• 터널과지하공간
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• 제31권5호
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• pp.309-332
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• 2021

고준위방사성폐기물 심층처분장 내 천연방벽은 방사성핵종의 누출을 방지 및 지연할 수 있는 수리학적 특성을 갖춰야 한다. 결정질 암반의 경우 불연속면에 의해 수리학적 성능이 결정되기 때문에, 불연속면의 수리-역학적 복합거동에 대한 자세한 모사가 필요하다. 불연속체 기반 해석기법은 불연속면의 생성, 전파, 변형, 미끄러짐과 같은 복잡한 거동을 구현할 수 있어 결정질 암반 모사에 적합하다. 본 연구에서는 불연속면에서의 수리-역학 복합거동에 초점을 맞추어, UDEC, 3DEC, PFC, DDA, FRACOD, TOUGH-UDEC과 같은 상용화된 불연속체 기반 수리-역학 복합거동 해석기법을 조사하였다. 블록 기반 불연속체 해석기법의 경우 주로 불연속면 상에서 진행되는 유체 유동을 바탕으로 수리-역학 복합거동을 해석하였고, 그중 일부는 다른 수리학적 해석기법과의 결합을 통하여 모델 전체에 대한 수리-역학적 복합거동을 제공하였다. 입자 기반 불연속체 해석기법의 경우에는 입자 사이로 흐르는 유체를 반영하여 불연속체 모델 전체에 해당하는 수리-역학적 복합거동 모사가 가능하다. 현재까지 상용화된 불연속체 기반 복합거동 해석기법은 2차원 해석만 제공하거나, 수리학적 해석 성능이 떨어지고, 불연속면에서의 유체 유동만 고려되거나, 자세한 수리학적 해석을 지원하지 않는 등의 한계점이 있어 고준위방사성폐기물 심층처분시스템의 정확한 수리-역학 모델링에는 적합하지 않을 수 있다. 본 기술보고에서 검토한 다양한 해석기법들의 장단점을 참고하여 향후 처분시스템을 정확하고 자세하게 모사할 수 있는 불연속체 기반 수리-역학 복합거동 해석기법의 개발이 필요하다.

• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2000년도 암반공학문제의 수치해석(Numerical Analysis in Rock Engineering Problems)
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• pp.105-115
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• 2000

방사성 폐기물지하처분이나 열수 및 축열 에너지저장, 지열에너지 개발 등과 같은 대규모 지하공간 프로젝트들이 대두됨에 따라 역학, 수리 및 열적 거동을 동시에 고려한 연구가 필요하게 되었다. 열-수리-역학 상호작용 해석은 열로 교란되고 지하수로 포화된 암반내의 거동을 열 수리, 역학 3가지 지배방정식의 결합을 통해 구현하는 상당히 복잡한 수치 해석 기법 중의 하나이다. 본 연구에서는 기존의 Biot의 압밀이론에 기초한 수식화들을 이용하여 연속체 암반의 열-수리-역학적 상호작용을 모사할 수 있는 유한요소 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램의 검증을 위해 등온과 비등온 조건하의 일차원 압밀모델에 대한 해석을 실시하여 해석해와 비교하였다. 이타원 압밀에 대한 변수해석을 통하여 포아송비나 수리적 이방성과 같은 인자들이 매체 거동에 미치는 영향을 조사하였다. 앞으로 본 프로그램에 개별체 절리 모델을 통합시켜 보다 일반적인 불연속 암반의 상호작용 거동 해석에 이용할 수 있을 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제10권3호
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• pp.355-365
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• 2000

방사성 폐기물지하처분이나 열수 및 축열 에너지저장, 지열에너지 개발 둥과 같은 대규모 지하공간 프로젝트들이 대두됨에 따라 역학, 수리 및 열적 거동을 동시에 고려한 연구가 필요하게 되었다. 열-수리-역학 상호작용 해석은 열로 교란되고 지하수로 포화된 암반내의 거동을 열, 수리, 역학 3 가지 지배방정식의 결합을 통해 구현하는 상당히 복잡한 수치 해석 기법 중의 하나이다. 본 연구에서는 기존의 Biot의 압밀이론에 기초한 수식화들을 이용하여 연속체 암반의 열-수리-역학적 상호작용을 모사할 수 있는 유한요소 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램의 검증을 위해 등온과 비등온 조건하의 일차원 압밀모델에 대한 해석을 실시하여 해석해와 비교하였다. 이차원 압밀에 대한 변수해석을 통하여 포아송비나 수리적 이방성과 같은 인자들이 매체 거동에 미치는 영향을 조사하였다. 앞으로 본 프로그램에 개별체 절리 모델을 통합시켜 보다 일반적인 불연속 암반의 상호작용 거동 해석에 이용할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.971-971
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• 2012

