• 한국가스학회지
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• 제17권2호
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• pp.9-20
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• 2013

고갈가스전은 저류층을 개발할 당시 충분한 탄성파 탐사 및 시추 등을 수행하기 때문에 지질구조와 저류층의 물성 등의 파악이 완료된 상태이므로 가스저장전으로의 전환이 용이하다. 이러한 고갈가스전을 가스저장전으로 전환 시 저류층의 압력을 유지하기 위한 쿠션가스는 재생산을 위해 주입된 워킹가스의 재생산율에 영향을 미친다. 본 연구에서는 쿠션가스와 가스재생산율과의 관계 및 재생산 사이클에 따른 적정 쿠션가스의 양을 분석하기 위해 가스저장전의 주입 및 재생산에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 주입 및 재생산 사이클은 5개월 주입 5개월 생산, 7개월 주입 3개월 생산 두 가지 경우에 대한 분석을 수행하였다. 본 시스템을 대상으로 수행한 분석결과, 5개월 주입 5개월 생산 사이클의 경우 최소 10개의 생산정으로 50%의 쿠션가스를 유지해야 안정적인 생산이 가능하였고, 7개월 주입 3개월 생산 사이클의 경우 12개의 생산정으로 60%의 쿠션가스를 유지해야 안정적인 재생산이 가능한 것으로 산출되었다.

• 터널과지하공간
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• 제29권3호
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• pp.157-171
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• 2019

액체 이산화탄소 파쇄법은 기존 수압 파쇄법에서 물 사용으로 발생하는 환경 문제를 완화시키기 위한 차세대 해결책으로 제안되어 왔으며, 액체 이산화탄소의 낮은 점성도를 이용하여 암석 공극 내 유체 주입을 수월하게 할 수 있다. 본 연구에서는 액체 이산화탄소의 공극 내 주입이 파쇄 과정 중에 발생하는 파쇄 압력, 음향 방출, 균열 형상에 어떻게 영향을 미치는지에 대해 초점을 맞추었다. 이를 위해 점성도가 다른 액체 이산화탄소, 물, 오일을 파쇄 유체로 사용하여 주입 속도를 다르게 하며 인공적으로 제작한 다공성 모르타르 시편을 대상으로 실내실험을 수행하였다. 또한 기존 수압 파쇄법의 주 대상 암종인 셰일 시편의 실험에서 액체 이산화탄소 파쇄법에 의한 셰일의 파괴 특징들을 분석하였다. 실험 결과 이산화탄소 주입 시 균열이 더 비틀린 물결 형상을 띄었으며 특히, 셰일 시편에서는 그 균열 부피가 물 주입에 비해 더 발달하였다. 반면, 파쇄 유체와 파쇄 압력의 관계는 두 시편의 실험에서 반대의 경향을 보였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제18권2호
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• pp.94-101
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• 2015

$CO_2$ 배출을 줄이기 위해서 최근 $CO_2$ 포집 및 저장 기술에 관한 연구가 전세계적으로 활발히 진행되고 있다. 국내에서는 해양퇴적층을 대상으로 한 $CO_2$ 저장 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 $CO_2$ 저장 연구에서 가장 중요한 요소 중 하나는 안전성 확보이다. 지중저장의 안전성 확보를 위해서 저장 $CO_2$의 누출 가능성과 누출 특성을 예측하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 해양지중에 저장된 $CO_2$가 단층을 통하여 누출될 수 있는 시나리오를 가정한 후, 지중공간 내 $CO_2$ 확산 및 누출 거동을 TOUGH2-MP ECO2N을 사용하여 시뮬레이션 하였다. 대상 저장지는 150 m 수심의 대륙붕 해저 825 m 지점에 있는 두께 150 m의 대염수층이고, 누출이 진행되는 경로는 주입정에서 1,000 m 떨어진 단층이다. 저장된 $CO_2$는 주입 압력과 밀도차에 의한 부력에 의해서 이동하게 된다. $CO_2$가 해수면으로 누출되기 위해서는 주입정에서 인가된 압력차가 $CO_2$를 단층 하단에 도달할 수 있게 할 만큼 충분히 커야 한다. 단층 하단에 도달한 $CO_2$는 추가적인 압력 구배가 없어도 부력에 의해서 누출된다. $CO_2$ 주입과 동시에 공극수는 $CO_2$가 누출되기 전까지 지속적으로 해저면으로 누출된다. $CO_2$가 해저면에 도착하면 공극수의 누출은 중단되고, 누출되는 $CO_2$질량에 상응하는 해수가 부력의 반대 작용으로 인해 단층으로 유입되는 것으로 계산되었다. 주입량이 누출에 미치는 영향을 평가하기 위하여 연간 $CO_2$ 주입량 100만 톤, 75만 톤, 50만 톤 에 대한 민감도분석을 수행하였으며, 누출이 일어난 시점은 주입 후 각각 11.3 년, 15.6년, 23.2년으로 계산되었다. 또한, 주입이 종료 된 이후에도 누출은 특정 기간 동안 지속되는 것으로 계산되었다. 누적 주입량 대비 누적 누출량은 연간 $CO_2$ 주입량이 100만 톤, 75만 톤, 50만 톤인 경우, 각각 19.5%, 11.5%, 2.8% 이다.

