• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권2호
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• pp.1126-1139
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• 2014

도시화 및 산업화에 따른 온실가스의 증가로 전 세계적인 이상기후 현상이 빈번하게 발생하고 있으며, 국내에서도 이러한 현상의 하나로 홍수와 가뭄의 영향이 지속적으로 심화되고 있다. 기후변화는 이수, 치수, 환경 등 다양한 측면에서 물 관리 전반에 걸쳐 복잡성을 가중시키고 불확실성을 확대시키는 등 많은 영향을 초래한다. 또한 과거와는 달리 하천유지수량, 환경용수량 등 다양한 용수수요의 증가에 따라 제한된 가용수자원의 추가적인 확보를 위한 분석과 연구가 필요하다. 본 연구에서는 안동댐과 임하댐 유역을 대상으로 기후변화 시나리오와 토양수분 저류구조 Tank 모형을 이용하여 장기 유출량을 산정하였고, 연결도수로를 통해 병렬 연결된 안동댐과 임하댐의 저수지 연결모의운영을 수행하여 임하댐에서 안동댐으로 전환되는 추가 가용 수자원량을 분석, 비교함으로서 미래 기후변화가 가용수자원 확보에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다. 대표농도경로 기후변화 시나리오 중 RCP 6.0과 RCP 8.5를 이용하여 대상유역의 상세 수문자료를 생산하여 과거 유역의 관측 강수량 자료와 경향성을 분석한 결과 시나리오별 모두 5%~9%의 범위로 강수량이 증가하는 것으로 분석되었으며, 목적함수를 이용한 민감도 분석을 통해 가장 높은 적합도를 나타낸 개체군의 크기는 1000 이었으며 교차비율은 80% 이었다. 본 연구의 결과를 이용하여 미래 기후변화에 대응한 물 관리 측면에서 저수지 운영의 효과를 극대화하고 장기적으로 안정적이고 풍부한 용수공급 계획을 수립하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제21권5호
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• pp.394-405
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• 2011

본 연구에서는 복공식 지하 압축공기에너지 저장공동의 역학적 변형 및 누출 거동의 복합거동을 파악할 목적으로 비등온 다상다성분 유체유동 및 역학적 거동의 연계해석이 가능한 TOUGH-FLAC 해석을 실시하였다. 지하압축공기에너지 저장 공동의 초기 및 장기 운영 과정에서 고압 압축공기 인입 입출에 따른 콘크리트 라이닝 내부에 발생하는 응력 양상을 살펴보고 저장공동 내부 압력 및 온도 변화를 파악함으로써 기밀성능을 평가하였다. 최대 저장공동 운영압력 8 MPa 조건에서 콘크리트 라이닝 내부에서는 공기침투압에 의한 유효응력의 감소와 접선방향의 인장응력의 증가에 따라 인장균열이 발생할 수 있음을 확인하였다. 콘크리트 라이닝 내부의 인장균열 발생에 따른 투과특성 증가 모델을 이용한 해석 결과, 저장공동 천정부 및 측벽부 일부에서 인장파괴가 발생하여 이들 영역에서의 투과계수는 초기 $10{\times}10^{-20}m^2$에서 $5.0{\times}10^{-13}m^2$까지 증가하였다. 한편, 콘크리트 라이닝 내부 인장균열 발생 및 투과특성 증가에도 불구하고 저장공동 내부 압축공기 압력은 주변 암반의 기밀성능으로 인해 일정하게 유지되고 공기누출량은 일일주입량의 0.02%에도 못 미쳐 복공식 지하 압축공기에너지 저장공동의 유효성을 확인할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제20권6호
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• pp.455-464
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• 2010

평면이방성 암석의 특성을 실험적으로 규명하기 위하여 이방성각도에 따른 일축압축강도 및 변형률, 탄성상수의 변화를 분석하였다. 실험에는 유상구조가 뚜렷한 유문암의 7개의 서로 다른 각도를 갖는 총 35개 시험편을 사용하였다. 본 연구의 제 1보에서는 시험자료의 각도에 따라 개별적인 분석을 주로 논의하였으며, 제 2보에서는 이들 자료를 종합적으로 검토할 것이다. 수평 및 수직시료에서는 가정식을 적용하지 않고 4개의 탄성상수를 얻을 수 있기 때문에 이들의 크기는 참값이라 결정할 수 있다. 변형률 측정에서 각도에 따라 자료의 분산 정도가 달라지는데, 작은 각도에서는 큰 각도보다 분산이 크게 나타났다. 겉보기 탄성계수의 변화는 각도에 따라 M자 또는 U자 형태로 측정되었다. 낮은 각도에서는 겉보기 탄성계수의 변화가 단조증가의 경향을 보이지 않으므로 Saint-Venant 식을 적용될 수 없으며, E1의 크기는 참값범위에 포함되는 값을 얻을 수 없다. 75도 각도의 시료는 변형률과 강도의 측정 편차가 가장 작게 나타났으며, 해석된 4개의 모든 탄성상수가 참값의 범위에 포함되었다. 따라서 만약 한 개의 시험편에서 평면이방성의 탄성상수를 얻고자하는 경우에, 이방성각도가 75도 근처의 시험편을 선정하는 것이 바람직하다.

