• 터널과지하공간
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• 제34권2호
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• pp.127-142
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• 2024

수치해석 기법의 강건성은 다양한 모델링 조건에서 계산 성능이 유지되는 것을 의미하며, 새로운 해석기법 또는 수치코드는 벤치마크 테스트를 통해 강건성이 평가될 필요가 있다. TOUGH-FLAC 모델링 기법은 국내외적으로 이산화탄소 지중저장, 사용후핵연료 지층처분, 지열 개발 등 다양한 분야에 적용되었으며, 실험 계측자료, 다른 수치코드들과의 결과 비교를 통해 모델링 유효성이 분석되었다. 본 연구에서는 해석해를 갖는 열-수리-역학적 복합거동 문제를 토대로 TOUGH-FLAC 기법의 벤치마크 테스트를 수행하였다. 적용된 해석해는 완전히 포화된 지반에 점열원 작용 시 주변매질의 온도, 간극수압, 역학적 거동과 관계되며, 해석해와 수치모사 결과를 비교하여 TOUGH-FLAC 기법의 강건성이 평가되었다. 또한, 열-수리-역학 해석의 연계항, 유체 상변화, 시간증분이 복합거동 계산에 미치는 영향을 조사하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
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• pp.36-39
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• 2006

To evaluate the effect of groundwater flow on the outlet temperature of a geothermal heat pump, 3 dimensional numerical simulations are performed considering both groundwater flow and pipe flow in the U-tube using TOUGHS, The present study involved the following 4 simulation cases (1) no groundwater flow, (2) slow groundwater flow (hydraulic conductivity: $1.0{\times}10^{-9}m/s)$, (3) fast groundwater flow (hydraulic conductivity, $1.0{\times}10^{-7}m/s$), and (4) groundwater flow varying with the depth (hydraulic conductivity: $1.0{\times}10^{-7}-1.0{\times}10^{-10}m/s$). The effect of groundwater flow on the outlet temperature is significant where hydraulic conductivity of aquifer is $1.0{\times}10^{-7}m/s$. Where hydraulic conductivity of aquifer is $1.0{\times}10^{-10}m/s$, however, that effect is negligible.

• 터널과지하공간
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• 제25권6호
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• pp.556-567
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• 2015

고준위방사성폐기물 처분장의 장기 안전성 및 안정성 평가를 위해서는 심지층 처분장 환경에서의 열-수리-역학적 복합 거동에 대한 평가가 필요하다. 신뢰도 높은 THM 해석 기법의 개발을 효과적으로 하기 위해 DECOVALEX 국제공동연구가 수행되고 있다. DECOVALEX-2015 Task B2에서는 일본 JAEA에서 계획중인 현장 THM 실험에 대하여 세계 각국의 연구진이 모델링을 실시하였다. 본 연구에서는 TOUGH2-FLAC을 연계한 THM 해석 기법을 개발하고 이를 이용하여 암반, 완충재, 히터로 구성되는 1차원 THM 모델링을 수행하였으며 해석 결과를 외국의 연구팀 결과와 비교하였다.

• 지질공학
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• 제26권3호
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• pp.325-330
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• 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.

• 터널과지하공간
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• 제29권3호
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• pp.197-213
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• 2019

본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석기법을 이용하여 Mont Terri 지하연구시설에서 수행된 단층 내 물 주입시험을 수치적으로 모델링하고, 단층의 재활성과 수리역학적 거동 특성을 살펴보았다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙(Cubic law)을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 현장에서 획득한 단층의 균열개방압력(fracture opening pressure), 주입율, 모니터링 압력, 변위 곡선 등을 바탕으로, 단층의 탄성적 변형과 파괴에 의한 수직팽창 특성을 반영할 수 있는 수리간극모델과 수리역학 커플링 관계를 해석모델에 반영하였다. 한편, 현지응력 조건, 단층의 강도 및 변형 특성에 따른 파라미터 해석을 실시하여 각 입력변수가 해석 결과에 미치는 영향을 분석하였으며, 이를 통해 현장시험 결과를 가장 잘 재현할 수 있는 파라미터 조합을 선정하였다. 해석 결과, 균열개방압력에서 단층의 주입율과 모니터링 압력이 크게 증가하는 현상을 합리적으로 재현할 수 있었다. 하지만, 동일한 입력 변수 조건에서 단층의 전단변위와 파괴영역의 범위는 현장시험 결과에 비해 과대평가되는 결과를 보였다. 이는 해석모델에서는 고압의 주입조건에서 단층의 지속적인 전단파괴가 유도되는 반면, 현장에서는 수리간극의 변화가 전단 미끄러짐보다는 인장력에 의한 단층면의 개방(tensile opening)에 크게 의존하는 것으로 추정되기 때문이다.