• 지질공학
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• 제33권1호
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• pp.85-103
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• 2023

점토와 같은 세립질 또는 유기물을 다량으로 함유하거나 다져진 지층을 대상으로 지중(in-situ) 정화를 진행하는 경우, 정화효율이 떨어져 정화비용이 증가하는 등의 한계가 발생한다. 또한, 토양조건이 양호하더라도 균일하지 않은 토질특성과 낮은 투수특성으로 인해 장기간에 걸쳐 정화를 수행하여 완료되는 것이 일반적이다. 본 연구는 기존 지중정화의 한계를 개선하기 위한 방법으로 공압파쇄, 진공추출, 플라즈마 블라스팅을 접목한 기술(PPV공법)의 정화효과 확인과 현장 적용성을 평가하고자 수행하였다. 상대적인 비교를 위하여 본 연구에 적용된 기술을 실험군으로 하고 기존 공법인 화학적산화공법을 대조군으로 하여 TPH로 오염된 토양에서80일에 걸쳐 각각 지중정화를 수행하였으며, 총 4차에 걸쳐 모니터링 시료를 채취하여 정화효과를 비교 평가하였다. 모니터링 결과, 대조군은 정화제 전달효과가 불량하여 오염도의 감소 경향성을 보이지 않는 반면 실험군(PPV공법) 적용에서는 정화시간이 경과함에 따라 뚜렷한 오염도 저감효과가 나타난다. 주입정으로부터 거리별 TPH 최고농도 저감율을 평가하면, 대조군은 경향성이 없으나 PPV공법은 주입정 반경 1 m 이내에서는 62.6%, 1.1~2.0 m에서 90.1%, 2.1~3.0 m에서 92.1%의 정화효과를 보인다. 주입정으로부터 거리별 TPH 평균농도 저감율을 평가하면, 대조군은 실질적인 정화효과가 없으나 PPV공법은 주입정 반경 1 m 이내에서는 53.6%, 1.1~2.0 m에서 82.4%, 2.1~3.0 m에서 68.7%의 정화효과가 확인되었다. TPH 최대 및 평균 오염농도의 변화를 토대로 실험군과 대조군의 정화효율을 평가한 결과, PPV공법은 대조군 대비 149.0~184.8%의 정화효과가 상승하는 것으로 평가할 수 있으며 평균 정화효과 상승률은 약167%이다. 시간경과에 대한 TPH 농도를 분석을 통해 상관관계식을 도출하고 이를 활용하여 최초 농도 대비 80% 저감기간을 평가한 결과 PPV공법을 적용하는 경우 화학적산화공법 적용시보다 184.4%의 정화시간 단축이 가능할 것으로 평가되었다. 다만, 단일 부지에 대한 평가 결과이기 때문에 모든 지층에 동일하게 적용될 수 없으므로 향후 이에 대한 추가적인 연구를 수행하여 그 효과를 보다 면밀히 검토할 필요가 있다.

