• 터널과지하공간
• /
• 제30권1호
• /
• pp.15-28
• /
• 2020

본 연구는 개별요소법을 이용하여 삼차원 불연속절리망 시스템의 강도 및 변형계수를 추정하기 위해 제안된 기법을 소개하였다. DFN(discrete fracture network) 시스템에서 개별 절리는 유한 길이의 정사각 평면으로 취급하였다. 해석영역은 무결암과 유사한 거동을 하도록 설정된 가상절리와 실제 개별 절리의 조합으로 형성된 다면체로 이산화하였다. 제안된 기법의 적용성을 검토하기 위하여 확정적 및 추계론적 삼차원 DFN 시스템으로 이루어진 한 변이 10m인 정육면체 해석영역에 대하여 개별요소법에 의한 강도 및 변형계수를 추정하는 수치실험이 수행되었다. 또한, 본 연구는 절리의 기하학적 속성이 DFN 시스템의 강도 및 변형 특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 제안된 기법은 삼차원 DFN 시스템의 이방적 강도 및 변형 특성을 효과적으로 추정하는 것으로 평가되었다.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제44권6호
• /
• pp.639-652
• /
• 2012

A three-dimensional discrete fracture network model was developed in order to simulate the hydraulic characteristics of a granitic rock mass at Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) Underground Research Tunnel (KURT). The model used a three-dimensional discrete fracture network (DFN), assuming a correlation between the length and aperture of the fractures, and a trapezoid flow path in the fractures. These assumptions that previous studies have not considered could make the developed model more practical and reasonable. The geologic and hydraulic data of the fractures were obtained in the rock mass at the KURT. Then, these data were applied to the developed fracture discrete network model. The model was applied in estimating the representative elementary volume (REV), the equivalent hydraulic conductivity tensors, and the amount of groundwater inflow into the tunnel. The developed discrete fracture network model can determine the REV size for the rock mass with respect to the hydraulic behavior and estimate the groundwater flow into the tunnel at the KURT. Therefore, the assumptions that the fracture length is correlated to the fracture aperture and the flow in a fracture occurs in a trapezoid shape appear to be effective in the DFN analysis used to estimate the hydraulic behavior of the fractured rock mass.

• 터널과지하공간
• /
• 제21권2호
• /
• pp.117-127
• /
• 2011

균열암반의 역학적 및 수리적 성질에 암반 초기응력이 미치는 영향을 고찰하였다. 지질 데이터는 스웨덴 원전원료 및 방사성 폐기물 관리회사(SKB)에 의해 수행된 포쉬마크지역의 부지조사로부터 획득되었으며 암반균열망-개별요소법 수치실험(Discrete Fracture Network - Discrete Element Method) 을 통하여 암반의 등가역학적 및 등가수리적 물성을 결정하였다. 수치실험결과 균열 강성의 응력의존성, 균열 방향에 따른 상이한 변형거동, 균열거동에 따른 수리유동 경로의 변화 등의 원인에 의하여 등가역학적 및 등가수리적 물성은 응력의존성이 큰 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 암반 초기응력의 정확한 예측이 특정 부지에서의 경계조건으로서뿐만 아니라 균열암반의 역학적 및 수리적 물성을 이해하는 데도 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다.

• 터널과지하공간
• /
• 제32권6호
• /
• pp.464-477
• /
• 2022

DFN (discrete fracture network, 불연속균열망) 모델은 암반의 복합거동 분석을 위한 불연속암반 모사체로, 다양한 불연속암반의 수리-역학적 거동 해석 연구에 활용되어 왔다. 최근 들어서는 방사성폐기물 심층처분장에서의 불연속암반 거동 해석과 같이 대규모 영역을 대상으로 하거나 높은 신뢰도를 갖춰야 하는 DFN 모델링을 위해 암반균열망의 공간적 분산과 균열 간의 공간적 상관성을 구현하는 DFN 모델링 기법이 요구되고 있다. 본 기술보고에서는 DFN 모델의 기하학적 모델링에 초점을 두어 암반균열망 모델링의 방법론을 정리 및 소개하고, 암반균열망의 공간적 분포 특성의 유형과 이를 DFN 모델링에 반영하기 위해 제안된 모델링 기법들의 현황과 한계점을 검토하였다. 암반균열망의 공간적 분산을 고려하기 위해 암반 공간을 균열 영역(fracture domain)으로 분할하는 기법(Darcel et al., 2013)과 균열 간의 공간적 상관성을 재현하기 위해 균열의 발생과정을 모사하여 DFN 모델을 생성하는 발생학적 모델링 기법(genetic modeling)(Davy et al., 2013, Libby et al., 2019, Lavoine et al., 2020)이 제안되었으며, 각 기법의 한계점을 검토한 결과, 모델링 기법의 적용성을 개선하는 추후 연구가 필요한 것으로 파악되었다.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제18권6호
• /
• pp.585-594
• /
• 2019

