• 터널과지하공간
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• 제32권2호
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• pp.144-159
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• 2022

본 연구에서는 지반의 열-수리-역학적 복합거동을 모델링하기 위한 순차적 접근법 기반의 시뮬레이터를 개발하고 적용된 연계해석 알고리즘의 계산성능을 분석하였다. 본 연구의 순차적 연계해석에서는 다공성 매질의 열 및 유체거동 분석을 위한 오픈소스 기반의 OpenGeoSys 수치코드와 역학해석을 위한 상용 소프트웨어 FLAC3D가 연동되었다. 해석해가 주어진 열-수리-역학적 복합거동 문제를 토대로 개발된 시뮬레이터에 대한 벤치마크 테스트가 수행되었다. 적용된 벤치마크 문제는 완전포화된 지반 내 점열원 작용 시 지반거동(시간에 따른 온도, 간극수압, 응력, 변형 변화)과 관계된다. 해석해와 수치해석 시뮬레이션 결과를 비교 분석하고 연계해석 시뮬레이터의 적정성을 조사하였다.

• 터널과지하공간
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• 제21권1호
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• pp.66-81
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• 2011

암반 내 균열 생성, 진전, 파괴 등과 같은 지하 암반의 역학적 거동과 이들 균열을 통한 지하수 유동 및 온도 변화에 기인한 열응력이 역학적 거동에 미치는 상호작용을 모델링하기 위한 수치해석코드를 개발하였다. 개발된 수치해석코드에서는 기존의 2차원 FRACOD(Shen & Stephasson, 1993)에 열-역학 및 수리-역학 상호 거동을 모델링하기 위한 해석모듈을 개발하여 추가하였다. 열-역학 연계를 위해서는 가상열원법과 시간전진기법을 도입하였으며, 수리-역학 연계에서는 양해법에 의한 반복기법을 적용하였다. 수치해석결과와 해석해와의 비교를 통해 개발된 해석모듈의 유용성을 검증하고 해석사례를 통해 온도변화에 따른 열균열 발생 및 수압파쇄과정에서의 균열 진전 양상과 같은 절리암반 복합거동을 잘 표현할 수 있음을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제25권2호
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• pp.155-167
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• 2015

본 연구에서는 TOUGH2-FLAC3D 연계해석기법을 이용하여 암반공동에 고온의 열에너지를 30년간 저장하는 경우 주변 암반에 야기되는 열-수리-역학적 연계거동을 살펴보았다. 열에너지저장에 따른 암반의 거동 특성 및 환경 영향을 예측하고 이에 대한 제어기준을 수립하기 위한 기초 연구로서, 저장소 주변 암반에서 발생하는 열-수리 흐름과 역학적 거동의 상호작용에 대하여 검토하였다. 기본해석으로서 결정질 암반 내 원통형 공동에$350^{\circ}C$의 대용량 열에너지를 저장하는 경우를 모델링하였으며, 열에너지저장소의 단열성능은 고려하지 않았다. 암반 내 열전달의 주요 메카니즘은 암반의 전도에 의한 것으로 판단되며, 암반의 역학적 거동은 수리적 요소보다는 열적 요소에 지배적인 영향을 받는 것으로 나타났다. 암반과 지하수 가열에 따른 유효응력 재분포 양상과 열팽창으로 인한 암반 변위 및 지표 융기를 검토하였으며, 주변 암반에서의 전단파괴 위험도를 정량적인 수치를 통해 제시하였다. 암반 가열에 따른 열팽창으로 인하여 지표면에서 수 cm의 융기가 발생하였으며, 저장공동 상부에 인장응력이 크게 발달하면서 전단파괴의 위험도가 증가하는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제18권3호
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• pp.175-184
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• 2008

본 고에서는 온실가스 감축방안으로 배출 $CO_2$를 지하심부에 격리 저장시키는 지중 저장기술의 국내외 기술동향을 살펴보고 지반 및 암반공학적 관련기술로서 $CO_2$ 주입에 따른 대상지층의 역학적 안정성 및 누출경로 평가를 위한 열-수리-역학적 연계해석기술 및 적용사례, 기술개발요소를 소개하였다.

• 터널과지하공간
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• 제25권2호
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• pp.168-185
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• 2015

본 연구에서는 천부의 암반 공동에 대용량 고온의 열에너지를 저장하는 경우 주변 암반에 야기되는 열-수리-역학적 연계거동을 살펴보고, 이에 지하수위와 암반 투수계수 등 수리적 조건이 미치는 영향을 검토하였다. 해석대상을 투수계수가 비교적 낮은 수준($10^{-17}m^2$)인 결정질 암반으로 가정할 때 열에너지 저장으로 인한 암반 거동에 지하수가 미치는 영향은 크지 않을 것으로 예측되었다. 저장 공동이 지하수위 하부에 위치하는 경우의 온도, 주응력, 변위 분포 등은 저장공동이 불포화대에 위치하는 경우와 거의 동일하게 나타났다. 암반내 열전달 특성은 암반의 투수계수에 매우 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 암반의 투수계수를 $10^{-15}m^2$ 이하로 가정한 경우 열전달은 주로 암반에 전도에 의한 것으로 판단할 수 있었으나, 투수계수를 $10^{-12}m^2$으로 가정하는 경우 지하수 대류에 의한 상향 열유동이 뚜렷이 관찰되었다. 암반 투수계수의 크기에 따라 열수의 대류나 비등으로 인한 상변화 등 복합적인 유동 특성을 나타났으며, 온도, 압력, 포화도 분포가 상이하게 발달하였다.