• 지질공학
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• 제12권1호
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• pp.35-51
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• 2002

본 논문은 화산암지역에 건설되는 비축기지를 대상으로 지표지질조사, 지표단열조사, 시추조사, 수리시험 결과 등을 토대로 지하수유동 수치모델 해석을 통하여 저유공동의 기밀성 요건을 만족시킬 수 있는 수벽시스템을 설정하고, 이러한 시스템 하에서의 공동유입량과 인접시설과의 수리간섭 영향을 평가하였다. 수리지질 안정성 해석을 위한 접근방법 3차원 연속체 수치모델링과 더불어 이의결과를 비교 또는 보완하기 위한 단열망 모델링 해석방법을 병행하였다. 저유공동의 심도를 결정하고 투수성단열의 확률적인 상호연결성 정도를 계산한 결과와 연직 수리경사, 수벽공 효율성, 저유공동과 수벽시스템간 이격거리 등의 제반 요건을 만족시키는 수벽시스템을 계산하였다. 연속체 모델에 의한 저유공동으로의 누수량은 건설기간 중에는 130 ~ 140m$^3$/day, 운영 중에는 약 120m$^3$/day일 것으로 예측되었고, 단열망 모델에서는 80~175m$^3$/day의 범위인 것으로 계산되었다. 신규 시설의 건설로 인하여 기존 시설지구의 함양유역 감소가 불가피하고, 이로 인하여 지하수위 강하 및 유동량의 감소가 발생될 것으로 예상되므로, 보수적인 관점에서 기준 지하수위를 유지하기 위하여 인공적인 수압을 가해줄 수 있는 별도의 지상 혹은 지하의 수직 수벽시스템이 요구된다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제2권3호
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• pp.255-264
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• 2014

본 연구에서는 공동주택의 주요 하자발생 부위인 지하주차장을 대상으로 부위별 누수원인과 보수방안에 대하여 검토하였다. 지하 1층 상부 슬래브의 누수 원인은 슬래브 상부에 조경과 같은 중량물이 설치되고, 공사 중 혹은 기타 요인에 의한 구조물 거동 시 바탕면에 균열이 발생됨에 따라 방수층이 이에 대응하지 못하고 파단되어 누수가 발생된 것으로 판단된다. 보수로는 합성고무계 폴리머 겔을 사용한 방수층 재형성 공법이 안정적이라 판단된다. 층간 슬래브의 경우 수팽창성 아크릴주입재를 사용하여 보수하며, 그 밖에 차량 진출입구는 시트+겔을 복합화한 복합방수와 폴리우레아 시공이 안정적이라 판단된다. 기초바닥과 지하외벽은 지하수의 수압(양압력)이 가해지는 부위로써 일반적으로 합성고무계 폴리머겔을 이용한 배면보수가 효과적이지만 수압이 높아 차수층 형성이 요구되는 시공구간에 대해서는 무수축 시멘트 밀크 그라우트재로 차수막을 형성시킨 후 구조체의 균열부에 수팽창성 아크릴재로 주입보수하는 것이 효과적이라 판단된다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제11권3호
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• pp.229-243
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• 2013

암반 단열을 통한 용질의 이동 및 지연 특성 규명을 위한 현장 실험을 수행하기 위하여 현장 용질이동 실험 장치를 설계하여 한국원자력연구원 부지 내에 건설된 지하연구시설(KAERI Underground Research Tunnel, KURT)에 설치하였다. 현장 용질이동 실험 장치를 주입부, 회수부 그리고, 자료처리부 등 3개의 주요 부분으로 구성하였다. 지하수 유동이 있는 단열을 선정하기 위하여 총 5개의 공을 시추하였으며, BIPS(Borehole Image Processing System)를 이용한 시추공 영상 분석을 통하여 시추공의 단열 특성을 조사하였다. 시추공 영상 분석 결과를 통하여 단열 연결성 분석을 수행한 결과, YH 3-1 시추공과 YH3-2 시추공에 존재하는 단열이 상호 연결성이 높은 것으로 확인되었다. 수리시험을 통하여 현장 실험 대상 단열을 선정하였으며, 용질이동을 관찰하기 위하여 플루오레신, 에오신, 브롬 등의 비수착성 추적자 및 루비듐, 니켈, 사마륨, 지르코늄 등의 수착성 추적자를 이용하여 현장 용질이동 실험을 수행하였다.