In-situ leaching could be one of the promising mining methods to extract the minerals from deep fractured rock mass. Constrained by the low permeability at depth, however, the performance does not meet the expectation. In fact, the rock mass permeability mainly depends on the pre-existing natural fractures and therefore play a crucial role in in-situ leaching performance. More importantly, fractures have various characteristics, such as aperture, persistence, and density, which have diverse contributions to the promising method. Hence, it is necessary to study the variation of fluid rate versus fracture parameters to enhance in-situ leaching performance. Firstly, the subsurface fractures from the depth of 1500m to 2500m were mapped using the discrete fracture network (DFN) in this paper, and then the numerical model was calibrated at a particular case. On this basis, the fluid flow through fractured rock mass with various fracture characteristics was analyzed. The simulation results showed that with the increase of Fisher' K value, which determine the fracture orientation, the flow rate firstly decreased and then increased. Subsequently, as another critical factor affecting the fluid flow in natural fractures, the fracture transmissivity has a direct relationship with the flow rate. Sensitive study shows that natural fracture characteristics play a critical role in in-situ leaching performance.

• 터널과지하공간
• /
• 제25권5호
• /
• pp.450-461
• /
• 2015

본 연구는 블록크기 및 균열의 기하학적 속성이 균열암반의 수리적 특성에 미치는 효과를 파악하기 위해 이차원 등가파이프 연결구조에 기반을 둔 DFN 유체유동 해석기법을 적용하여 수치실험을 수행하였다. 두 개의 균열군을 사용하여 균열의 기하학적 속성 변화를 반영할 수 있도록 방향, 면적빈도, 길이분포를 달리하며 이차원 영역에 추계론적으로 생성한 총 72개의 DFN 블록에 대하여 방향에 따른 블록수리전도도가 산정되었다. 또한, 각각의 DFN 블록에서 이론적 블록수리전도도, 주 수리전도도텐서 및 평균블록수리전도도를 추정하여 비교분석한 결과, 블록크기 및 균열의 기하학적 속성은 균열성 암반의 수리적 특성에 큰 영향을 미치는 것으로 평가되었다. 균열군의 교차각이 작을수록, 면적빈도가 낮고 길이분포가 짧을수록 DFN 시스템은 유체유동에 대한 REV를 정의하기 어려우며 방향에 따른 블록수리전도도의 변동성이 강하게 나타났다. 일반적으로 블록크기가 커질수록 DFN 시스템에 대한 등가연속체 취급 가능성은 높아진다.

• 터널과지하공간
• /
• 제22권2호
• /
• pp.93-105
• /
• 2012

균열암반의 등가역학적 물성을 수치해석적으로 결정할 때 2차원 및 3차원 해석을 비교하였다. 수직균열모델과 암반균열망(DFN) 모델이 균열암반의 형상으로 이용되었으며 3차원 모델으로부터 다양한 방향으로 2차원 모델을 절단하여 역학적 물성을 비교하였다. 본 연구의 지질데이터는 영국 셀라필드 지역의 자료를 기본으로 사용하였다. 직교균열모델에서는 컴플라이언스텐서의 변환을 이용한 해석적 방법이 물성결정을 위해 이용되었으며 암반균열망모델에서는 수치실험이 실시되었다. 2차원 모델에서는 균열이 항상 모델평면과 직교한다고 가정하기 때문에 탄성계수는 항상 3차원보다 크게 계산이 되었다. 2차원 해석에서의 포아송비는 3차원 해석보다 큰 값을 나타내는 경향이 있었으나 반대의 경향도 관찰되었다. 본 논문은 3차원 형상을 단순화시켜 사용하는 2차원 해석의 한계를 정량적으로 고찰하였다는데 의의가 있다.