• 터널과지하공간
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• 제30권4호
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• pp.335-358
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• 2020

본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석기법을 통해 단층의 수리역학적 거동을 평가할 수 있는 수치해석 모델을 제안하였다. 이는 국제공동연구 DECOVALEX-2019 Task B의 일환으로 수행되었으며, 불투수성 암반 내 유체 주입으로 인한 단층의 재활성을 예측하고 주변 암반의 수리역학적 안정성을 평가할 수 있는 해석모델을 개발하는 데에 그 목적이 있다. 본 연구에서는 TOUGH2 수리유동모델과 FLAC3D의 역학적 인터페이스 모델의 연동을 통해 단층의 역학적 거동을 보다 합리적으로 구현할 수 있는 해석기법을 제안하고, 벤치마크 해석과 스위스 Mont Terri 지하연구시설 현장시험에 적용하여 그 타당성과 유효성을 검증하였다. 개발된 해석 모델은 유체의 주입으로 인한 단층 내 압력 분포의 발달, 역학적 변형에 따른 수리간극의 변화, 변위와 응력 등 단층의 수리역학적 거동을 적절히 재현할 수 있는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제30권1호
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• pp.39-62
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• 2020

본 연구에서는 불포화토의 열-수리적 변화로 야기되는 역학적 거동 특성을 분석하고 장기 거동을 예측하기 위해 Barcelona Basic Model(BBM) 해석 모듈을 TOUGH2-MP/FLAC3D에서 구동할 수 있도록 개발하였다. 기본적으로는 TOUGH-FLAC에 BBM 해석 모듈을 개발하기 위해 사용된 선행연구의 방법과 마찬가지로 FLAC에서 제공하고 있는 Modified Cam Clay Model(MCCM)을 기반으로 User Defined Model(UDM)과 FLAC3D에서 제공하는 FISH function을 이용하였다. 본 연구에서 개발한 BBM 해석 모듈에서는 평균유효응력뿐만 아니라 흡입력의 변화에 따른 소성변형률을 모두 고려하였으며, 평균유효응력 및 흡입력 증가에 따른 항복면의 변화를 모두 반영할 수 있도록 하였다. 개발된 BBM 해석 모듈을 FLAC3D 매뉴얼에 기술되어 있는 MCCM 예제, BBM을 처음 제안한 선행연구에 언급되어 있는 예제들, 그리고 스웨덴 SKB 보고서에 언급되어 있는 실험실 시험 결과를 이용하여 검증하였다. 뿐만 아니라, 효과적인 BBM의 파라미터 도출을 목적으로 개발된 Quick tools의 검증을 위해 수행된 일련의 모델링 시험들을 동일하게 수행하고 선행연구에서 보고된 Quick tools와 Code_Bright의 결과와 비교함으로써 개발된 BBM 해석 모듈을 검증하였다.

• 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.

• 지질공학
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• 제26권4호
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• pp.461-471
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• 2016

수주지열정의 지하수 유동 및 지열 이동 현상을 모사할 수 있는 수치 모델링 기법을 제시하기 위하여 열-수리학적 모델인 TOUGH2를 기반으로 한 모듈을 개발하였고 두 유형의 수주지열정에서의 냉방 및 난방 운영을 수치 모의하였다. 수치 모델링 결과들은 수주지열정의 냉난방 운영이 주변 지층 및 지하수와의 열교환 및 유체 혼합에 크게 영향을 받으며, 특히 PVC 또는 PE 파이프 내부와 수주지열정 내부에서 서로 반대방향으로 유동하는 유입수와 유출수 간의 열교환이 중요한 요소임을 보여준다. 또한 본 연구에서 개발 및 제안된 수치 모델링 기법이 수주지열정의 내부 구조 및 유체 유동과 열 이동 현상을 합리적으로 모사할 수 있음을 보여준다. 이러한 수치 모델링 기법은 수주지열정의 설계, 시공 및 운영 단계에서 열교환 성능을 정량적으로 분석할 때 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제26권3호
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• pp.166-180
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• 2016

본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동 해석기법을 이용하여 호주 오트웨이 실증프로젝트 염수층 내 이산화탄소 주입을 수치적으로 모델링하고 주변 지층에 야기되는 수리-역학적 거동 특성을 살펴보았다. 대상 부지의 물리검층, 시추코어 분석 및 지구통계기법을 통해 구현된 3차원 추계학적 지질모델을 바탕으로 해석모델을 작성하였으며, 이산화탄소의 주입과 이에 따른 수리-역학적 연계거동을 분석하였다. 총 30,000톤의 이산화탄소를 200일 동안 주입하는 경우, 주입공 주변의 압력 변화는 0.5 MPa 이하로 나타났으며, 주입 5일 경과 시 압력이 수렴하는 경향을 보였다. 지층 내 역학적 거동에는 큰 영향을 미치지 않을 것으로 판단되며, 주변 단층대로의 유동도 미미한 수준으로 나타났다.