• 터널과지하공간
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• 제11권3호
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• pp.257-269
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• 2001

지하 500 m의 화강암반내 단층지역에 위치한 지하 방사성폐기물 처분장의 구조거동을 이해하기 위하여 수치 해석을 수행하였다. 해석에는 2차원 해석코드인 UDEC을 사용하였다. 해석모델은 화강암반, 처분공내의 압축 벤토나이트로 둘러싸인 PWR 사용후 핵연료 처분용기 및 처분동굴내에 채워진 혼합 벤토나이트를 포함한다. 한 개의 단층이 처분동굴의 지붕과 벽이 만나는 지점을 33, 45, 및 $58^{\circ}$의 각도로 관통하는 세가지 다른 경우게 대한 구조거동을 비교, 분석하였다. 그리고 $45^{\circ}$단층의 경우에 대해서는 수리역학적, 열역학적, 및 열수리역학적 상호작용 거동을 해석하고 비교, 분석하였다. PWR 사용후 핵연료내의 방사성 물질로부터 나오는 시간의존 방사성 붕괴열에 의한 영향을 해석하였다. 지하수위는 지표면 아래 10 m로 가정하였고, 지하수해석은 정류 알고리즘을 사용하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권4호
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• pp.421-430
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• 2008

불연속면이 발달한 암반 내에서 해저터널을 건설할 경우 절리내의 지하수 흐름이 터널거동에 커다란 영향을 미치므로 안정성 평가 시 수리-역학적 연계해석이 필요하다. 이에 본 연구에서는 불연속체의 연계해석 시 터널의 안전율을 산정하는 루틴의 검증을 위해 민감도 분석을 수행하였다. 이를 위해 암반블록과 절리의 상호작용을 해석할 수 있는 UDEC-2D 프로그램을 이용하였으며 총 324가지의 경우에 대하여 수치해석을 수행하였다. 결과적으로 불연속체 연계해석을 위해 제안된 안전율 산정 루틴이 타당한 결과를 줌을 확인하였다. 따라서, 본 연구에서 사용된 안전율 산정 방법이 불연속 암반 내에 시공되는 해저터널의 안정성 평가 시 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제23권6호
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• pp.493-505
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• 2013

본 수치해석논문에서는 절리와 단층대를 포함한 지열저류층에 수리자극을 가할 시 수반되는 유도지진과 단층대의 변형을 개별요소법을 사용하여 모델링하였다. 수채해석기법은 2차원 입자유동코드를 기반으로 하며 수리역학적 상호작용기법과 미소파괴음의 모멘트텐서 역산알고리즘이 결합되었다. 수치해석의 주요결과로는 시공간적으로 변하는 유도지진의 분포와 규모 그리고 단층대의 변형(파괴 및 전단변위)과 주입유체압력의 시공간적 분포와의 상관관계이다. 첫 번째 수치해석으로부터 절리가 분포하는 지열저류층에서의 수리자극에 의한 유도지진의 분포는 주입유체의 점성에 상당한 영향을 받는 것으로 나타났다. 주입유체의 점성이 낮은 경우 (1 cP), 유도지진의 발생범위가 큰 것으로 나타났으며, 주입 후 발생하는 유도지진의 개수와 규모 또한 높게 나타났다. 단층대가 존재하는 지열저류층의 수리자극 모델링의 결과, 주입정의 위치가 단층대와 가까운 경우 작은 주입수 압력분포(<0.1 MPa)로도 단층대의 파괴와 전단변형을 일으킬 수 있는 것으로 나타났다. 본 논문에서 소개한 수치해석기법은 수리자극을 통한 지열저류층 개발 시 유도지진의 분포와 규모를 실제 유체주입작업전에 예측할 수 있게 함으로써 지열에너지개발 분야에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권spc1호
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• pp.1059-1069
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• 2023

댐붕괴흐름은 댐이 갑자기 붕괴하여 제어가 어려운 상태의 고속흐름이 방출되는 현상이다. 이 연구에서는 3차원의 댐붕괴흐름을 모의하기 위해 OpenFOAM을 사용하여 층류 및 난류 모델을 적용하고 그 결과를 비교하였다. 난류 모의를 위해 레이놀즈 평균 나비에-스토크스 (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 모델, 구체적으로 k-ε 모델을 사용하였다. 수리모형실험과 함께 수정된 다층 블록 장애물 시나리오를 대상으로 두 가지 모델을 평가하였다. 두 모델 모두 댐붕괴흐름을 효과적으로 재현하였으며, 난류 모델은 흐름의 변동성을 감소시키는 역할을 보여줬다. 그러나 난류 모델에서의 과도한 에너지소산은 수위를 과소 평가하게 하는 것으로 나타났다. 수치기법 및 격자 해상도를 개선하여 적용한 결과 흐름재현성이 향상되었는데 이는 특히 구조물 근처의 난류흐름에서 두드러졌다. 모델 안정성의 경우 난류모델의 사용여부보다는 수치기법 및 격자 해상도의 개선에 더 크게 영향을 받았다. k-ε 모델에 내재된 시간평균처리의 특성은 불연속성과 불안정성이 두드러진 댐붕괴흐름을 재현하는 데 한계가 있음을 나타냈다. RANS 모델을 포함한 난류모의는 방대한 계산자원이 필요하지만, 층류 모델과 비교하여 성능 향상이 제한적이었다. 댐붕괴흐름을 정확히 재현하기 위해 LES (Large Eddy Simulation) 및 DNS (Direct Numerical Simulation)과 같은 고급 난류 모델의 사용이 권장되며, 이를 위해서는 미세한 공간 및 시간 스케일의 구성이 필수적이다. 이 연구를 통해 댐붕괴흐름을 모의할 때 기본적으로 사용할 수 있는 주요 접근법과 적용가능성을 측정하였으며, 구조물 근처에서 난류흐름에 대한 정확한 표현의 중요성을 강조할 수 있었다.