• 지질공학
• /
• 제26권1호
• /
• pp.87-99
• /
• 2016

본 연구에서는 단열을 포함하는 불포화 암반에서의 지하수 유동 흐름을 예측하기 위한 2차원 수치 모델링을 수행하였다. 특히, 불연속 단열망 모델링(Dscrete Fractured Network, DFN)을 통하여 도출된 투수계수의 분포를 나타내는 k-field를 모델링 입력변수로 적용하였다. 투수계수 차이는 불포화대에서 지하수의 이동속도 차이를 야기시키는 중요한 인자로 적용되었다. 연구지역의 지표 토양층으로부터 지하 대수층까지의 불포화대 깊이를 적용하여 지하수 유동 모델링의 초기조건을 실제와 유사하게 설정하였다. 강우의 지표 침투율은 인공구조물과 자연 토양층의 침투율 차이를 적용하여 실제 불포화 암반을 거쳐서 포화대까지 지하수의 이동흐름을 해석하고 시각화하였다. 특히, 오염물질의 이동 시작점이 될 수 있는 인공구조물의 하부에 모니터링 지점을 설정하여 실제 오염물질원이 지하수에 용해되어 불포화대를 이동할 때의 경로를 예측 하였으며 중력방향인 직하부로 이동하는 것을 확인되었다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
• /
• 한국방사성폐기물학회 2009년도 학술논문요약집
• /
• pp.187-187
• /
• 2009

Opening of fractures induced by shear dilation or normal deformation can be a significant source of fracture permeability change in fractured rock, which is important for the performance assessment of geological repositories for spent nuclear fuel. As the repository generates heat and later cools the fluid-carrying ability of the rocks becomes a dynamic variable during the lifespan of the repository. Heating causes expansion of the rock close to the repository and, at the same time, contraction close to the surface. During the cooling phase of the repository, the opposite takes place. Heating and cooling together with the, virgin stress can induce shear dilation of fractures and deformation zones and change the flow field around the repository. The objectives of this work are to examine the contribution of thermal stress to the shear slip of fracture in mid- and far-field around a KBS-3 type of repository and to investigate the effect of evolution of stress on the rock mass permeability. In the first part of this study, zones of fracture shear slip were examined by conducting a three-dimensional, thermo-mechanical analysis of a spent fuel repository model in the size of 2 km $\times$ 2 km $\times$ 800 m. Stress evolutions of importance for fracture shear slip are: (1) comparatively high horizontal compressive thermal stress at the repository level, (2) generation of vertical tensile thermal stress right above the repository, (3) horizontal tensile stress near the surface, which can induce tensile failure, and generation of shear stresses at the comers of the repository. In the second part of the study, fracture data from Forsmark, Sweden is used to establish fracture network models (DFN). Stress paths obtained from the thermo-mechanical analysis were used as boundary conditions in DFN-DEM (Discrete Element Method) analysis of six DFN models at the repository level. Increases of permeability up to a factor of four were observed during thermal loading history and shear dilation of fractures was not recovered after cooling of the repository. An understanding of the stress path and potential areas of slip induced shear dilation and related permeability changes during the lifetime of a repository for spent nuclear fuel is of utmost importance for analysing long-term safety. The result of this study will assist in identifying critical areas around a repository where fracture shear slip is likely to develop. The presentation also includes a brief introduction to the ongoing site investigation on two candidate sites for geological repository in Sweden.

• 지질공학
• /
• 제26권3호
• /
• pp.325-330
• /
• 2016

현재 경주 중저준위방사성폐기물 처분장(이하 '경주방폐장')에서는 2단계 표층처분시설이 계획중에 있으며, 포화대에 위치한 1단계 처분시설과는 달리 불포화대 상부에 위치하게 된다. 단열을 포함하는 불포화대의 특성상 지하수 및 용질의 대부분이 단열을 통해 이동할 것으로 예상된다. 따라서 불포화 암반 매질에 대한 정밀한 해석을 위하여 단열망 연속체와 암반 매질 연속체를 구분하여 해석하는 TOUGH2 전산코드의 meshmaker 모듈의 MINC 기법을 활용하였다. TOUGH2 MINC 기법의 기존 국내 연구 사례가 미미하여 본 연구에서는 MINC를 이용한 mesh 구성 방법에 대한 절차를 개발하였으며, 단열 연속체와 암반매질 연속체의 k-field를 생성하였다. 이와 같이 생성된 도메인은 향후 이중 연속체를 기반으로 경주방폐장의 지하수 유동 및 오염물질 이동 등에 활용될 뿐만 아니라 단열이 발달한 암반에서 단열-암반매질 연결성을 고려한 단열망 유동 특성을 분석하는데 참고가 될 것으로 기대한다.