• Ocean Systems Engineering
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• 제6권1호
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• pp.23-60
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• 2016

The major objective of this study was to develop further understanding of 3D nearshore hydrodynamics under a variety of wave and tidal forcing conditions. The main tool used was a comprehensive 3D numerical model - combining the flow module of Delft3D with the WAVE solver of XBeach - of nearshore hydro- and morphodynamics that can simulate flow, sediment transport, and morphological evolution. Surf-swash zone hydrodynamics were modeled using the 3D Navier-Stokes equations, combined with various turbulence models (${\kappa}-{\varepsilon}$, ${\kappa}-L$, ATM and H-LES). Sediment transport and resulting foreshore profile changes were approximated using different sediment transport relations that consider both bed- and suspended-load transport of non-cohesive sediments. The numerical set-up was tested against field data, with good agreement found. Different numerical experiments under a range of bed characteristics and incident wave and tidal conditions were run to test the model's capability to reproduce 3D flow, wave propagation, sediment transport and morphodynamics in the nearshore at the field scale. The results were interpreted according to existing understanding of surf and swash zone processes. Our numerical experiments confirm that the angle between the crest line of the approaching wave and the shoreline defines the direction and strength of the longshore current, while the longshore current velocity varies across the nearshore zone. The model simulates the undertow, hydraulic cell and rip-current patterns generated by radiation stresses and longshore variability in wave heights. Numerical results show that a non-uniform seabed is crucial for generation of rip currents in the nearshore (when bed slope is uniform, rips are not generated). Increasing the wave height increases the peaks of eddy viscosity and TKE (turbulent kinetic energy), while increasing the tidal amplitude reduces these peaks. Wave and tide interaction has most striking effects on the foreshore profile with the formation of the intertidal bar. High values of eddy viscosity, TKE and wave set-up are spread offshore for coarser grain sizes. Beach profile steepness modifies the nearshore circulation pattern, significantly enhancing the vertical component of the flow. The local recirculation within the longshore current in the inshore region causes a transient offshore shift and strengthening of the longshore current. Overall, the analysis shows that, with reasonable hypotheses, it is possible to simulate the nearshore hydrodynamics subjected to oceanic forcing, consistent with existing understanding of this area. Part II of this work presents 3D nearshore morphodynamics induced by the tides and waves.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.384-395
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• 2020

연안에서 천수변형에 의해 발생하는 쇄파는 표사이동, 연안류의 생성, 충격파압의 발생 등과 같은 연안역의 다양한 물리현상과 밀접한 관계를 갖고 있다. 따라서, 연안구조물의 설계 시 쇄파파고 및 쇄파수심과 같은 쇄파지표를 정확하게 예측하는 것이 중요하다. 과거부터 많은 연구자들에 의해 쇄파현상을 규명하고 예측하기 위한 많은 과학적인 노력들이 이루어져 왔다. 대표적인 쇄파에 연구들은 주로 수리모형실험을 통해 쇄파지표 예측을 위한 많은 경험식이 제안되어 왔다. 하지만, 기존의 쇄파지표에 대한 경험식은 일정한 방정식의 가정하에 자료의 통계적 분석을 통해 가정한 방정식의 계수들을 결정하고 있다. 본 논문에서는 회귀 혹은 분류문제와 관련된 다양한 연구분야에 있어서 높은 예측성능을 보여주는 대표적인 선형기반의 지도학습 머신러닝 기법을 적용하였다. 적용된 머신러닝 기법을 기반으로 기존의 쇄파에 대한 실험자료로부터 쇄파지표 예측을 위한 모델을 개발하고, 학습된 모델로부터 쇄파예측을 위한 새로운 선형식을 제시하였다. 새롭게 제안된 쇄파지표식은 단순한 선형식임에도 불구하고 기존의 경험 공식에 비해 유사한 예측성능을 보였다.

