• 터널과지하공간
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• 제33권1호
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• pp.57-69
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• 2023

본 연구에서는 2차원 수리-역학적연계 개별요소모델링(DEM)을 사용하여 네델란드 그로닝엔(Groningen) 천연가스전 저류층의 유발지진을 모사하였다. 수치해석 코드는 ITASCA社의 상용프로그램인 PFC2D (Particle Flow Code 2D)를 사용하였으며 본 수치해석 연구에 적용하기 위해 수리-역학적 연계 모델 외 1) 비균질 저류층 압력분포 초기화, 2) 비선형 압력-시간이력 경계조건, 3) 국소 응력 분포 계산 등의 개별모듈을 추가개발, 적용하였다. 그로닝엔 가스전에 분포하는 복잡한 단층 형상을 포함하는 40 × 50 km² 크기의 2차원 모델을 생성하였고, 1960년부터 2020년까지 약 60년 동안의 가스생산, 즉 압 력저하로 인한 단층의 파괴거동을 모사하였다. 유발지진의 시공간적 발생을 수치해석모델로 재현하였고 그 발생 메커니즘을 규명하였다. 또한 저류층 압축으로부터 지표에서의 지반침하의 분포를 예측하였고 그로닝엔에서의 실측자료 사이에 유사성을 확인할 수 있었다. 이를 통해 본 연구에서 소개한 2차원 수리-역학적연계 개별요소모델링(DEM)의 복잡한 지질조건과 수리-역학적 연계 프로세스에 의한 단층거동을 구현할 수 있는 툴(tool)로서의 활용성을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제33권4호
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• pp.228-243
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• 2023

벤토나이트는 팽윤 능력과 낮은 투수율 등의 유리한 특성으로 인해 고준위방폐물처분장에서 완충재로 널리 인정받고 활용되고 있으며, 낮은 투수율로 인해 방사성 핵종이 주변 암반으로 이동하는 것을 효과적으로 방지하여 방사성 폐기물의 안전한 처분을 보장하는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 벤토나이트 완충재의 장기적인 성능은 여전히 지속적인 연구의 대상으로 남아 있으며, 주요 우려 사항 중 하나는 벤토나이트의 팽윤과 지하수 흐름에 의한 완충재의 침식이다. 벤토나이트 완충재의 침식은 완충재의 무결성을 손상시키고 지하수를 통한 방사성 핵종의 이동을 촉진할 수 있는 콜로이드 형성을 초래하여, 결과적으로 방사성 핵종 이동 위험을 높임으로써 처분장 안전에 중대한 영향을 미칠 수 있다. 따라서 벤토나이트 완충재의 침식 메커니즘과 침식 정도를 수치 해석적으로 정량화하여 장기적인 벤토나이트 완충재의 성능 및 콜로이드 형성 정도를 평가하는 것이 고준위방폐물처분장의 안전성 평가에 매우 중요하다. 본 기술 보고에서는 동적 벤토나이트 확산 모델을 기반으로 거동이 유사한 영역을 두 개로 분류하여 벤토나이트의 균열 침투 및 콜로이드 형성을 모사할 수 있도록 제안된 모델인 Two-region 모델을 소개하였으며, 이 모델을 이용해 벤토나이트 완충재 침식 정도를 정량적으로 평가하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권11호
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• pp.55-64
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• 2006