4대강 살리기 사업으로 인하여 4대강에 대한 전면적인 투자와 공사가 이루어지고 있다. 4대강 사업이 마치게 되면 전국에 많은 수의 대규모 보가 설치되고 설치되어진 보는 각각의 강의 관리에 많은 영향을 미치게 될 것이다. 그러므로 이 4대강 사업으로 조성되는 13억 톤 수자원을 융 복합기술을 이용하여 감시 및 관리를 해야 할 것이다. 이를 위해서 실시간 수질 감시 및 모니터링 시스템의 개발과 그에 따른 센서들의 개발을 통하여 4대강 보 운영관리를 위한 통합관리 시스템개발(Ubiquitous River Management)이 이루어 져야 할 것이다. 그동안 계산 시간의 제약을 받아 오던 3 차원 수리동역학의 모의가 컴퓨터관련 기술의 발달에 따라 계산에 소요되는 시간이 계속 단축되고 있으며 이를 수질예측에 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그에 따라 실시간으로 얻은 데이터를 이용하여 모델링 기법을 통해 예측을 해봄으로써 보 내부에 존재하는 여러 취수원 관리에 적용을 할 수 있을 것이다. 본 연구에는 3차원 수리동역학 모델과 수질모델을 결합한 시스템이 저수지 내의 수리특성, 유사이동 및 탁수 현상을 모의하는데 사용이 가능한지를 알아보는 것을 주목적으로 하고 있다. 본 팔당댐 모의에서는 취수구에 따른 수질변화를 모의하기 위해 3차원모델의 사용이 필요하다. 따라서 본 모의에서는 미국 환경부에서 WASP에 이용하기 위해 수정한 EFDC1(2009, USEPA에서 입수)을 사용하였다. 본 연구에서는 팔당호의 2009년의 수위, 수온, 유량 및 농도의 실측자료를 이용하여 3차원 수리 모델링을 실시하고, 수위, 유사이동 및 탁도 예측 모델링을 실시하였다. 3차원 수리동역학 모델과 취수원의 적용에 적절한 모델을 구축하기 위하여 적당한 평면격자의 개수를 선택하여 선택되어진 평면격자에서 수직격자의 층수를 조절하여 매 층마다 DYE TEST를 하였다. 이는 각각의 유입 하천에서 오염물질이라 가정하고 농도가 유입되었을 때 수리특성에 의해서 연구지역에서의 농도 변화를 파악하여 미리 예측을 하여서 그에 따라 취수원에서의 취수 관리를 가능하게 할 수 있다. 이를 위해서 평면격자에 따라서 수직 층의 개수를 5층부터 40층까지 모의를 하여서 시간 및 이동변화에 따라 알맞은 모델을 구축하였다. 또한 층수마다 Sediment 모의를 통하여 호 내의 SS의 이동을 모의하였다. 이 역시 취수원의 관리를 가능하게 할 수 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.75-83
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• 2011

일반적인 불포화지반의 거동뿐만 아니라, 열과 관련된 분야, 지반환경 분야 등 다양한 분야에서 불포화 다공질 재료의 열적-수리적-역학적으로 결합된 문제들이 대두되면서 이러한 문제들을 해석하기 위한 수치도구 개발의 필요성이 대두되고 있다. 본 논문에서는 거시적 접근법(macroscopic approach)에 근거하여 불포화지반에 대한 열-수리-역학거동의 수식화를 하였다. 흙, 물, 공기에 대한 질량보존의 법칙, 에너지 보존법칙, 그리고 하중평형 조건식으로부터 결합된(coupled) 4개의 지배방정식을 유도하였다. Galerkin 간략화와 시간적분으로부터 주 변수인 변위(u), 가스압($P_g$), 유체압($P_1$), 온도(T)를 Newton의 반복과정을 이용하여 구하는 유한요소 프로그램(FEM)을 작성하였다. 개발된 프로그램을 이용하여 다공질재료에서 2상 흐름 문제 중 일차원 배수실험(u-$P_g-P_1$), 온도 압밀(u-$P_1$-T), 그리고 지표면 온도변화에 의한 말뚝의 주변지반에 대한 영향(u-$P_1$-T)에 대하여 수치해석을 수행하고 논의하였다.

