• 터널과지하공간
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• 제7권1호
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• pp.13-19
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• 1997

It is necessary to study on thermo-hydro-mechanical effect at rock mass performing project such as radiowaste disposal in deep rock mass. In this study, thermo-hydro-mechanical coupling analysis which is considered interaction and the variation of rock properties induced by temperature increase was performed for the circular shaft when appling temperature of 20$0^{\circ}C$ at the shaft wall. The shaft is diameter of 2 m and under hydrostatic stress of 5 MPa. In the cases, thermal expansion by temperature increase progress from the wall to outward and thermal expansion could induce tensile stress over the tensile strength of rock mass at the wall. When rock properties were given as a function of temperature, thermal expansion increased, tensile stress zone expanded. Lately, water flow is activated by increase of permeability and decrease of viscosity.

• 방사성폐기물학회지
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• 제21권1호
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• pp.23-41
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• 2023

Coupled thermo-hydraulic-mechanical (THM) processes are essential for the long-term performance of deep geological disposal of high-level radioactive waste. In this study, a numerical sensitivity analysis was performed to analyze the effect of rock properties on THM responses after the execution of the heater test at the Kamaishi mine in Japan. The TOUGH-FLAC simulator was applied for the numerical simulation assuming a continuum model for coupled THM analysis. The rock properties included in the sensitivity study were the Young's modulus, permeability, thermal conductivity, and thermal expansion coefficients of crystalline rock, rock salt, and clay. The responses, i.e., temperature, water content, displacement, and stress, were measured at monitoring points in the buffer and near-field rock mass during the simulations. The thermal conductivity had an overarching impact on THM responses. The influence of Young's modulus was evident in the mechanical behavior, whereas that of permeability was noticed through the change in the temperature and water content. The difference in the THM responses of the three rock type models implies the importance of the appropriate characterization of rock mass properties with regard to the performance assessment of the deep geological disposal of high-level radioactive waste.

• 터널과지하공간
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• 제4권2호
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• pp.102-118
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• 1994

Thermomechanical analysis is conducted on the radioactive repository in deep rock mass considering the in-situ stress, excavation and thermal loading of a radioactive waste. Thermomechanical properties of a discontinuous rock mass are estimated by a theoretical method so called sequential analysis. Using the estimated properties as input for finite element analysis, the influence on temperature distribution and thermal stress is analyzed within the scope of 2-dimensional steady state and transient heat transfer and coupled thermal elastic plastic behaviour. Granitic rock mass is taken for this analysis. The analysis is done for two different rock mass conditions, i.e. continuous-homogeneous and highly jointed conditions, for the purpose of comparison. In the case of steady state, the extent of disturbed zone around the storage tunnel due to the heat production of the spent-fuel canister varies depending on the thermomechanical properties of the rock mass. In the case of transient analyses, the response of the jointed rock mass to the thermal loading after radioactive waste disposal varies significantly with time, resulting in dramatic changes in the both size and location of disturbed zone.

• 터널과지하공간
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• 제9권1호
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• pp.27-35
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• 1999

아치형 공동의 열원 경계에 대한 열전도 특성은 반무한평면이나 원형공동에 대한 열전도 특성과는 다른 양상을 나타낸다. 본 연구에서는 지하 냉동저장 pilot plant 의 운영을 통하여 계측된 저장공동 주위안반내 온도분포패턴의 분석을 통하여 아치형 공동의 열원 경계를 갖는 새로운 열전도식을 유도하였다. 계측된 암반온도 분포패턴은 선형적 변화와 로그함수적 변화의 중간적인 양상을 보였다. 열전파에 미치는 열물성 변수들의 영향도 분석 및 도출된 열전도식과 현장계측에 의한 암반온도 분포양상의 비교를 통하여 암반의 열물성을 추정하였다. 추정된 암반의 열전도도와 비열은 실내시험에 의한 무결 암석의 열물성과 비교해 20~25%의 차이를 보였다. 이는 암반내의 절리와 지하수의 영향에 기인한 것으로 판단되는데, 앞으로 현지암반에 대한 이들 영향요소의 조사와 열물성의 측정 및 비교분석을 통하여 정량적인 상관관계의 규명이 이루어져야 할 것이다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2000년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.543-550
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• 2000

