• 터널과지하공간
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• 제33권3호
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• pp.189-207
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• 2023

In the present study, the thermoshearing experiment on a rough rock fracture were modeled using a three-dimensional grain-based distinct element model (GBDEM). The experiment was conducted by the Korea Institute of Construction Technology to investigate the progressive shear failure of fracture under the influence of thermal stress in a critical stress state. The numerical model employs an assembly of multiple polyhedral grains and their interfaces to represent the rock sample, and calculates the coupled thermo-mechanical behavior of the grains (blocks) and the interfaces (contacts) using 3DEC, a DEM code. The primary focus was on simulating the temperature evolution, generation of thermal stress, and shear and normal displacements of the fracture. Two fracture models, namely the mated fracture model and the unmated fracture model, were constructed based on the degree of surface matedness, and their respective behaviors were compared and analyzed. By leveraging the advantage of the DEM, the contact area between the fracture surfaces was continuously monitored during the simulation, enabling an examination of its influence on shear behavior. The numerical results demonstrated distinct differences depending on the degree of the surface matedness at the initial stage. In the mated fracture model, where the surfaces were in almost full contact, the characteristic stages of peak stress and residual stress commonly observed in shear behavior of natural rock joints were reasonably replicated, despite exhibiting discrepancies with the experimental results. The analysis of contact area variation over time confirmed that our numerical model effectively simulated the abrupt normal dilation and shear slip, stress softening phenomenon, and transition to the residual state that occur during the peak stress stage. The unmated fracture model, which closely resembled the experimental specimen, showed qualitative agreement with the experimental observations, including heat transfer characteristics, the progressive shear failure process induced by heating, and the increase in thermal stress. However, there were some mismatches between the numerical and experimental results regarding the onset of fracture slip and the magnitudes of fracture stress and displacement. This research was conducted as part of DECOVALEX-2023 Task G, and we expect the numerical model to be enhanced through continued collaboration with other research teams and validated in further studies.

• 한국자원식물학회:학술대회논문집
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• 한국자원식물학회 2020년도 추계국제학술대회
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• pp.61-61
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• 2020

This experiment was carried out using artificial bed soil and LED in the plastic film house(irradiation time: 07:00-17:00/day). Seedlings(n=63 per 3.3 m²) of ginseng was planted on May 17, 2018. LED was combined with red and blue light in a 3:1 ratio and irradiated with different light intensity(40-160 µmol/m²/s). Average air temperature from April to September according to the light intensity test was 20.4℃-20.9℃. Average artificial bed soil temperature was 20.1℃-21.7℃. The test area where fluorescent lamp was irradiated tended to be somewhat lower than the LED irradiation area. The chemical properties of the test soil was as follows. pH levels was 6.6-6.7, EC levels 0.9-1.3 dS/m and OM levels 30.6-32.0%. The available P₂O₅ contents was 73.3-302.3 mg/kg. Exchangeable cations K and Ca contents were higher than the allowable ranges and mg content was high in the fluorescent lamp treatment. The photometric characteristics of LED light intensity are as follows. The greater the light intensity, the higher the PPFD(Photosynthetic Photon Flux Density) value, illuminance and solar irradiation. Fluorescent lamp treatment had high illuminance value, but PPFD and solar irradiation were lower than LED intensity 40 µmol/m²/s treatment. The photosynthetic rate increased(2.0-3.8 µmolCO²/m²/s) as the amount of light intensity increased, peaking at 120 µmol/m²/s, and then decreasing. The SPAD (chlorophyll content) value decreased as the amount of light intensity increased, and was the highest at 36.1 in fluorescent lamp treatment. Ginseng germination started on April 5 and took 14-17 days to germinate. The overall germination rate was 68.8-73.6%. The growth of aerial parts(plant height etc.) were generally excellent in the treatment of light intensity of 120-160 µmol/m²/s. The plant height was 41.9 cm, stem length was 24.1 cm, leaf length was 9.8 cm and stem diameter was 5.6 mm. The growth of underground part (root length etc.) was the best in the treatment with 120 µmol/m²/s of light intensity. Due to the root length was long(24.8 cm) and diameter of taproot was thick(18.7 mm), the fresh root weight was the heaviest at 24.8 g. There were no disease incidence such as Alternaria blight, Gray mold and Anthracnose. Disease of Damping-off caused by Rhizoctonia solani occurred 0.6-1.5% and incidence ratio of rusty root ginseng was 30.8-62.3%. It is believed that the reason for the high incidence of rusty root ginseng is that the amount of field moisture capacity of artificial bed soil is larger than the soil. Leaf discoloration rate was 13.7-32.3%.