• 화약ㆍ발파
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• 제23권2호
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• pp.23-35
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• 2005

지하수로 포화된 암반내의 공동을 굴착하면 공동 주위에서 응력의 재분배로 인하여 초기 공극수압의 변화가 발생한다. 이러한 공극수압의 변화는 다시 암반의 역학적 거동에 영향을 미치게 된다. 그러므로 공동 주변 암반에서 굴착으로 인해 형성된 공극수압이 소산과정에서 암반의 거동은 공극수압의 변화를 고려하지 않은 해석과 차이를 보이게 된다. 이 연구에서는 굴착직후 짧은 시간 동안에서 공동주변에서 발생하는 응력재분포와 공극수압변화 양상을 수치해석적으로 검토하였다. 공극수압을 고려하지 않는 탄성해석과는 달리 굴착직후 짧은 시간동안에는 공동 벽면의 직후방에서 최대접선응력이 형성되고 있음을 확인할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제27권3호
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• pp.146-160
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• 2017

세계 각국에서는 지구온난화 완화를 위한 이산화탄소 지중저장에 대한 관심이 높다. 본 연구에서는 이산화탄소 지중저장에 따른 수리-역학적 복합거동 해석을 위해 TOUGH2 와 FLAC3D 를 결합하고 이를 노르웨이 슬라이프너 프로젝트에 적용하였다. 수리-역학 해석에서는 공극압에 의한 현지응력의 변화를 고려하였으며 주입공 상부의 덮개암의 투수계수 변화에 따른 수리-역학적 영향을 분석하였다. 일정 속도로 이산화탄소를 주입하는 경우, 주입정에에서의 압력 및 포화도 변화, 암반에서의 포화도 변화, 시간과 위치에 따른 암반에서의 최대주응력 및 최소주응력의 변화, 주입 후 수직변위 및 수평변위의 변화를 파악할 수 있었다. 최대주응력은 주입초기에 빠르게 상승한 후 서서히 낮아지다가 초기 응력보다 높은 값으로 수렴하는 경향을 보였으며 최소주응력은 초기에 빠르게 증가하다가 초기값으로 복귀하는 경향을 보였다. 주입이 진행됨에 따라 지표에서는 융기가 점진적으로 발생하며 주입 후 2년이 경과한 시점에서 최대 15 mm 의 수직변위가 발생하였다. 덮개암의 투수계수를 $3e-15m^2{\sim}3e-18m^2$ 까지 변화시키면서 해석을 실시한 결과, 주입초기에는 투수계수에 반비례하여 주입공 압력과 지표면 융기가 증가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.150-150
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• 2023

기작기반의 역학적 모델과 자료기반의 딥러닝 모델은 수질예측에 다양하게 적용되고 있으나, 각각의 모델은 고유한 구조와 가정으로 인해 장·단점을 가지고 있다. 특히, 딥러닝 모델은 우수한 예측 성능에도 불구하고 훈련자료가 부족한 경우 오차와 과적합에 따른 분산(variance) 문제를 야기하며, 기작기반 모델과 달리 물리법칙이 결여된 예측 결과를 생산할 수 있다. 본 연구의 목적은 주요 상수원인 댐 저수지를 대상으로 수심별 수온과 탁도를 예측하기 위해 기작기반과 자료기반 모델의 장점을 융합한 PGDL(Process-Guided Deep Learninig) 모델을 개발하고, 물리적 법칙 만족도와 예측 성능을 평가하는데 있다. PGDL 모델 개발에 사용된 기작기반 및 자료기반 모델은 각각 CE-QUAL-W2와 순환 신경망 딥러닝 모델인 LSTM(Long Short-Term Memory) 모델이다. 각 모델은 2020년 1월부터 12월까지 소양강댐 댐 앞의 K-water 자동측정망 지점에서 실측한 수온과 탁도 자료를 이용하여 각각 보정하고 훈련하였다. 수온 및 탁도 예측을 위한 PGDL 모델의 주요 알고리즘은 LSTM 모델의 목적함수(또는 손실함수)에 실측값과 예측값의 오차항 이외에 역학적 모델의 에너지 및 질량 수지 항을 제약 조건에 추가하여 예측결과가 물리적 보존법칙을 만족하지 않는 경우 penalty를 부가하여 매개변수를 최적화시켰다. 또한, 자료 부족에 따른 LSTM 모델의 예측성능 저하 문제를 극복하기 위해 보정되지 않은 역학적 모델의 모의 결과를 모델의 훈련자료로 사용하는 pre-training 기법을 활용하여 실측자료 비율에 따른 모델의 예측성능을 평가하였다. 연구결과, PGDL 모델은 저수지 수온과 탁도 예측에 있어서 경계조건을 통한 에너지와 질량 변화와 저수지 내 수온 및 탁도 증감에 따른 공간적 에너지와 질량 변화의 일치도에 있어서 LSTM보다 우수하였다. 또한 역학적 모델 결과를 LSTM 모델의 훈련자료의 일부로 사용한 PGDL 모델은 적은 양의 실측자료를 사용하여도 CE-QUAL-W2와 LSTM 보다 우수한 예측 성능을 보였다. 연구결과는 다차원의 역학적 수리수질 모델과 자료기반 딥러닝 모델의 장점을 결합한 새로운 모델링 기술의 적용 가능성을 보여주며, 자료기반 모델의 훈련자료 부족에 따른 예측 성능 저하 문제를 극복하기 위해 역학적 모델이 유용하게 활용될 수 있음을 시사한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.67-67
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• 2021