• 대한지하수환경학회지
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• 제4권1호
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• pp.27-40
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• 1997

화강암과 석회암으로 구성된 동해 터널굴착지 역 주변에 대한 수리지구화학적 연구를 수행한 결과, 채수한 자연수 시료는 그 화학적 특성에 따라 화강암 지역의 물(그룹 1)과 석회암 지역의 물(그룹 2)로 구분 가능하였다. 이러한 구분은 군집분석을 통하여 통계적으로 확인되며, 동일 지점에서 채수된 터널용출수는 채수시기에 따라 각각 그룹 1 및 2에 속하는 것으로 나타났다. 요인분석 결과 그룹 1은 사장석이 카올리나이트로 풍화되는 반응, 그룹 2는 방해석의 용해 반응에 의하여 각각의 화학적 특성이 결정된다. 터널용출수가 시기에 따라 상이한 특징을 보이는 이유는 두 차례의 채수시기 도중에 수행된 화강암 지역의 누수대에 대한 방수작업이 효과적으로 작용하여 지하수 유동체계를 변화시켰기 때문으로 판단된다. 한편 역학적 조사 결과 터널용출수는 다른 자연수 시료에 비하여 대수층의 조암광물과 상호 반응을 더욱 많이 거친 것으로 보인다. 질량평형에 기초한 계산을 통하여 터널용출수에 대한 두 그룹 물의 혼합율 및 물-암석반응이 정량적으로 도출되었으며 이 결과는 통계적 및 열역학적 조사 결과와 잘 일치한다.

• 터널과지하공간
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• 제32권1호
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• pp.30-58
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• 2022

고준위방사성폐기물 심지층처분장은 공학적방벽과 천연방벽의 다중방벽으로 이루어져 있으며 각 방벽재 사이의 상호작용에 의해 처분시스템의 전반적인 장기 건전성이 영향을 받게 된다. 특히 공학적방벽재인 압축 벤토나이트 완충재와 천연방벽인 근계암반의 상호작용에 의한 완충재의 침식 및 파이핑 현상은 사용후핵연료의 붕괴열 발산, 지하수 유입 저지 및 핵종 이동 저지의 역할을 수행하는 완충재의 성능을 저하시키기 된다. 처분 초기에 벤토나이트 완충재가 흡수할 수 있는 물의 양보다 많은 유량이 근계암반의 절리로부터 유입되면 잉여 지하수로 인한 수압이 발생하고 이로 인해 완충재 자체 및 갭채움재 주변으로 파이핑 현상이 발생할 수 있다. 또한 지하수와 벤토나이트 완충재의 물리-화학적 상호작용으로 인하여 완충재의 표면의 팽윤 및 겔/졸화로 인하여 완충재의 표면에서 침식이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 침식 및 파이핑 현상이 발생하는 조건과 이로 인한 완충재의 건전성을 명확하게 평가하는 것이 처분장의 장기건전성 평가를 위해 반드시 필요하다. 처분선진국들에서는 주로 실내 및 공학규모 실험이 수행되고 있으며 일부 전산 모델 개발이 진행되고 있는 상황이지만 실험에서 관측된 현상들을 복합적으로 모사할 수 있는 전산 모델은 개발되지 않았다. 국내에서도 다양한 침식/파이핑 시나리오에 대한 연구나 열-수리-역학-화학적 복합거동을 고려한 연구는 수행되지 않았다. 본 기술 보고에서는 현재까지 수행된 국내외 벤토나이트 침식 및 파이핑 연구와 이들이 주로 고려한 영향인자를 파악하였다. 실험값을 검증하기 위해 제안된 전산 모델들을 소개하고 향후 완충재 침식 및 파이핑 현상 규명을 위한 연구 수행 방향에 대해 정리하였다. 본 논문에서 검토한 다양한 시험 및 모델링 사례를 바탕으로 향후 국내 심층처분장환경을 고려한 압축 벤토나이트 완충재 침식 및 파이핑 관련 연구가 필요하다고 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권8호
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• pp.49-60
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• 2020

동상민감성 시료의 동상 거동을 평가하기 위해 완전히 결합된 열-수리-역학 연계해석을 수행하였다. 이를 위한 구성모델은 질량보존방정식, 에너지보존방정식, 힘평형방정식을 기반으로 유도되었다. 구성모델을 통해 간극수의 상변화, 간극수 유동 및 수반되는 기계적 변형 등 1차원 동결에 대한 다양한 물리적 현상을 정량적으로 고려할 수 있었다. 한편, 시료의 동상발생량 및 동상속도에 미치는 영향 인자들을 조사하기 위해 민감도 분석 연구가 수행되었다. 민감도 분석 결과에 따르면, 시료의 초기 간극비는 종속변수인 동상발생량과 동상속도에 독립적으로 큰 영향을 미치는 반면 흙 입자 열전도도 및 온도구배는 독립적으로 미치는 영향보다 두 변수 간 상호 작용을 통해 더 큰 영향을 미침을 확인하였다. 본 연구에서 고려된 인자들은 모두 동상발생량과 동상속도에 영향을 미치는 주요 인자이며, 표본시료의 동상민감성 여부를 결정하는 데에 활용될 수 있을 것이다.