• 터널과지하공간
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• 제30권4호
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• pp.320-334
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• 2020

본 수치해석연구에서는 국제공동연구프로젝트 DECOVALEX2019의 Task B의 일환으로 PFC3D를 기반으로한 수리역학연계모델을 개발하여 스위스 Mont Terri 지하연구시설에서 수행된 단층의 유체주입으로 인한 슬립시험을 모사하였다. 이를통해, 개발한 PFC3D 수리역학연계모델이 가진 한계점과 향후 보완할 점을 검토하고자 하였다. PFC3D를 기반으로한 3차원 입자결합모델 내 공극-유동통로모델을 생성하였으며 이를 사용하여 Mont Terri Step 2 단층내 유체주입실험을 모사하였다. 모델링결과 단층대를 따라 주입유체의 유동에 의한 단층대의 변형을 확인하였지만, 관측정에서의 시간에 따른 수압변화는 현장측정치와 부분적으로 일치하는 경향을 확인하였다. 현장측정 관측수압은 초기 유체주입 압력증가에 거의 변화를 보이지 않고 주입수압이 최대치에 도달할때쯤 급격한 증가를 보이는반면, 모델링에서는 주입압력이 증가함에 따라 관측수압도 부드럽게 증가하는 경향을 보였다. 이러한 부분적으로 일치하는 결과의 원인으로는 Mont Terri 현장의 단층을 모사하는 방법에 기인하는 것으로 판단하다. PFC3D에서는 단층을 손상대와 코어균열의 조합으로 모사하였고 단층대의 두께가 약 2 m로 주입유체가 단층대를 통해 유동하도록 모사하였기에 현장에서의 주입유체의 단층내 유동보다 그 유동범위가 크게 모사되었다고 판단한다. 또한, 현장단층에서와 같이 단층내부에 존재하는 충진물질로 인해 단층내 수리유동이 제한되어 국부적으로 과잉공급수압이 형성될 수 있는 기재를 모사하지 못한 점 또한 모델링 결과와 현장측정결과가 부분적으로 일치하는 원인일 수 있다. 단층변형의 경우는 모델링결과와 현장측정결과 유사한 수준으로 일치하는 결과를 확인하였다. 수치모델을 변형하여 단층대의 두께를 감소시키고 단층내 충진 물질의 비균질적인분포를 모사할 수 있는 방법론에 대한 후속 연구를 통해 PFC3D 수리역학연계모델의 유체주입으로 인한 단층활성화 연구로의 적용성을 향상시키는 것을 제안하고 한다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제12권5호
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• pp.771-783
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• 2017

Using a transparent fracture replica with aperture size and water-cement ratio (w/c), the factors affecting the penetration behavior of rock grouting were investigated through laboratory experiments. In addition, the waterproof efficiency was estimated by the reduction of water outflow through the fractures after the grout curing process. Penetration behavior shows that grout penetration patterns present similarly radial forms in all experimental cases; however, velocity of grout penetration showed clear differences according to the aperture sizes and water-cement ratio. It can be seen that the waterproof efficiency increased as the aperture size and w/c decreased. During grout injection or curing processes, air bubbles formed and bleeding occurred, both of which affected the waterproof ability of the grouting. These two phenomena can significantly prevent the successful performance of rock grouting in field-scale underground spaces, especially at deep depth conditions. Our research can provide a foundation for improving and optimizing the innovative techniques of rock grouting.

• Geomechanics and Engineering
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• 제8권5호
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• pp.675-685
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• 2015

Weathering is the breaking/cutting down process of rocks due to physical and chemical processes in natural as well as artificial environment including $CO_2$ injection for storage in the sediment, or natural resource recovery process. This study suggests an alternative method to estimate the degree of weathering for granites. A series of laboratory and field experiments are performed to measure electrical resistivities on various rock samples experienced different degrees of weathering and their residual soils under different saturation conditions. It is found that the normalized electrical resistivity increases with a decrease in water absorption and the saturation. Simple boundaries are suggested to identify the weathering degree of granites, based on limited data. Field test results for three sites confirm that the suggested method could be estimated well the degree of weathering of granites compared with the other methods suggested previously. Although further research is required, this study suggests that an electrical resistivity could be an effective approach to estimate the degree of weathering of granites compared with the other methods suggested previously.