터널과 같은 지하 공동 굴착을 위한 발파로 주변에 손상이 발생하였을 경우, 암반의 역학적 및 수리적 불안정성을 유발하기 때문에 암반의 최종손상영역의 예측은 매우 중요하다 그러나 복잡한 발파거동으로 인해 손상영역을 적절히 예측하는 데에는 상당한 어려움이 따르고 있다. 이러한 어려움을 효과적으로 해결하기 위해 발파하중을 응력파와 가스압으로 분리한 많은 연구가 진행되었다. 응력파는 발파공 주위에 분쇄환(crushing annulus)과 파쇄균열대(fracture zone)를 형성시키며, 상당시간 지속되는 준정적인 가스는 파쇄균열대의 닫힌 균열내부에 침투하여 균열을 다시 진행시키는 역할을 하게 된다. 즉, 가스압은 최종적으로 암반에 손상을 가하는데 기여를 한다. 따라서 본 논문은 이러한 가스압에 의해 생성되는 균열의 최종 진행 길이를 예측함으로써 발파로 인한 최종 손상영역을 간단하게 예측할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 이를 위해 균질한 무한 탄성평면에서 발파공 주위에 대칭으로 형성되는 방사균열을 모델로 사용하였다. 이 모델에서 균열이 진행할 수 있는 조건과 가스의 질량이 일정하다는 두 가지 조건을 사용하였다. 그 결과 응력확대계수는 균열이 진행할수록 감소하여 최종균열의 길이를 산정하였으며, 또한 발파공에 작용하는 압력도 감소하는 것을 확인하였다.

• 지질공학
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• 제32권1호
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• pp.59-72
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• 2022

본 연구는 부산 기장지역의 백악기 흑운모 화강암에 대하여 삼차원 개별체 수치해석 기반의 응력-변형 해석을 수행하고 절리성 암반의 강도 및 변형특성을 평가하였다. 절리성 암반의 역학적 특성에 대한 규모효과 및 REV를 규명하기 위한 워크플로우가 제시되었으며 연구지역에서 결정된 REV(representative elementary volume) 크기의 DFN(discrete fracture network) 큐브 블록에 대한 블록강도, 변형계수, 전단탄성계수, 체적탄성계수 등의 강도 및 변형 파라미터가 산정되었다. 연구지역의 역학적 REV 크기는 15 m 큐브로 평가되었으며 DFN 큐브 블록의 평균 블록강도 및 평균 변형계수는 각각 신선암의 52.8% 및 57.7%로 추정되었다. 연구지역의 절리성 암반은 역학적으로 뚜렷한 직교이방성을 나타내는 것으로 평가되었으며 삼차원 수치해석을 통하여 산정된 변형 파라미터를 이용하여 선형-탄성의 직교이방성 구성모델이 도출되었다. 연구지역에 대한 직교이방성 구성모델은 등가의 연속체 해석을 통한 터널 및 지하공간의 안정성 평가에 활용될 수 있다.

• 터널과지하공간
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• 제33권3호
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• pp.150-168
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• 2023

암석의 이방성 거동은 조암광물들의 방향성 배열과 미세균열의 분포 특성이 주된 원인이다. 특히, 퇴적암과 변성암은 횡등방성 강도 및 변형 특성을 또렷이 나타내는 경우가 많다. 그러므로 암석역학적 설계과정에서는 횡등방성 암석의 변형 및 파괴 특성을 정확하게 이해하는 것이 중요하다. 횡등방성 암석의 변형은 실내시험을 통해 측정할 수 있는 5개의 독립된 탄성정수를 이용하여 기술된다. 이 연구에서는 문헌에 보고된 실험자료를 이용하여 횡등방성 암석의 겉보기 탄성정수의 방향성 변화 특성을 분석하였다. 임의 방향으로 회전된 직각좌표계에서 겉보기 탄성정수 값을 효율적이고 체계적으로 계산하기 위해 Mehrabadi & Cowin의 구성방정식을 도입하였다. 문헌에 보고된 4개 횡등방성 암석을 선택하여 연약면의 방향 변화가 겉보기 탄성계수, 겉보기 전단 탄성계수, 겉보기 포아송비의 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 새로운 탄성정수 제약 조건식을 제안하였다. 제안한 제약 조건식을 만족하면 횡등방성 암석에서 겉보기 탄성정수의 방향성 변화는 직관적으로 예측되는 경향과 일치하게 된다.