• 한국연안방재학회지
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• 제5권4호
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• pp.173-182
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• 2018

As the research about increasing the efficiency of dredging soil transport, the technology, which reduce the friction between pipe wall and fluid in the pipe and disturbed generating pipe blockage, has been developed. So for the purpose of applying this technology to real construction site, main test has been tried at the real scale test in field. As a test result, this paper will show 30% flow efficiency increasing by permitted electro magnetic force to the pipe. And test result was evaluated as a ultra sonic velocity profiler. To propose the design technique and the execution manual of the high efficiency dredging material transport technic, this research have confirmed flow status changing depending on a soil material kind under electro-magnetic field and analyze the effect of electro-magnetic field which affects to each dredged soil material transportation. For achieving this research, EMF(Electro-Magnetic Field) generator is installed on the dredger(20,000HP) and through monitored flow status, dredging soil flow rate and sampled material specification is confirmed. Also dredger operating condition is measured and dredger power for soil transportation, hydraulic gradient and flow rate are compared, as transportation efficiency is calculated by this parameter, it is possible to check transportation efficiency improvement depending on each dredged soil material under electro-magnetic field. To verify the technique of dredged soil transfer using electromagnetic field, which is the core technique of the high efficiency dredged soil transfer, and the technique of expert system for pipeline transfer and the flow state. This could lead to a verification of transfer efficiency according to the characteristics of the dredged soil (sand, clay, silt) and the transfer distance (5km, 10km, 15km), which is planned to be used for a technology development of pump power reduction and long-distance transfer applying the high efficiency dredged soil transfer technology.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권5호
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• pp.62-69
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• 2022

EHA(Electro-Hydrostatic Actuator)는 기존의 중앙집중식 유압시스템에 비해 높은 에너지 효율을 가진다. 특히 항공기용 EHA는 고장상황에 대비하여 이중화 설계가 일반적이다. 또한 장착공간의 한계로, 구동기 길이를 최적화 하여야 한다. 따라서 양로드형 실린더와 단로드형 실린더의 직렬 구성이 유리하다. 하지만 피스톤 수압부 면적의 비대칭성으로 인해, 일반적인 제어 기법으로 이중화 구동 시 두 실린더 사이에 Force Fighting 현상이 발생하게 된다. 본 논문에서는 이중화된 EHA의 시뮬레이션을 통해 Force Fighting 현상을 확인하였다. 이를 억제하기 위한 방법으로 Load Compensation 제어기와 힘 제어 기반 위치 제어기를 적용하였고 시뮬레이션을 통해 각각의 성능을 비교 분석하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.175-186
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• 2023

처분공 내에 위치한 완충재는 사용후핵연료로부터 발산된 고온의 붕괴열과 지하수에 노출되며, 이와 같은 가열-수화를 포함한 처분환경 하의 완충재의 열-수리-역학-화학적 상호작용은 완충재의 장기적 성능과 건전성에 핵심적으로 작용하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 처분환경 조건에서 완충재의 가열-수화 특성 및 지하수 지화학 조건을 고려한 벤토나이트의 열-수리-역학-화학적(Thermal-Hydraulic-Mechanical-Chemical, 이하 THMC) 복합거동 특성 규명을 위한 실험실 규모의 Lab.THMC 실험시스템을 개발하였다. 본 실험시스템은 스페인 CIEMAT의 열-수리-역학 복합거동 실험장치를 토대로 개발되었으며, 화학적 특성을 달리한 지하수 주입 조건에서 벤토나이트 완충재의 가열-수화 특성을 파악하고 응력 변화를 계측함으로써 열-수리-화학적 변화에 따른 역학적 성능 변화 특성을 규명하는 것을 목표로 한다. 본 기술논문에서는 개발된 Lab.THMC 실험시스템의 설계 및 구성을 간략하게 소개하고, 장치 검토 및 주요 변수설정을 위해 수행된 예비실험 결과와 차후 연구계획에 대해 정리하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권10호
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• pp.17-30
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• 2009