• 터널과지하공간
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• 제34권2호
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• pp.127-142
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• 2024

수치해석 기법의 강건성은 다양한 모델링 조건에서 계산 성능이 유지되는 것을 의미하며, 새로운 해석기법 또는 수치코드는 벤치마크 테스트를 통해 강건성이 평가될 필요가 있다. TOUGH-FLAC 모델링 기법은 국내외적으로 이산화탄소 지중저장, 사용후핵연료 지층처분, 지열 개발 등 다양한 분야에 적용되었으며, 실험 계측자료, 다른 수치코드들과의 결과 비교를 통해 모델링 유효성이 분석되었다. 본 연구에서는 해석해를 갖는 열-수리-역학적 복합거동 문제를 토대로 TOUGH-FLAC 기법의 벤치마크 테스트를 수행하였다. 적용된 해석해는 완전히 포화된 지반에 점열원 작용 시 주변매질의 온도, 간극수압, 역학적 거동과 관계되며, 해석해와 수치모사 결과를 비교하여 TOUGH-FLAC 기법의 강건성이 평가되었다. 또한, 열-수리-역학 해석의 연계항, 유체 상변화, 시간증분이 복합거동 계산에 미치는 영향을 조사하였다.

• 터널과지하공간
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• 제29권6호
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• pp.468-479
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• 2019

최근 대두되고 있는 지하공간 활용의 필요성 증대에 따라 지하공간의 안정적인 활용을 위해서는 수리-역학적 복합거동에 대한 이해가 필수적이다. 본 연구에서는 향후 국내 다양한 현장 및 지중 조건을 고려한 연구를 수행하는데 도구가 될 수 있는 수치해석을 위한 시뮬레이터를 개발하였다. 이를 위해 지중의 유체역학과 열역학, 역학을 해석하는 과학 소프트웨어 중 하나인 OpenGeoSys와 지반의 여러 역학적 문제들을 해석하는데 전문성을 지닌 FLAC3D를 연계하기로 하였다. 연동해석 기법에 대한 조사를 통해 OpenGeoSys를 주(master)로, FLAC3D를 종속(slave)으로 하여 연계 해석하는 파일 기반의 순차적 연계 방식으로 알고리즘을 개발하였다. 또한, 개발된 시뮬레이터의 검증을 위해 포화된 상태에서의 단상 유체 거동과 관련한 Terzaghi의 압밀 문제를 벤치마크 모델로 선정하여 비교 검증을 수행하였으며, 해석적 해와 수치해석의 결과가 잘 일치하는 것을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권9호
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• pp.45-52
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• 2022

암반내 불연속면이나 지반-구조물의 접촉면은 열-수리-역학적으로 연계된 거동 특성을 보이므로, 온전한 지배방정식에 근거한 경계면 요소의 개발이 필요하다. 본 논문은 경계면 요소에 대한 힘평형 방정식, 유체의 연속방정식 그리고 에너지 평형 방정식을 유도하였다. 그리고 경계면 요소에 대한 탄소성 역학 모델의 강성행렬을 제시하였다. 개발된 유한요소는 2차원 조건에서 변위는 6절점, 수압과 온도는 4절점을 사용한다. 단층내 유체 주입에 대한 완전연계된 THM 해석은 단층내의 유효응력 감소와 주위 암반의 온도 수축에 의한 주입압의 복합적인 변화을 모델링 할수 있었다. 하지만, 열적 현상을 무시한 HM해석은 수리-역학적 변수를 과다하게 산정하였다.

• 터널과지하공간
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• 제25권6호
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• pp.556-567
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• 2015

고준위방사성폐기물 처분장의 장기 안전성 및 안정성 평가를 위해서는 심지층 처분장 환경에서의 열-수리-역학적 복합 거동에 대한 평가가 필요하다. 신뢰도 높은 THM 해석 기법의 개발을 효과적으로 하기 위해 DECOVALEX 국제공동연구가 수행되고 있다. DECOVALEX-2015 Task B2에서는 일본 JAEA에서 계획중인 현장 THM 실험에 대하여 세계 각국의 연구진이 모델링을 실시하였다. 본 연구에서는 TOUGH2-FLAC을 연계한 THM 해석 기법을 개발하고 이를 이용하여 암반, 완충재, 히터로 구성되는 1차원 THM 모델링을 수행하였으며 해석 결과를 외국의 연구팀 결과와 비교하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권9호
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• pp.41-46
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• 2023

동상은 토양과 외부 환경적 영향으로 인해 수치해석적 평가에 어려움이 있다. 열-수리-역학 연계 해석은 입력변수가 과도하고 주로 점토성 토양에 대한 검증에 국한되어 실제 동상에 민감한 실트질 토양에 적용하기에는 한계가 있다. 열역학 관점의 경험적 접근 방법은 비교적 간단하게 동상 해석이 가능하고, 구성방정식과 동상 해석 결과를 연계하여 역학적 해석도 가능하다는 장점을 보유하고 있다. 본 논문에서는 Segregation Potential(SP)을 이용한 동상 해석 모델을 소개하고 실트질 함유량에 따른 동상 실험 결과와 비교·분석을 통해 신뢰성을 평가하고 있다. SP 모델은 본 연구에서 검토된 실트질 토양의 동상 해석이 가능하지만, 다양한 실트질 토양에 대한 추가적인 검토를 통해 핵심 입력변수에 대한 자료수집이 필요하다.