• 터널과지하공간
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• 제30권3호
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• pp.256-269
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• 2020

본 연구의 목적은 KURT 화강암 시료의 포화유무에 따른 균열손상 기준과 파괴인성의 변화를 측정하는 것이다. 이를 위하여 일축압축시험을 이용한 소성체적변형률을 통해 KURT 화강암의 균열손상 기준을 도출하였다. 또한 암석의 파괴인성을 보다 신뢰성 있게 측정하기 위해 암석의 비선형적 변형에 대한 보정(Level II Method; ISRM, 1988) 을 통해 포화유무에 따른 KURT 화강암의 수정 파괴인성(corrected fracture toughness)을 측정하였다. 시험결과 건조시료의 평균 균열개시 응력(σ_ci)과 균열손상 응력(σ_cd)은 91.1 MPa과 128.7 MPa이었으며, 포화시료의 평균 균열개시 응력(σ_ci)과 균열손상 응력(σ_cd)은 58.2 MPa과 68.2 MPa이었다. 건조시료에 비해 포화시료의 균열개시 응력은 36% 감소하였으며 균열손상 응력은 건조시료 대비 47%나 감소되는 결과를 나타내었다. 균열손상 응력(σ_cd)이 상대적으로 더욱 감소하였음을 감안할 때 시료의 포화로 인해 더 낮은 응력조건에서 구조물에 대한 손상이 쉽게 발생할 수 있음을 알 수 있다. KURT 화강암의 비선형성을 고려한 수정 파괴인성은 0.811 MPa·m^0.5이었으며 포화시료의 수정 파괴인성은 0.620 MPa·m^0.5이었다. 즉 암석의 비선형성을 고려함으로써 파괴인성의 증가를 확인할 수 있었으며, 암석의 포화시 수정 파괴인성은 24% 감소하였다. 따라서 지하수 포화로 인해 암석 내 균열의 생성과 진전에 대한 저항성이 감소함을 알 수 있다.

• 터널과지하공간
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• 제30권4호
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• pp.320-334
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• 2020

본 수치해석연구에서는 국제공동연구프로젝트 DECOVALEX2019의 Task B의 일환으로 PFC3D를 기반으로한 수리역학연계모델을 개발하여 스위스 Mont Terri 지하연구시설에서 수행된 단층의 유체주입으로 인한 슬립시험을 모사하였다. 이를통해, 개발한 PFC3D 수리역학연계모델이 가진 한계점과 향후 보완할 점을 검토하고자 하였다. PFC3D를 기반으로한 3차원 입자결합모델 내 공극-유동통로모델을 생성하였으며 이를 사용하여 Mont Terri Step 2 단층내 유체주입실험을 모사하였다. 모델링결과 단층대를 따라 주입유체의 유동에 의한 단층대의 변형을 확인하였지만, 관측정에서의 시간에 따른 수압변화는 현장측정치와 부분적으로 일치하는 경향을 확인하였다. 현장측정 관측수압은 초기 유체주입 압력증가에 거의 변화를 보이지 않고 주입수압이 최대치에 도달할때쯤 급격한 증가를 보이는반면, 모델링에서는 주입압력이 증가함에 따라 관측수압도 부드럽게 증가하는 경향을 보였다. 이러한 부분적으로 일치하는 결과의 원인으로는 Mont Terri 현장의 단층을 모사하는 방법에 기인하는 것으로 판단하다. PFC3D에서는 단층을 손상대와 코어균열의 조합으로 모사하였고 단층대의 두께가 약 2 m로 주입유체가 단층대를 통해 유동하도록 모사하였기에 현장에서의 주입유체의 단층내 유동보다 그 유동범위가 크게 모사되었다고 판단한다. 또한, 현장단층에서와 같이 단층내부에 존재하는 충진물질로 인해 단층내 수리유동이 제한되어 국부적으로 과잉공급수압이 형성될 수 있는 기재를 모사하지 못한 점 또한 모델링 결과와 현장측정결과가 부분적으로 일치하는 원인일 수 있다. 단층변형의 경우는 모델링결과와 현장측정결과 유사한 수준으로 일치하는 결과를 확인하였다. 수치모델을 변형하여 단층대의 두께를 감소시키고 단층내 충진 물질의 비균질적인분포를 모사할 수 있는 방법론에 대한 후속 연구를 통해 PFC3D 수리역학연계모델의 유체주입으로 인한 단층활성화 연구로의 적용성을 향상시키는 것을 제안하고 한다.

• 자원환경지질
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• 제40권5호
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• pp.651-660
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• 2007