지하에 공동을 건설하는 터널 공사의 경우 초기 응력의 집중 및 발파와 같은 시공단계에서의 과도한 에너지의 적용으로 인하여 주변 암반에 손상을 발생시킨다. 이러한 손상의 발생은 터널에 작용하는 하중 및 터널 주변 암반의 흐름조건에 상당한 영향을 끼친다. 이러한 이유로 터널 주변에 발생하는 손상구간에 대하여 다양한 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 유사암석으로 제작된 공동이 존재하는 절리모델의 이축압축실험을 통하여 공동주변의 손상발생을 연구하였다. 절리면은 수평면과 $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$의 조건으로 형성되었으며, 초조강시멘트 재료를 이용하여 유사절리모델을 제작하였다. 이축압축 실험결과 공동주변에서는 절리면에 수직한 방향으로 인장균열의 발생이 관측되었으며, 균열의 진행으로 인하여 암반블록이 형성되었으며, 진행하는 인장균열이 다른 절리면에 도달하여 암반블록이 완전히 형성된 경우 탈락하는 과정을 보였다. 이러한 인장균열의 진전은 절리면의 각도에 따라 상이한데 절리면의 각도가 클수록 안정적이며 진행성의 균열 진전 양상이 관측되었다. 이러한 인장균열의 발달은 절리면으로 구성된 암편을 보로 가정 할 경우 공동의 곡률로 인한 기하학적 형상의 불규칙성으로 인하여 모멘트가 작용하는 것으로 판단된다. 이상의 실험결과를 입자요소해석 방법을 기반으로 하는 PFC 2D를 이용하여 모사하였다. 해석결과 실험에서 관측한 바와 같이 절리면 각도가 작을수록 손상대의 폭은 넓어지며 인장균열의 진행에 의한 암반블록의 형성이 관측되었다. 또한 상호작용이 발생하는 균열을 조사한 결과 수치해석에서도 절리면의 각도가 작은 조건에서 진행성의 파괴가 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제33권5호
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• pp.312-338
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• 2023

고준위방사성폐기물 심층처분시설은 고온의 사용후핵연료에서 핵종 누출을 막기 위해 열적, 역학적, 수리적 안전성이 장기적으로 확보되도록 일반적인 지하터널과는 다른 특별한 설계가 필요하다. 스웨덴 SKB는 고준위방사성폐기물 처분시설의 설계 기준을 수립하고 포쉬마크 지역에 대해 실제 설계를 수행하였다. 그리고 지반 불확실성에 대응하기 위해 모니터링과 그에 따른 설계 변경이 가능한 관찰 기법과 단계별 개발법을 제안하였다. SKB는 지반 유형과 지반 거동을 분류하고 포쉬마크 지역에 존재하는 지반유형과 거동의 조합에 적절한 지보 유형을 대응시키는 독자적인 지보 시스템을 개발하였고 기존 지보 시스템과 비교를 통해 안전성을 확인하였다. POSIVA는 SKB와 유사한 방식으로 온칼로 지역에 대해 지보시스템을 개발하였으나 포쉬마크와는 상이한 지반 특성을 반영하였다. 이를 참고하여, 국내 고준위방사성폐기물 심층처분시설 건설을 위한 설계가 이루어질 수 있을 것이며 국내 특성에 맞는 지보 시스템 또한 수립될 수 있을 것이다.

• 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.