• 터널과지하공간
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• 제31권3호
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• pp.167-183
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• 2021

고준위방사성폐기물 처분장의 장기 안전성 확보를 위해서는 공학적방벽 및 천연방벽 내에서 발생하는 복잡한 열-수리-역학-화학적(THMC) 복합거동 해석에 대한 이해가 필수적이다. 특히 고준위방사성폐기물에서 발생하는 열로 인해 암반 및 완충재 내의 지하수에서 압력 증가 및 상변화가 발생하게 되며, 지하수의 유입으로 인해 공학적방벽 내 포화도가 변화하게 된다. 또한 포화도의 변화는 완충재 내에서의 열전달 및 다상 유동 특성에 영향을 미치게 된다. 따라서 복합거동 특성의 복잡성으로 인해 수치해석은 처분시스템에서의 THMC 복합거동 평가와 예측 및 안전성 평가에 있어 강점을 지니고 있으며, DECOVALEX 국제공동연구는 THMC 복합거동에 대한 이해도 증진 및 해석기법 검증을 목적으로 1992년부터 시작되었다. 국내에서는 2008년부터 한국원자력연구원이 지속적으로 참여하여 연구를 수행하고 있으며, 본 기술보고에서는 현재 진행 중인 DECOVALEX-2023의 주요 연구내용을 국내 암반 및 지반공학자들에게 소개하였다.

• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.610-622
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• 2021

DECOVALEX 프로젝트는 고준위방사성폐기물 처분 시스템에서 발생하는 복잡한 열-수리-역학-화학적(THMC) 복합거동에 대해 수치해석을 통해 보다 더 깊이 이해하기 위해 수행되고 있는 대표적 국제공동 연구이다. 현재 DECOVALEX-2023이 7개 task를 기반으로 진행 중이며, 이 중 Task C는 Mont-Terri 지하연구시설에서 수행된 실규모 정치(FE) 시험을 대상으로 처분시스템 내 THM 복합거동을 모사하는 것을 목표로 하고 있다. 본 연구에서는 자체개발 해석 코드인 OGS-FLAC을 활용하여 수치해석 연구를 수행하였다. 수치모델에서는 FE 시험과 같이 일정 출력의 히터를 수평으로 위치시켰으며, 주어진 계측지점에서 압력 분포, 온도 변화, 역학적 변형을 계측하였다. 완충재 내부로 유입되는 유체 흐름은 완충재의 흡입력으로 인해 발생하였으며, 주변 영역에서는 열 팽창 및 열 압력이 지배적으로 작용함을 확인하였다. 해석 결과는 향후 타 참여 그룹 및 실험 결과와 비교 검증을 수행할 계획이다.

• 터널과지하공간
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• 제32권2호
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• pp.107-119
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• 2022

사용후핵연료 최종처분장 건설 과정에서 발생하는 굴착손상영역(EDZ)은 처분시설의 역학적 안정성 및 처분공 간격 설정 등의 설계요소로서 고려해야 할 뿐만 아니라 영역 내 투수특성은 폐쇄 후 지하수 유입량 변화에 따른 처분용기 부식 속도 및 핵종유출 등에도 막대한 영향을 미치게 된다. 따라서, 처분시설 및 관련 지하연구시설(URL)의 건설과정에서는 EDZ의 발생양상을 현장에서 정확하게 파악하고 미리 규정된 요건을 만족할 수 있도록 철저하게 관리할 수 있어야 한다. 이 논문에서는 핀란드 온칼로 시설에서의 EDZ 관련 연구사례를 검토하고 처분시설 굴착과정에서의 EDZ의 현장평가방법 및 시공품질관리 체계에 대해 검토하였다. EDZ 현장 평가를 위해서는 굴찰 갱도 주변의 교란을 유발하는 시추공 굴착이 불필요한 GPR 탐사가 가장 적합함과 온칼로 처분시설의 EDZ는 바닥부에서 두드러지게 발생하여 0~70 cm의 두께로 발생함을 확인하였다. 이들 결과는 국내 처분환경에 적합한 EDZ 관련 규제요건 개발에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권3호
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• pp.263-278
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• 2022

본 논문에서는 가소성 특성을 지니는 TBM 뒤채움재의 개발과 성능을 연구하기 위하여 실험한 내용을 다루고 있다. 쉴드 TBM 굴진 시 배면을 충전하는 방법으로 현재 LW 뒤채움재를 사용해오고 있는데, LW 뒤채움재는 강도 저하로 인한 침하발생, 지하수에 의한 재료분리, 가소성 저하와 같은 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 개발한 무기질계 가소성 뒤채움재의 성능을 분석하기 위해 실내시험과 모형실험을 수행하였다. 실내시험 결과, 무기질계 가소성 뒤채움재는 LW 뒤채움재 대비 재령 1시간의 일축압축강도가 12배 이상 높게 나타났고 블리딩률은 8.3배 이상 낮게 측정되었으며 플로우 값은 27배 이상 높게 나타났다. 이러한 결과로 미루어볼 때 무기질계 가소성 뒤채움재가 강도 저하, 재료분리, 주입성면에서 LW보다 성능이 우수한 것으로 판단된다. 또한 충전 성능을 분석하기 위해 모형 주입장치 시험기를 제작하였고, 수중에서 재료분리 발생여부를 육안으로 확인하였으며, LW 뒤채움재보다 ITB의 충전율이 20% 이상 높게 나타났다. 이는 무기질계 가소성 뒤채움재가 지하수에 의한 재료분리를 방지하며, 터널의 공동 발생을 억제시킬 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제32권6호
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• pp.373-385
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• 2022