산성광산배수는 휴폐광산 광해의 주요한 문제로 널리 인식되어 왔으며 최근 황화광물을 많이 함유한 지역의 지반굴착 건설현장에서 산성배수의 발생과 이로 인한 환경오염과 구조물의 안정성 저해가 건설 분야의 현안문제로 대두되고 있다. 지구과학분야에서 간과하고 있는 건설현장에서 발생된 산성배수에 의한 피해 사례를 소개하고 향후 피해 저감대책기술 개발과정에서 지구과학분야 역할의 중요성을 피력하고자 한다. 우리나라에서 산성배수를 발생시킬 개연성이 높은 대표적인 암석은 옥천층군 변성퇴적암, 평안층군 함탄층, 중생대 화산암, 제3기 퇴적암 및 화산암이며 우리나라 표면적의 약 20%정도를 차지할 것으로 추정된다. 최근 건설현장에서는 산성배수에 대한 적절한 대책이 수립되지 않고 대규모 절토와 터널굴착이 빈번히 이루어지고 있으며 향후 산성배수에 의한 피해는 지속적으로 발생될 것으로 판단된다. 건설현장의 산성배수는 토양, 지표수와 지하수의 산성화 및 중금속 오염, 식생고사, 경관훼손, 사면안정성 저해, 구조물 부식, 콘크리트 및 아스콘 노후화 촉진 등이다. 암석의 산성배수 발생개연성평가는 static test와 kinetic test 방법이 있으며, 암석의 산성배수 발생능력과 중화능력을 측정하여 암석의 산성배수 발생개연성을 간접적으로 추정하는 acid base accounting test가 가장 널리 활용되고 있다. 산성배수에 대한 피해저감대책은 산성배수의 처리와 발생억제로 구분된다. 산성배수 처리방법은 중화제 투입 등의 적극적 처리와 자연적인 물리 화학 생물학적 과정을 이용한 소극적 처리로 구분된다. 산성배수의 발생억제는 산화제의 제거와 생성억제, 산화제와 황화광물의 접촉차단으로 구분된다.도시되며 지역에 따라 위도효과를 보인다. 황산염에 대한 황동위원소 대부분 화성기원을 보인다. 그러나 JR1 온천은 고염수에서 기원한 것으로 보이는 해양성기원을 보인다. 온천수의 $^3He/^4He$ 비와 $^4He/^{20}Ne$ 비는 $0.0143{\times}10^{-6}{\sim}0.407{\times}10^{-6}$ 범위와 $6.49{\sim}584{\times}10^{-6}$ 범위를 각각 보여주어 대기와 지각성분의 혼합선상에 도시된다. 이는 온천수내 헬륨가스의 대부분이 지각기원임을 의미한다. 죽림온천(JR1)의 경우 맨틀기원의 헬륨가스의 혼합율이 다른 온천에 비해 다소 높은 비율을 보여준다. 이들 동위원소비와 온천수의 pH와는 대체적으로 정의 상관관계가 확인되었다. 아울러 $^{40}Ar/^{36}Ar$비가 $292.3{\times}10^{-6}{\sim}304.1{\times}10^{-6}$ 범위로 대기기원임을 지시한다. Gram 양성, Gram 음성 균주는 Escherichia coli KCCM 11591를 제외하고는 0.8 - 0.95 cm로 항균력이 강했으며, Gram negitive의 Pseudomonas aeruginosa KCTC 1750 에서는 43% 발효주에는 0.95 cm, 45% 고은 발효주에는 0.95 cm의 항균성을 나타냈으며 관능평가에서도 가장 높게 났다. 관능평가에서는 45% 고온 발효주가 가장 높게 나타났으며, 항산화성 실험에 나타난 저온 45%의 갈색도의 측정과는 항산화성에서는 좀 다른 결과를 나타낸다. 그러나 항균성이 가장

• 광물과 암석
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• 제35권4호
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• pp.409-421
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• 2022

자연계에서 산출되는 망가니즈단괴 내 광물종 및 원소의 공간적 분포를 규명하는 것은 단괴의 형성 과정 중 변화하는 생성 환경 및 지화학적 조건에 대한 이해를 가능하게 한다. 최근의 라만 분광분석을 이용한 연구에서 구형으로 성장한 단괴의 성장에 따른 산화망가니즈 광물종의 변화에 대해 연구한 바 있으나, 상대적으로 천해에서 획득되는 비구형 단괴 내 광물종의 분포는 자세히 연구되지 않았다. 이에 본 연구에서는, 동시베리아해 천해(수심 약 73 m)에서 산출되는 판상의 비구형 망가니즈단괴 내 서로 다른 성장 방향에서 획득된 라만 분광분석 결과를 바탕으로 단괴 내 광물종 및 해당 광물의 구조적 특성에 대하여 면밀히 연구하였다. 또한 에너지분산형 X-선 분광분석(energy dispersive spectroscopy, EDS)을 통하여 단괴 내부 구조 및 부수광물의 존재에 대하여도 관찰을 수행하였다. 그 결과, 본 연구에서 사용한 비구형 단괴의 내부는 중심으로 부터 외곽 방향으로 크게 핵, 철 기질부, Mn-Fe 층으로 구분되었다. Mn-Fe 층 내 서로 다른 성장 방향에서 획득된 라만 분광분석 결과는 모든 방향에 대하여, 단괴 중심부로부터 외곽부로 신호 획득위치가 옮겨감에 따라 산화망가니즈 광물의 경우 터널형 광물의 비율이 감소하는 경향성을 관찰할 수 있었다. 이 때, 단괴 내 성장 방향에 따라 구성 광물의 상대적 비율 및 구조적 특성이 크게 다르다는 것이 확인되었다. 총 3가지의 실험 방향 중, 한 방향에서 획득된 라만 분광분석 결과는, 철 수산화물의 비율이 낮고, 버네사이트나 토도로카이트와 같은 산화망가니즈 광물들의 결정도가 상당히 높다는 것을 보여주었다. 반면, 나머지 두 방향에서 획득된 신호를 분석한 결과, 산화망가니즈 광물들의 결정도가 매우 낮으며 비정질 내지는 결정도가 낮은 철 수산화물들의 비율이 높다는 것이 확인되었다. 이러한 결과는 비구형 단괴가 속성 과정으로 형성되는 동안 단일 단괴 내에서도 지화학적 조건에 차이가 있었다는 것을 지시한다. 더하여, 부수광물로서 암염이 일부 층에서 관찰되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 단괴 내 존재하던 해수의 증발로 인해 암염 결정이 형성되었음을 지시한다. 이처럼 본 연구에서는 라만 분광분석을 통해 비구형 단괴 내 광물종의 분포 및 구조적 특성에 대해 제시하였고 향후 본 연구 방법은 다양한 단괴 연구에 적용되어 지구물질의 지질학적 형성 과정에 대한 보다 세밀한 이해를 가능하게 할 것으로 기대된다.