• 터널과지하공간
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• 제33권3호
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• pp.189-207
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• 2023

In the present study, the thermoshearing experiment on a rough rock fracture were modeled using a three-dimensional grain-based distinct element model (GBDEM). The experiment was conducted by the Korea Institute of Construction Technology to investigate the progressive shear failure of fracture under the influence of thermal stress in a critical stress state. The numerical model employs an assembly of multiple polyhedral grains and their interfaces to represent the rock sample, and calculates the coupled thermo-mechanical behavior of the grains (blocks) and the interfaces (contacts) using 3DEC, a DEM code. The primary focus was on simulating the temperature evolution, generation of thermal stress, and shear and normal displacements of the fracture. Two fracture models, namely the mated fracture model and the unmated fracture model, were constructed based on the degree of surface matedness, and their respective behaviors were compared and analyzed. By leveraging the advantage of the DEM, the contact area between the fracture surfaces was continuously monitored during the simulation, enabling an examination of its influence on shear behavior. The numerical results demonstrated distinct differences depending on the degree of the surface matedness at the initial stage. In the mated fracture model, where the surfaces were in almost full contact, the characteristic stages of peak stress and residual stress commonly observed in shear behavior of natural rock joints were reasonably replicated, despite exhibiting discrepancies with the experimental results. The analysis of contact area variation over time confirmed that our numerical model effectively simulated the abrupt normal dilation and shear slip, stress softening phenomenon, and transition to the residual state that occur during the peak stress stage. The unmated fracture model, which closely resembled the experimental specimen, showed qualitative agreement with the experimental observations, including heat transfer characteristics, the progressive shear failure process induced by heating, and the increase in thermal stress. However, there were some mismatches between the numerical and experimental results regarding the onset of fracture slip and the magnitudes of fracture stress and displacement. This research was conducted as part of DECOVALEX-2023 Task G, and we expect the numerical model to be enhanced through continued collaboration with other research teams and validated in further studies.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권1C호
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• pp.45-51
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• 2010

지하철 터널 시공, 지하공간 시공, 대심도 굴착 등과 같이 도심지에서의 토목구조물 설계와 시공에 있어서 큰 어려움 중의 하나는 도심지 지반조사이다. 여러 가지 지장물, 전기 잡음, 교통 진동 등과 같은 자연적, 인위적 장애물로 인하여 어느 지반조사 기법이든지 그 결과의 신뢰성은 그리 높지 않은 상황이다. 본 연구에서는 이와 같이 현실적 요구가 높은 고품질 도심지 지반조사 기법의 개발을 목표로 하여 선행연구를 수행하였고, 일차적으로 HiRAS(Hybrid Integration of Resistivity and Surface Wave Velocities) 라고 하는 표면파-전기비저항 병합기법을 개발하였다. HiRAS 기법은 표면파 기법인 CapSASW 기법과 전기비저항 기법인 PDC-R 기법을 병합한 것으로서, 지반 매질의 강성 평가에 우수한 CapSASW 기법의 장점과, 전기잡음에 대한 내성과 지층변화 평가에 우수한 특성을 가진 PDC-R 기법의 장점을 동시에 활용하고자 한 것이다. 표면파 기법과 전기비저항 기법을 동시에 활용하는 역산해석의 측면에서는 표면파 기법의 탄성파 속도와 전기비저항 시험의 전기비저항 간의 부지고유관계를 이용하여 병합역산을 수행하는 전략을 채택하였다. 또한 HiRAS 기법 개발과정에서 부차적으로 지반매질의 포아송비 분포를 2차원으로 평가할 수 있는 성과도 도출하였다.

• 한국자원식물학회:학술대회논문집
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• 한국자원식물학회 2023년도 임시총회 및 춘계학술대회
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• pp.27-27
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• 2023