Rock slopes along the road or railroad are affected by temperature and therefore experienced iterative freezing-thawing process between winter and early spring. The purpose of this study is to analyze the stability of rock slopes which are influenced by the deterioration due to the freezing-thawing. The analysis is the homogenization method which evaluates the strength property of discontinuous rock mass, and as a strength failure criterion, Drucker-Prager failure criterion is used. The deterioration property of real rock is obtained by a freezing-thawing laboratory test of tuff and this property of deterioration is quantitated and used as a basic data of stability analysis for rock mass. To evaluate the deterioration depth due to the freezing-thawing in situ rock slope, one dimensional heat conductivity equation is used and as the result I can find that the depth of which is affected by a temperature. After the freezing-thawing depth of model slope is determined, we analyze the pattern of rock mass stength value of rock slope model which excesses the limit of self-load.

• 터널과지하공간
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• 제1권2호
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• pp.181-203
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• 1991

The effects of geologic structures such as rock joins and bedding planes on the thermal conductivity of a discontinuous rock mass are studied. The expressions for the equivalent thermal conductivities of jointed rock masses are derived and found to be anisotropic. The degree of anisotropy depends primarily on the thermal properties contrast between the joint phase and surrounding intact rock, the joint density expressed as volume fraction and the inclination angle of the joint. Within the context of 2-dimensional finite element heat transfer scheme, the isotherms around a circular hole are analyzed for both the isotropic and anisotropic rock masses in 3 different thermal boundary conditions. i.e. temperature, heat flux and convection boundary conditions. The temperature in the stratified anisotripic rock mass is greatly influenced by the thermal properties of the rock formation in contact with the heat source. Using the excavation-temperature coupled elastic plastic finite element method, analyzed is the thermo-mechanical stability of a circular opening subjected to 10$0^{\circ}C$ at a depth of 527m. It is found that the thermal stress concentration was enough to deteriorate the stability and form a plastic yield zone around the opening, in contrast to the safety factor greater than 2 resulted form the excavation-only analysis.

• 터널과지하공간
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• 제8권3호
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• pp.184-193
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• 1998

방사성 폐기물의 안전한 처분을 위해서는 암반의 역학적, 열적, 유체 거동 뿐 아니라 암반과 물 사이의 물리 화학적 상호작용을 이해할 필요가 있다. 또한 지질구조, 지하현지응력, 습곡, 열수작용, 마그마의 관입, 판구조 등과 같은 많은 조건을 모델링하고 예측하기 위해서는 암석의 역학적, 수리적 특성을 알아야 한다. 이 연구는 심부 암반에 폐기물 처분과 관련된 암석역학적인 사항들에 대해 연구들에 기초하고 있다. 이 논문은 변하는 온도 상태에서 암반의 역학적 수리적 거동, 암반의 열-수리-역학적 상호작용 해석과 불연속 암석의 거동 특성 등을 포함한다. 역학적 특성은 Interaken 암석역학 시험 시스템으로 측정되었으며, 수리적 특성에는 순간 증압 투수계수 측정 시스템이 사용되었다. 모든 결과에서 암석 특성은 온도 변화에 민감함을 보였다.

• 터널과지하공간
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• 제31권4호
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• pp.221-242
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• 2021

