For the mechanical stability assessment of a deep underground high-level waste repository. computer simulations using FLAC3D were carried out and important parameters including stress ratio, depth, tunnel size, joint spacing, and joint properties were chosen from sensitivity analysis. The main effect as well as the interaction effect between the important parameters could be investigated effectively using fractional factorial design . In order to analyze the stability of the disposal tunnel and deposition hole in a discontinuous rock mass, different modelings were performed under different conditions using 3DEC and the influence of joint distribution and properties, rock properties and stress ratio could be determined. From the three dimensional modelings, it was concluded that the conceptual repository design was mechanically stable even in a discontinuous rock mass.
Biodiesel is a non-polluting and non-toxic energy source that can replace conventional diesel. However, the higher production cost and raw material scarcity became challenges that obstruct the commercialization of biodiesel production. In the current investigation, fried cooking oil is used for biodiesel production in a hydrodynamic cavitation reactor, thus enhancing raw material availability and helping better waste oil disposal. However, due to the cavitation effect inside the reactor, the hydrodynamic cavitation reactor can give biodiesel yield above 98%. Thus, the use of orifice plates (having a different number of holes for cavitation) in the reactor shows more than 90% biodiesel yield within 10 mins of a time interval. The effects of rising temperature at different molar ratios are also investigated. The five-hole plate achieves the highest yield for a 4.5:1 molar ratio at 65℃. And the similar result is predicted by the response surface methodology model; however, the optimized yield is obtained at 60℃. The investigation will help understand the effect of hydrodynamic cavitation on biodiesel yield at different molar ratios and elevated temperatures.
Woon Sang Yoon;Yoosung Kim;Hyeongjin Jeon;Yoonho Song;Changhyun Lee
The Journal of Engineering Geology
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v.34
no.2
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pp.217-228
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2024
During deep drilling, confined aquifers can present various challenges such as the inability to remove cuttings, rapid groundwater influx, and mud loss. Particularly in flowing well conditions, it is essential to apply the suitable mud density since the aquifer can generates an overpressurized condition. This paper proposes a method for determining the suitable mud density while drilling (SMD) through confined aquifers using mud window analysis and applies it to a case study. The minimum mud density at each depth, which represents the lower limit of the mud window, is determined by the equivalent mud density pore pressure gradient (or by adding a trip margin) at that depth. The pore pressure gradient of a confined aquifer can be calculated using the piezometric level or well head pressure of the aquifer. As the borehole reaches the confined aquifer, there is a significant increase in pore pressure gradient, which gradually decreases with increasing depth. The SMD to prevent a kick can be determined as the maximum value among the minimum mud densities in the open hole section. After entering the confined aquifer, SMD is maintained as the minimum mud density at the top of the aquifer during the drilling of the open hole section. Additionally, appropriate casing installation can reduce the SMD, minimizing the risk of mud loss or invasion into the highly permeable aquifer.
In deep geological disposal of high-level radioactive waste, the surrounding rock at the immediate vicinity of the deposition hole may experience localized changes in permeability due to in-situ stress at depth, swelling pressure from resaturated bentonite buffer, and the heat generated from the decay of radioactive isotopes. In this study, experimental data on changes in permeability of granite, a promising candidate rock type in South Korea, were obtained by applying various confining pressures and temperature conditions expected in the actual disposal environment. By conducting the permeability test on KURT granite specimens under three or more hydrostatic pressure conditions, the relation in which the permeability decreases exponentially as the confining pressure increases was derived. The temperature-induced changes in permeability were found to be negligible at temperatures below the expected maximum of 90℃. In addition, by establishing a relation in which the initial permeability is proportional to the power of the initial porosity, it was possible to estimate permeability value for granite with a specific porosity under a certain confining pressure.
The objective of this present study is to understand long term(500 years) thermohydromechanical interaction behavior in the vicinity of a repository cavern on the joint location and repository depth variations. The model includes a saturated discontinuous granitic rock mass, PWR spent nuclear fuel in a disposal canister surrounded with compacted bentonite inside a deposition hole, and mixed bentonite backfilled in the rest of the space within a repository cavern. It is assumed that two joint sets exist within the model. Joint set 1 includes joints of 56$^{\circ}$ dip angle, spaced at 20 m, and joint set 2 is in the perpendicular direction to joint set 1 and includes joints of 34$^{\circ}$ dip angle, spaced at 20 m. In order to understand the behavior change on the joint location variations, 5 different models of 500m in depth are analyzed, and additional 3 different models of 1000 m in depth are analyzed to understand the effect of depth variation.
