 아크릴관으로 제작된 수평관 내부를 흐르는 물에 공기를 주입하여 기포를 발생시키고 전기전도계를 이용하여 유속변화에 따른 관에서의 물-공기 혼합 이상흐름의 거동특성에 대해 살펴보았다. 실험결과 터널 계통 전반에서의 물-공기(이상류) 거동 특성을 파악할 수 있었다. 이를 통해 대심도터널 내부 공기에 대한 효과적인 제어로 흐름의 안정화 및 그에 따른 수리성능의 개선효과를 기대할 수 있으며, 도시지역의 집중강우로 인한 수방재 대응 기술개발을 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
• /
• v.24 no.2
• /
• pp.67-75
• /
• 2008

It is interesting to note that distinct element method has been used extensively to model the response of micro and discontinuous behavior in geomechanics. Impressive advances related to response of distinct particles have been conducted and there were difficulties in considering fluid effect simultaneously. Current distinct element methods are progressively developed to solve particle-fluid coupling focused on fluid flow through soil, rock or porous medium. In this research, numerical simulations of fluid injection into particulate materials were conducted to observe cavity initiation and propagation using distinct element method. After generation of initial particles and wall elements, confining stress was applied by servo-control method. The fluid scheme solves the continuity and Navior-Stokes equations numerically, then derives pressure and velocity vectors for fixed grid by considering the existence of particles within the fluid cell. Fluid was injected as 7-step into the assembly in the x-direction from the inlet located at the center of the left boundary under confining stress condition, $0.1MP{\alpha}\;and\;0.5MP{\alpha}$, respectively. For each simulation, movement of particles, flow rate, fluid velocity, pressure history, wall stress including cavity initiation and propagation by interaction of flulid-paricles were analyzed.

• Tunnel and Underground Space
• /
• v.33 no.2
• /
• pp.83-94
• /
• 2023

Unlike the conventional triaxial test cells for cylindrical specimens, which impose uniform lateral confining pressures, the GREAT (Geo-Reservoir Experimental Analogue Technology) cell can exert differential radial stresses using eight independently-controlled pairs of lateral loading elements and thereby generate horizontal stress fields with various magnitudes and orientations. In the preceding companion paper, GREAT cell tests were numerically simulated under different mechanical loading conditions and the validity of the numerical model was investigated by comparing experimental and numerical results for circumferential strain. In the present study, we simulated GREAT cell tests for an artificial sample containing a fracture under both mechanical loading and fluid flow conditions. The numerical simulation was carried out by varying the mechanical properties of the fracture surface, which were unknown. The numerical responses (circumferential strains) of the sample were compared with experimental data and a good match was found between the numerical and experimental results under certain mechanical conditions of the fracture surface. Additionally, the effect of fluid flow conditions on the mechanical behavior of the sample was investigated and discussed.