최근 기후위기 등으로 인해 생물다양성 감소 우려가 높아지고 있으며, 식물유전자원 보존의 강화를 위해 수많은 국제협약이 체결되고 있다. 자국의 생물다양성을 보호하고, 전 세계의 기후위기 취약식물의 보존을 위해 대한민국 산림청은 세계 최초로 지하터널형 야생식물종자 영구저장시설인 '시드볼트(Seed Vault)'를 경상북도 봉화에 설립하였다. 시드볼트는 안전한 종자의 저장을 위해 온도 -20℃, 습도 RH 40% 이하를 유지하며, 환경 변화를 최소화하기 위해 매일 시설 점검을 진행하고 있다. 시드볼트의 미션은 '기후위기 대응 생물다양성 확보'이며, 전 세계 종자저장의 선도기관으로 2022년 12월 기준으로 5,424종 192,625점을 확보하였으며, 2030년까지 1만 종 30만 점을 목표로 하고 있다. 전 세계 식물 종의 보호를 위해 국제기구와 협력하고 있으나, 해외 종자의 저장이 더욱 강화되어야 하며, 향후 시드볼트 종자저장 네트워크 구축에 참고하기 위한 해외 사례를 조사하였다. 아시아에서는 중국이 다량의 식물종을 수집하고 있으나, 해당 자료에 대한 공개는 이루어지지 않고 있으며, 일본은 농업식량 식물자원 중심으로 종자를 보존하고 있으며, 태국, 대만, 싱가포르 및 몽골 및 중앙아시아 국가의 종자수집과 보존은 근래 확대되는 추세이다. FAO의 Plant Genetic Resources for Food And Agriculture 관련 수집 자료에 따르면, 아시아지역 25개 국가에서 984,019점의 식물유전자원을 보고하였다. 본 연구를 바탕으로 아시아지역의 종자보존 네트워크를 구축하여 해외 종자의 안전한 저장을 통해 아시아 야생식물자원 다양성 보전 가치를 통합하는 시설로 성장하고자 한다.

• 터널과지하공간
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• 제33권5호
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• pp.414-424
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• 2023

본 연구에서는 픽커터의 다양한 형상변수들과 그에 따른 절삭 가능 암반 조건들에 대한 총 326개의 정보를 수집하고 데이터베이스를 구축하였다. 이와 같이 구축한 데이터베이스를 대상으로 통계분석을 실시한 결과, 픽커터의 형상을 정의하는 변수들 사이에는 유의미한 양(+)의 상관관계가 존재하는 것으로 나타났다. 특히, 픽커터의 길이 관련 변수들과 텅스텐 카바이드 삽입재의 형상 변수들 사이의 상관관계가 높게 나타났다. 픽커터 샤프트의 직경도 삽입재의 형상변수들과 밀접한 상관관계를 나타내었다. 반면, 네 가지 조건으로 정의한 암반 조건에 대한 변수와 픽커터의 형상 변수들 사이에는 뚜렷한 상관관계를 확인하기 어려웠다. 이는 암반의 불확실성으로 인해 픽커터의 적용 대상을 수치가 아닌 적용 가능 범위로 제시했기 때문인 것으로 사료된다. 단, 암반이 강해질수록 픽커터 형상변수들의 평균값이 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나 픽커터의 길이 관련 변수들은 암반이 강해질수록 오히려 작아지는 것으로 나타났는데, 이는 경암반에서 길이가 긴 픽커터를 사용할 때 발생할 수 있는 모멘트의 발생을 줄이기 위한 방안으로 사료된다.

• 터널과지하공간
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• 제33권5호
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• pp.348-372
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• 2023

고심도 균열암반대수층 환경에서 주로 수행되는 방사성폐기물 처분사업과 관련하여, 부지적합성 및 운영 시 안정성 평가를 평가하는데 있어 해당 대상 부지의 수리지질특성 평가는 필수적이다. 이러한 심부 수리지질 특성평가에 사용되는 인자 자료는 대상 부지에 굴착된 시추공을 이용한 원위치 수리시험을 통해 얻어지는데, 이 때 조사 결과의 정확도와 신뢰성은 적합한 시험방법의 선택, 조사 시스템의 성능, 조사절차의 표준화와 직접적으로 연결된다. 본 보고에서는 심부 암반대수층의 핵심 수리지질 평가인자인 수리전도도와 저류계수를 구하기 위한 대표적인 시험법인 정압주입시험의 상세조사절차를 소개하였다. 본 보고는 2022년도에 제안한 암반공학회 정압주입시험 관련 표준시험법 자료를 보완하여 구체화 하였으며, 본 조사절차가 실제 적용된 화산암 지역 시추공 현장적용 사례도 함께 소개하였다.