기존의 한국형 기준 처분시스템의 처분 효율을 높인 향상된 한국형 기준 처분시스템(Improved Korean Reference Disposal System, KRS⁺)의 열-수리-역학적 복합거동 성능평가를 위해 TOUGH2-MP/FLAC3D를 이용한 수치모델링 연구가 수행되었다. 사용후핵연료 처분 이후 방사성 붕괴열에 의해 처분시스템의 온도가 상승하고, 방사성 붕괴열이 빠르게 감소함에 따라 온도가 감소하여 최대 온도가 설계기준 온도인 100℃를 넘지 않는 것으로 나타났다. 완충재의 초기 포화도는 온도 상승으로 인한 공극수의 증발로 인해 감소하였다가 주변 암반으로부터 지하수가 유입되어 처분 약 250년 후 포화 상태에 이르렀다. 암반에서는 완충재와 암반의 흡입력의 차이로 인해 암반에서 완충재로 지하수가 유입되어 처분 직후 포화도가 감소하다가 이후 원계 암반으로부터 지하수가 유입되어 포화 상태에 도달했다. 처분시스템 내 열응력과 팽윤압 발생에 의한 주변 암반의 파괴 가능성을 평가하고자 모어-쿨롱 파괴기준식과 스폴링 강도를 사용하였다. KRS⁺ 처분시스템의 처분공의 간격을 감소시키면서 처분시스템의 열적 거동 변화를 확인하였는데, 처분공 간격이 5.5 m 이하에서는 완충재의 설계 기준 온도를 초과하게 된다. 다만, 벤토나이트 완충재 부피의 56.1%의 온도는 90℃ 이하로 유지되었다. 본 연구에서 사용한 수치해석 기법은 향후 응력 모델, 지온 경사 및 입력 물성을 변화시킨 다양한 조건에서의 처분시스템의 THM 복합거동 성능평가에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제12권3호
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• pp.220-228
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• 2002

절리암반에서의 열유동을 수치해석적으로 분석하였다. 1차원 모델 해석을 통하여 한 조의 절리군이 열전도에 미치는 영향을 비교 분석하고, 이론해와 비교하였다. 절리 내에 물이 전혀 없는 경우, 절리는 열 차단제의 역할을 하며 정상상태에서도 온도의 불연속이 관찰되었다. 따라서 암반 내 존재하는 절리가 완전 건조상태인 경우에는 개별적인 절리의 열차단 효과를 일일이 고려하여야 정확한 결과를 얻을 수 있다 그러나 절리 내에 물이 부분적으로 혹은 완전히 포화된 경우에는 열차단 효과가 현저히 줄어들어 온도 분포에 미치는 영향이 현저히 감소하였다. 따라서 절리 암반을 통한 열전도는 암반을 무결암의 열적 성질과 불연속면의 열적 성질을 포함한 열적 이방성 연속체로 가정함으로써 가능하다 할 수 있다. 절리의 포화 정도가 증가할수록 절리가 열유동에 미치는 영향이 감소하므로 암반의 열전달 특성은 등방에 가까워지며, 따라서 복잡한 모델을 이용한 해석보다는 현지 암반의 열물성을 정확히 측정하는 것이 더욱 중요함을 알 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제2권2호
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• pp.224-236
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• 1992

It is very important to determine the thermo-mechanical characteristics of the rock mass surrounding the repository of radioctive waste and the LPG storage cavern. In this study, Hwasoon-Shist. Dado-Tuff adn Chunan-Tonalite were the selected rock types. Temperature dependence of the mechanical properteis such as uniaxial compressive strength, tensile strength, Young's modulus was investigated by measuring the behaviour of these properties due to the variation of temperature. Also, the characteristics of strength and deformation of these rocks were examined through high-temperature triaxial compression tests with varing temperatures and confining pressures. Important results obtained are as follows: In high temperature tests, the uniaxial compressive strength and Yong's modulus of Tonalite showed a sligth increase at a temperature up to 300$^{\circ}C$ and a sharp decrease beyond 300$^{\circ}C$, and the tensile strength showed a linear decrease with increasing heating-temperature. In high-temperature triaxial compression test, both the failure stress and Young's modulus of Tonalite increased with the increase of confining pressure at constant heating-temperature, and the failure stress decreased at 100$^{\circ}C$ but increased at 200$^{\circ}C$ under a constant confining pressure. In low temperature tests, the uniaxial compressive and tensile strengths and Young's modulus of these rocks increased as the cooling-temperature is reduced. Also, the uniaxial compressive and tensile strengths of wet rock specimens are less than those of dry rock specimens.