• 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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• 제22권2호
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• pp.93-105
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• 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.

• 대한지하수환경학회지
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• 제4권3호
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• pp.111-115
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• 1997

파쇄매질에서 불규칙한 양상의 유체유동과 용질이동의 모의를 위하여 연속체 모델을 대체하는 분리단열망 모델의 이용이 확산되고 있다. 분리단열망 모델은 단열내 유량이 단열 간극의 삼승에 비례한다는 삼승법칙과 매질이 이러한 단열의 통계적 조합으로 구성된다는 가정에 바탕을 두고 있다. 본 연구는 단열교차점에서 삼승법칙의 유효성이 유지될 수 있는가를 평가하기 위하여 경계좌표계 변환법을 이용하여 단열간 교차각과 단열에서 유량분포의 관계를 분석하였다. 단열 교차각의 변화에 따른 유선의 분포에 대한 분석을 통하여 단열의 기하학적 형태가 단열의 유량분포에 영향을 미침을 확인하였다. 따라서, 삼승법칙에 대한 엄밀한 수치적 실험적 검증이 필요하다.

• 지질공학
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• 제10권1호
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• pp.13-25
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• 2000

단열암반의 수리전도도 텐서를 계산하고 이방성에 대한 정량적인 평가를 수행하기 위해서 단열의 수리적, 기하학적 통계 특성에 근거하여 3차원 단열연결망 모델을 구성하였다. 현장에서 수행된 단정주입시험의 수치모델링을 통해 계산된 수리전도도는 현장시험 결과와 비교적 잘 일치하였다. 따라서 구성된 3차원 단열 연결망 모델이 해석대상 암반의 수리 특성을 구현할 수 있음을 확인하였다. 대상암반의 대표요소체적 규모에서 계산된 블록 수리전도도는 단정주입시험에서 구한 수리전도도의 산술과 조화 평균 사이의 값이며, 2차원 수평단면상에서 남-북 방향의 수리전도도는 동-서 방향에 비해서 약 1.4 배로써 이방성은 크지 않았다. 블록 수리전도도와 단정 주입시험 모델링을 통해 구한 수리전도도의 상관성은 낮게 나타났다. 이는 단정 주입시험 모델링을 통한 암반의 수리전도도는 시추공의 패커구간과 교차하는 단열의 수와 투수량계수에 큰 영향을 받기 때문인 것으로 분석된다.

• 지질공학
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• 제26권1호
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• pp.87-99
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• 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.

• 한국터널공학회:학술대회논문집
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• 한국터널공학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.348-358
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• 2005

Although the evaluation of the mechanical properties and behavior of discontinuous rock masses is very important for the design of underground openings, it has always been considered the most difficult problem. One of the difficulties in describing the rock mass behavior is assigning the appropriate constitutive model. This limitation may be overcome with the progress in discrete element software such as PFC, which does not need the user to prescribe a constitutive model for rock mass. Instead, the micro-scale properties of the intact rock and joints are defined and the macro-scale response results from those properties and the geometry of the problem. In this paper, a $30m{\times}30m{\times}30m$ jointed rock mass of road tunnel site was analyzed. A discrete fracture network was developed from the joint geometry obtained from core logging and surface survey. Using the discontinuities geometry from the DFN model, PFC simulations were carried out, starting with the intact rock and systematically adding the joints and the stress-strain response was recorded for each case. With the stress-strain response curves, the mechanical properties of discontinuous rock masses were determined and compared to the results of empirical methods such as RMR, Q and GSI. The values of Young's modulus, Poisson's ratio and peak strength are almost similar from PFC model and Empirical methods. As expected, the presence of joints had a pronounced effect on mechanical properties of the rock mass. More importantly, the mechanical response of the PFC model was not determined by a user specified constitutive model.

• 터널과지하공간
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• 제27권5호
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• pp.303-311
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• 2017

본 연구는 다양한 기하학적 속성을 갖는 총 72개의 DFN 블록에 대하여 DFN 유동모델과 등가의 수리상수를 사용한 연속체 모델을 각각 적용하여 두 결과 간의 상관성을 분석하였다. DFN을 연속체로 가정한 이론적 블록수리전도도와 DFN 유동모델로 산정한 블록수리전도도 사이의 상대오차(ER)가 0.2 이하인 DFN 조건에서 두 접근법 사이에 강한 선형 관계를 이루며 두 결과가 거의 일치하는 것으로 평가되었다. DFN 매질에 대한 연속체 유동해석의 현장적용 가능성을 검토하기 위하여 다양한 DFN 조건을 갖는 지중 원형공동에서의 지하수 유입에 대한 모의 수치실험이 총 48회 수행되었다. 일정한 수리간극의 DFN 매질에 대한 등가연속체 유동모델은 유효한 것으로 평가되었지만 수리간극 변화로 인하여 이방성이 증대되면 DFN 유동모델에 의한 결과에 비하여 과대평가될 가능성이 높다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2005년도 춘계 학술대회
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• pp.231-238
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• 2005

본 연구에서는 유동저항이론을 기초로 하여 연속다공체, 분리단열망 및 연속다공체-분리단열망 공존암반과 같은 3가지 암반을 대상으로 암반 특성에 따른 지하수 유동저항 개념 모델링 및 관계식을 제안하였다. 정상상태조건에서 밀도변동은 고려하지 않았으며 유한 체적법을 이용하였다. 각종 물성치는 블록 중심에서 정의되고, flux는 블록면에서 정의되는 staggered 격자 체계하에서 모든 블록에 대해 Darcy 법칙이 적용되었다. 접촉면에서의 투수계수는 인접면 중심에서 정의된 물성치의 조화평균값을 사용하였다. 유동저항개념을 이용하여 인접한 블록간의 상대압력차와 flux의 관계를 표현하였다. 개개의 단열에서의 유동은 다공암반에서 이용된 방정식과 동일한 형태의 2차원 방정식으로 모사되었다. 본 논문에서 제안된 모델은 추후 다양한 암반 특성별 유동 모사 기법을 개발하는데 많은 기여를 할 것으로 기대된다.

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

• 터널과지하공간
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• 제15권2호
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• pp.119-128
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• 2005

절리 암반의 역학적 물성 및 거동 평가가 터널 및 지하구조물의 설계에 매우 중요하다 할지라도, 그것은 항상 매우 어려운 문제로 간주되어 왔다. 암반 거동을 모사하는데 있어서 어려움중의 하나는 적절한 구성 모델을 선정하는 것이다. 이러한 한계점은 PFC와 같이 사용자로 하여금 암반의 구성 모델을 요구하지 않는 개별요소 프로그램의 개발과 함께 극복되어질 것이다. 본 연구에서는 도로터널 현장의 30\;m\;\times\;30\;m\;\times\;30\;m 절리 암반블록을 대상으로, 시추 및 지표 지질조사를 통해 얻어진 절리의 기하학적 형태자료를 근거로 개별균열망이 작성되었다. 개별균열망 모델의 절리 형상을 근거로 절리가 없는 상태에서 점차적으로 절리군을 추가해가면서 2차원 PFC모델이 만들어졌다. 또한 각각의 PFC모델에 대한 수치모사를 통하여 각 모델의 응력-변형율 곡선이 얻어졌다. 응력-변형율 곡선으로부터 절리 암반의 역학적 물성이 결정되었다. 절리의 존재는 암반의 역학적 물성에 상당한 영향을 미쳤으며, 더욱 중요한 것은 PFC모델의 역학적 거동은 기존의 수치모델에서 요구되는 구성 모델에 의하여 결정되지 않는다는 것이다.