Mineralogical characteristics of fracture-filling minerals from deep borehole in the Yuseong area were studied for the radioactive waste disposal project. There are many fracture zones in the deep drill holes of the Yuseong granite, which was locally affected by the hydrothermal alteration. According to the results of hole rock analysis of drill core samples, $SiO_2$ contents are distinctly decreased, whereas $Al_2$$O_3$ and CaO contents and L.O.I. values are increased in the -90 m∼-130 m and -230 m∼-250 m zone, which is related to the formations of filling minerals. Fracture-filling minerals mainly consist of zeolite minerals (laumontite and heulandite), calcite, illite ($2M_1$ and 1Md polytypes), chlorite, epidote and kaolinite. The relative frequency of occurrence among the fracture-filling minerals is calcite zeolite mineral > illite > epidote chlorite kaolinite. Judging from the SEM observation and EPMA analysis, there is no systematic change in the texture and chemical composition of the fracture-filling minerals with depth. In the study area, low temperature hydrothermal alteration was overlapped with water-rock interactions for a long geological time through the fracture zone developed in the granite body. Therefore the further study on the origin and paragenesis of the fracture-filling minerals are required.
Three-dimensional computer modeling using FLAC3D had been carried out fur evaluating the thermal-mechanical stability of a high-level radioactive waste repository excavated in several hundred deep location. For effective modeling, a FISH program was made and the geological conditions and rock properties achieved from the drilling sites in Kosung and Yusung areas were used. Sensitivity analysis fer the stresses and temperatures from the modeling designed utilizing fractional factorial design was carried out. From the sensitivity analysis, the important design parameters and their interactions could be determined. From this study, it was found that deposition hole spacing is the most important parameter on the thermal and mechanical stability. The second and third most important parameters were disposal tunnel and buffer thickness.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.63
no.3
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pp.35-45
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2021
Digestate or slurry produced from anaerobic digestion is mostly applied to crop lands for its disposal and recovering nutrients. However, minimizing nitrogen losses following field application of the digestate is important for maximizing the plant's nitrogen uptake and reducing environmental concerns. This study was conducted to assess the effects of three different biogas digestate application techniques (sawdust mixed with digestate (SSD), the hole application method (HA), and digestate injected in the soil (SD)) on nitrate leaching potential in the soil. A pot laboratory experiment was conducted at room temperature of 25 ± 2 ℃ for 107 days. The experimental results showed that sawdust application method turned out to be appropriate for quick immobilization of surplus N in the form of microbial biomass N, reflecting its lower total nitrogen and NH4-N contents and low pH. The NH4-N and total nitrogen fate in the soil fertilized with manure showed no statistically significant (p > 0.05) differences between the different methods applied during the incubation time under room temperature. In contrast, NO3-N concentration indicates significant reduction in sawdust treatment (p < 0.05) compared to the control and other application methods. However, the soil sawdust mixed with digestate was more effective than the other methods, because of the cumulative labile carbon contents of the amendment, which implies soil net N immobilization.
Safe underground construction in a rock mass requires adequate ground investigation and effective determination of rock conditions. The estimation of rock mass behavior is difficult, because rock masses are innately anisotropic and heterogeneous at different scales and are affected by various environmental factors. Quantitative rock mass classification systems, such as the Q-system and rock mass rating, are widely used for characterization and engineering design. The measurement of rock classification parameters is subjective and can vary among observers, resulting in questionable accuracy. Geophysical investigation methods, such as seismic surveys, have also been used for ground characterization. Torsional shear wave propagation characteristics in cylindrical rods are equal to that in an infinite media. A probabilistic quantitative relationship between the Q-value and shear wave velocity is thus investigated considering long-wavelength wave propagation in equivalent continuum jointed rock masses. Individual Q-system parameters are correlated with stress-dependent shear wave velocities in jointed rocks using experimental and numerical methods. The relationship between the Q-value and the shear wave velocity is normalized using a defined reference condition. This relationship is further improved using probabilistic analysis to remove unrealistic data and to suggest a range of Q-values for a given wave velocity. The proposed probabilistic Q-value estimation is then compared with field measurements and cross-hole seismic test data to verify its applicability.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.17
no.1
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pp.75-94
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2019
As the present single-layer repository concept requires too large an area for the site of the repository, a multi-layer repository concept has been suggested to improve the disposal density. The effects of the excavation damaged zone around the multi-layer repository constructed in the deep host rock on the temperature distribution in the repository were analyzed. For the thermal analysis of the multi-layer repository, the hydrothermal model was used to consider the resaturation process occurring in the buffer, backfill and rock. The existence of an excavation damaged zone has a significant effect on the temperature distribution in the repository, and the maximum peak temperatures of double-layer and triple-layer repositories can rise to $7^{\circ}C$ and $12^{\circ}C$, respectively depending on the size of the excavation damaged zone and the degree of decrease of the thermal conductivity. The dominant factor affecting the peak temperature in the multi-layer repository is the decrease of thermal conductivity in the excavation damaged zone, and the excavation damaged zone formed around the deposition hole has more significant effects on the peak temperature than does the excavation damaged zone formed around the disposal tunnel.
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