• 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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• 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.

• 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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• 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.

• 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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• 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.

• 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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권12호
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• pp.125-132
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• 2020

암반내의 절리는 암반의 전체적인 역학적 거동에 중요한 역할을 한다. 암반에 대한 수치해석은 절리면의 역학적 물성, 방향성, 간격 그리고 연속성을 정교하게 모델링할수 있어야 한다. 본 논문의 내재적 절리-연속체 접근법은 절리군을 포함한 암반의 역학적 모델을 제시한다. 암반에 대한 강성 텐서는 온전한 암석과 절리군의 역학적 특성으로부터 산정하였다. 이는 온전한 암석과 절리군에 대한 연속적 강성 시스템의 컴플라이언스 텐서 합으로부터 산정할 수 있다. 암반사면의 평면파괴에 대한 수치해석은 기존의 daylight envelope과 측면한계를 적용하는 경험적인 방법과 상당히 일치함을 확인하였다. 개발된 내재적 절리-연속체 모델은 연속체 기반으로 수식화되어 기존의 절리에 대한 열-수리-화학적 실험적 결과들을 실제 수치해석에 적용할수 있을 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제23권2호
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• pp.150-159
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• 2013

일반적으로 열저장소의 종횡비(폭에 대한 높이의 비)가 커짐에 따라 저장된 열에너지의 성층화가 높게 유지될 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 열저장소의 열적 성능을 높이기 위해서는 저장소 종횡비를 크게 설정하는 것이 유리할 것이다. 그러나 종횡비의 증가에 따라 저장소의 폭에 비해 높이가 커지고, 이는 열저장소의 구조적 안정성 측면에서 불리하게 작용할 수 있으므로 저장소의 최적 종횡비 결정시 열적 성능 분석과 더불어 역학적 안정성에 대한 정량적인 분석이 수행되어야 할 것이다. 본 연구에서는 지하 열에너지 저장을 위한 사일로형 암반공동의 종횡비 변화에 따른 역학적 안정성을 수치해석적으로 조사하였다. 적용한 종횡비는 1-6의 범위이었고, 전단강도 감소기법에 의한 안전율을 토대로 암반공동의 역학적 안정성을 평가하였다. 종횡비별 안정성 분석 결과, 암반공동의 종횡비가 증가함에 따라 안전율이 감소하는 경향을 보였으며, 주변 암반의 측압계수가 안정성에 미치는 영향이 큰 것으로 분석되었다. 또한 동일한 암반특성 및 종횡비 조건에서 암반공동의 규모(저장 용량)가 줄어듦에 따라 안정성이 향상되는 것으로 나타나, 큰 규모의 단일 암반공동을 소규모의 다중 암반공동으로 분할함으로써 높은 종횡비의 암반공동 설계가 가능한 것을 알 수 있었다.

• 자원환경지질
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• 제55권1호
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• pp.1-17
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• 2022

암반의 역학적 및 열적 특성은 고준위방사성폐기물(high-level radioactive waste; HLW) 심지층 처분시스템 내 방사성 물질의 격리 및 이동 지연 능력과 관련된 성능에 영향을 미칠 수 있다. 이 연구는 HLW 처분시설 부지의 암반역학적 및 열적 특성과 관련된 부지설명모델에 필수적인 항목을 고찰하고 스웨덴과 핀란드의 선행 부지설명모델 사례를 통한 기술적 배경을 논의하였다. 스웨덴 SKB (Swedish Nuclear and Fuel Management Company)와 핀란드 Posiva는 암반역학적 및 열적 특성 조사·평가에 필수적인 항목을 제시하고 부지의 안전성 분석과 처분시설의 건설을 위한 암반역학 부지설명모델을 도출하였다. 암반역학 부지설명모델은 처분시설 부지 내 응력 분포와 더불어 신선암, 절리, 절리성 암반에 대한 강도 및 변형특성과 대규모 변형대의 기하학적 구조, 소규모 불연속면의 연결망 구조 및 암석의 열적 특성에 대한 조사·평가 결과를 포함한다. 또한, 암반역학 부지설명모델은 입력변수에 대한 민감도 분석결과와 입력변수의 불확실성에 대한 평가 결과를 제시하여야 한다.