하구에서의 흐름은 하천의 담수와 바다에서부터 유입되는 염수, 조석, 파랑 등으로 인해 복잡한 흐름구조와 혼합 양상을 보인다. 특히 만 내에 하천이 있을 경우 만의 해류특성은 하구에서의 혼합과 이송에 지배적인 영향을 미치며, 하천에서부터 방류되는 입자들은 만의 해류특성 따라 만에서의 체류시간과 이송이 결정된다. 잔차류 특성에 의한 순 물질 플럭스의 방향과 조석비대칭에 따른 하구에서의 퇴적 형태들이 결정되며, 이로 인해 하구에서의 퇴적물 퇴적 및 물질의 집적 위치, 하구 인근과 만에서의 환경변화에 영향을 줄 수 있다. 따라서 만 내에서의 혼합과 입자의 이송확산, 하천 담수의 영향역 등과 같은 만과 하천의 흐름 특성을 이해하는 것은 연안 및 하구의 환경 및 관리에 중요하다. 본 연구에서는 영일만과 형산강을 대상으로 계절변화에 따른 영일만 내 흐름과 형산강 하구에서의 퇴적양상에 대해 수치모의를 통해 수행하였다. 수치모델로는 천수방정식으로 준 3차원 유동해석을 하는 Delft-3D Flow와 파랑모형인 SWAN 모델을 결합하여 형산강 하구와 영일만의 유동을 해석하였다. 상류개방경계는 형산강하구 9 km, 하류개방경계는 영일만 외해 50 km로 설정하였고, 경계조건은 대상지역의 관측소 자료와 전지구 모형자료를 결합하여 구성하였다. 또한, 라그랑쥬 입자추적모델을 통해 형산강 상류에서 유입한 입자들의 영일만 내 체류 시간과 집적 위치를 평가하였다.

• 자원환경지질
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• 제45권6호
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• pp.697-707
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• 2012

정량적인 산사태 취약성 분석은 산사태를 유발하는 인자 및 모델에 대한 접근방법에 따라 통계적 기법과 지질역학적 기법으로 구분된다. 이 중 지질역학적 기법은 산사태 모델을 가정하고 사면의 기하학적 특성과 사면 구성물질의 공학적 특성을 고려하여 산사태의 취약성을 판단하는 기법으로 산사태의 발생메커니즘과 과정을 고려할 수 있다는 장점을 가지고 있어 산사태의 취약성 분석에 가장 효과적인 기법 중의 하나로 보고되고 있다. 지질역학적 해석기법의 경우 최근 들어 무한사면모델이 주로 사면 모델로 사용되고 있으며 GIS의 활용을 통해 광역적인 지역에 대한 분석이 가능해짐에 따라 무한사면모델을 이용한 광역적인 지역에서의 산사태 취약성 분석이 가능해졌다. 기존의 무한사면모델을 활용한 연구의 경우 연구지역의 지하수위를 지반이나 강우의 특성에 대한 고려 없이 임의로 가정하여 해석함으로써 강우량과 연구지역의 지반특성에 따라 지하수위가 유동적으로 포화되는 것을 전혀 고려할 수 없는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이를 보완하기 위해 산사태의 유발에 가장 큰 영향을 미치는 강우강도와 지반의 수리특성을 반영할 수 있는 수리학적 모델을 무한사면모델과 결합하여 연구지역의 현장 조건을 반영한 산사태 취약성 분석을 수행하였다. 또한 기존의 해석방법과 본 연구에서 제안된 해석기법을 비교분석하기 위하여 2006년 7월 대규모의 산사태가 발생한 강원도 진부지역을 대상으로 분석을 수행하였다. 그 결과 본 연구에서 제안된 해석기법이 기존의 해석기법에 비해 높은 예측 정확도를 보이는 것으로 분석되었다.