• 한국지구과학회지
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• 제37권4호
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• pp.218-229
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• 2016

층면구조 안정성 다이어그램은 층면구조가 주어진 입도와 유속에서 나타나는 층면구조의 모양과 크기를 지시한다. 이 다이어그램은 대부분 수조실험에 의해 획득한 실험 데이터를 기반으로 작성되었다. 일반적으로, 수조실험은 입자의 크기와 유속사이의 관계를 이해하기 위해 분급이 좋고 단일입도의 분포를 보이는 퇴적물을 이용하여 수행되었다. 이 다이어그램에 의하면, 세립사와 중립사 퇴적물 표면에서 유속이 빨라지면서, 평행층 에서 연흔이 형성되기 시작한다. 이 연구의 목적은 층면구조 안정성 다이어그램의 결과가 실험을 통하여 잘 재현되는지를 확인하고, 분급이 좋은 퇴적물과 달리 분급이 불량한 경우인 이정 입도 분포를 보이는 사질 퇴적물에서도 잘 재현되는지 확인하는 것이다. 본 연구 실험 결과는 2D 연흔이나 3D 연흔 층면구조가 형성되기 위해서, 분급이 불량한 퇴적물의 경우에, 분급이 좋은 퇴적물보다 더 높은 유체의 유속과 전단응력이 필요하다는 것을 보여주고 있다. 탄산염 퇴적물은 수력학적 분급작용이 활발하지 않으며, 퇴적물의 구성이 알로켐과 기질로 이루어지는 이정 입도 분포를 보이는 퇴적물로서 일반적으로 분급이 불량한 특징을 가지고 있다. 따라서, 실험의 결과는 탄산염 퇴적물에서 층면구조 형성을 위해 쇄설성 퇴적환경의 퇴적물 보다 더 높은 유속이 필요할 수 있음을 제안하고 있다. 분급이 불량한 퇴적물 입자가 침식되어 이동기 위해 더 높은 에너지와 유속이 필요하다는 것은 분급 효과, 마찰 효과, 안정성 효과, 갑옷 효과 등이 복합적으로 작용한 결과로 설명될 수 있을 것이다. 본 연구는 예비적 고찰로서, 이어지는 연구를 통해 이러한 현상을 과학적으로 설명하고 입도와 층면구조 형성의 상관성을 보다 정교하게 규명하고자 한다.

• 미생물학회지
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• 제51권4호
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• pp.355-363
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• 2015

본 연구에서는 염소 소독제를 함유한 수돗물을 수리학적 체류시간 2시간 수준으로 공급한 모델 상수관망에서 형성된 초기 생물막의 생장에 대해 연구하였다. PVC slide 표면에 형성된 세균 생물막의 비생장률(specific growth rate, ${\mu}$)은 총세균수와 종속영양세균수 기준으로 각각 $0.14{\pm}0.09day^{-1}$와 $0.16{\pm}0.08day^{-1}$로 측정되었으며, 생물막 형성 정도는 실험 개시 10일 후에 각각 $3.1{\times}10^4cells/cm^2$와 $6.6{\times}10^3CFU/cm^2$에 이르렀다. Bulk-phase 세균에 비해 훨씬 높은 생물막 형성 세균의 비생장률(${\mu}$)은 관망내에서 생물막 세균의 증식이 세균 재생장의 주된 요인으로 작용함을 의미하였다. 분리 배양된 생물막 균주들은 acetate 농도를 달리한 생장배지에서 얻어진 Monod 모델에서 특징적인 ${\mu}_{max}$와 $K_S$값을 보여주었다. 가장 낮은 ${\mu}_{max}$값을 보여준 Methylobacterium 균주는 느린 생장을 통해 염소 소독제 처리(0.5 mg/L, 10분간)에 대해 높은 내성을 나타내었다. 반포화상수(half-saturation constant) $K_S$값은 Sphingomonas 균주에서 다른 분리 균주들에 비해 100배 정도 낮게 측정되어 기질친화도가 매우 높게 나타났다. 이는 수돗물과 같이 영양물질의 농도가 매우 낮은 조건에서 생존할 수 있도록 적응된 절대 빈영양성 세균의 특징으로 판단된다. 비록 특징적인 ${\mu}_{max}$와 $K_S$값을 보이는 균주 만을 대상으로 수행되었지만, 이상의 결과는 상수관망에서 초기에 형성되는 복합 세균종으로 구성된 생물막에 대한 이해와 조절에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.