굴착기의 어태치먼트 형태로 사용하는 드럼커터는 현장에서 다양한 작업이 가능한 굴착기와 연계하여 사용하는 점에서 그 효용이 크다. 본 연구에서는 굴착기에 설치된 드럼커터 어태치먼트를 이용하여 노출된 암반사면을 대상으로 굴착 시 나타나는 유압과 변형률을 측정하여 드럼커터에 작용하는 하중과 토크를 추정하였다. 굴착기의 붐과 암의 작업각도와 sumping, lowering작업에 따라 8가지 작업모드로 구분하고 작업모드에 따른 유압과 작용력 변화를 분석한 결과, 유압과 유량은 드럼커터 어태치먼트의 제작사양에서 고려된 범위 내에서 문제없이 구동될 수 있음을 확인하였다. 드럼커터 어태치먼트에 작용하는 평균 하중과 토크는 제작사양의 범위 안에 있었지만, 최대하중은 제작사양의 4배까지 나타났다. 높은 지반강도의 영향으로 sumping이 적정하게 이루어지지 못한 점과 일부 위치에서 불연속면의 포함 등으로 인하여 굴착기의 붐과 암의 각도에 따른 하중과 토크의 경향을 발견하지 못하였다. 그러나 해당 결과는 높은 강도의 지반을 굴착할 경우에 드럼커터 어태치먼트에 나타나는 하중과 토크의 범위를 파악하는데 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제33권4호
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• pp.228-243
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• 2023

벤토나이트는 팽윤 능력과 낮은 투수율 등의 유리한 특성으로 인해 고준위방폐물처분장에서 완충재로 널리 인정받고 활용되고 있으며, 낮은 투수율로 인해 방사성 핵종이 주변 암반으로 이동하는 것을 효과적으로 방지하여 방사성 폐기물의 안전한 처분을 보장하는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 벤토나이트 완충재의 장기적인 성능은 여전히 지속적인 연구의 대상으로 남아 있으며, 주요 우려 사항 중 하나는 벤토나이트의 팽윤과 지하수 흐름에 의한 완충재의 침식이다. 벤토나이트 완충재의 침식은 완충재의 무결성을 손상시키고 지하수를 통한 방사성 핵종의 이동을 촉진할 수 있는 콜로이드 형성을 초래하여, 결과적으로 방사성 핵종 이동 위험을 높임으로써 처분장 안전에 중대한 영향을 미칠 수 있다. 따라서 벤토나이트 완충재의 침식 메커니즘과 침식 정도를 수치 해석적으로 정량화하여 장기적인 벤토나이트 완충재의 성능 및 콜로이드 형성 정도를 평가하는 것이 고준위방폐물처분장의 안전성 평가에 매우 중요하다. 본 기술 보고에서는 동적 벤토나이트 확산 모델을 기반으로 거동이 유사한 영역을 두 개로 분류하여 벤토나이트의 균열 침투 및 콜로이드 형성을 모사할 수 있도록 제안된 모델인 Two-region 모델을 소개하였으며, 이 모델을 이용해 벤토나이트 완충재 침식 정도를 정량적으로 평가하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권2호
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• pp.240-246
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• 2023

친환경적인 태양에너지를 사용하여 대기오염물질인 NO_x를 광화학적 반응으로 변환시키는 연구를 수행하였으며 광촉매를 모르타르 표면에 코팅한 시편을 제조하여 NO_x의 광화학적 전환율을 분석하였다. TiO₂ 광촉매를 거푸집의 하부에 먼저 넣고 시멘트 모르타르를 넣은 후 시멘트 모르타르를 양생시켜 광촉매 코팅된 콘크리트를 제조하였다. 거푸집 바닥에 미리 grease를 도포함으로써 양생 후에 콘크리트가 쉽게 탈형될 수 있도록 하였다. TiO₂ 코팅 양, UV-A 광 세기, 전체 기체 유량, 상대 습도, 그리고 초기 NO_x 농도와 같은 공정 변수를 체계적으로 변화시켜서 광촉매 반응에 의한 NO_x의 전환율을 조사하였다. 제조된 광촉매 코팅된 콘크리트가 다양한 공기 중의 공정 변수 조건에서 NO_x를 성공적으로 전환시키는 것을 확인하였다. 본 연구 결과는 향후 NO_x, SO_x, VOCs 등의 대기오염물질을 효과적으로 제어하기 위한 건물, 터널, 또는 도로와 같은 인프라 시설의 설계를 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 본다.