• 터널과지하공간
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• 제34권2호
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• pp.104-126
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• 2024

완충재 및 뒤채움재는 심지층처분시스템 공학적방벽 구성요소로 고준위방사성폐기물을 안전하게 격리하고 폐기물로부터 유출되는 방사성핵종의 누출을 지연시키는 데 필수적인 역할을 한다. 완충재 및 뒤채움재로는 팽윤특성을 보이는 벤토나이트 혼합물의 사용이 고려되고 있으며 주변 암반으로부터 과도한 지하수의 유입은 이러한 공학적방벽의 안정성과 효율성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 심층처분장의 안전성 확보를 위해서는 완충재 및 뒤채움재의 엄격한 품질기준 및 현장관리 방안수립과 유입 지하수를 처리할 수 있는 기술이 요구된다. 본 고에서는 다양한 실험실 시험뿐만 아니라 스웨덴 Äspö Hard Rock Laboratory에서 수행된 처분터널 1/2 규모의 Steel Tunnel Test 사례를 심층 분석하여 완충재 및 뒤재움재의 설계 요구사항을 파악하고 현장실험 사례를 통해 파악된 품질관리 요소 및 방안을 소개하였다. 또한, 완충재 및 뒤채움재의 현장시공 안정성과 효율성을 확보하기 위한 처분갱도에서의 유입 지하수 처리방법에 대해 소개하고 벤토나이트 펠렛 채움 내의 지하수 저장능력과 토목섬유(geotextile) 사용 효과에 대한 검증 결과를 소개하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제9권4호
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• pp.279-290
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• 2006

이 연구에서는 다양한 시추공 레이다 탐사법 중, 지하 갱도의 탐지에 사용이 가능한 (1) 시추공 레이다 반사법 탐사, (2) 방향성 안테나를 이용한 반사법 탐사, (3) 크로스홀 스캐닝(crosshole scanning), (4) 레이다 토모그래피 등의 4 종류 시추공 레이다 탐사법의 터널 탐지에 대한 적용성과 한계성을 탐사 사례 분석을 통해 고찰하였다. 시추공 레이다 반사법 탐사의 터널로부터 회절 양상은 완벽한 포물선 형태보다는 상부 포물선만 명확히 나타난 형태가 많았고 그 회절 이벤트는 정점을 기준으로 아래, 위 10 m 이상에 이르는 트레이스 까지 나타났다. 또한 안테나의 길이에 비해 시추공의 공경이 커지면 링잉 현상이 많이 발생함을 확인하였다. 송 수신 거리(offset)에 따라 신호의 양상이 많이 달라지며 현장여건에 따라 송 수신 거리를 조절하면 더 좋은 분해능의 자료를 획득할 수 있을 것이다. 방향성 안테나 시스템은 한 시추공만을 이용하여 터널의 3차원적인 위치를 정확히 판별할 수 있는 장점이 있으나 장비의 가격이 고가이며, 현장 작업의 난이도가 매우 높고, 시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 크로스홀 스캐닝는 터널의 유무에 대한 좋은 지표가 될 수 있음을 알 수 있었으며 시추공 레이다 반사법 탐사와 같이 사용된다면 높은 신뢰도의 결과를 낼 수 있을 것이다. 레이다 토모그래피는 터널을 영상화함과 동시에 주변의 지반 물성을 얻게 되어 지하구조 파악에 효과적이라고 할 수 있다. 위의 결과를 토대로 경제적이고 효과적인 터널 탐지 방법을 제안하면, 먼저 시추공 레이다 반사법 탐사를 수행하여 이상 징후를 탐지 한 후, 주변의 시추공 상황에 따라 크로스홀 스캐닝이나 방향탐지 안테나를 도입하여 확인하는 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제34권4호
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• pp.374-392
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• 2024

고준위방사성폐기물 심층처분 시, 부지선정을 성공적으로 진행하기 위해서는 단계별 접근법과 그에 따라 국내 지질환경에 적합한 지질환경특성 평가인자의 체계적인 선정 및 조사평가가 중요하다. 본 연구에서는 실제 처분시설이 위치할 것으로 예상되는 고심도의 암반대수층을 대상으로, 수리지질분야의 가장 핵심적인 평가인자로 고려되고 있는 수리전도도 특성을 평가하였다. 특히 국내에 분포하는 다양한 암종지역(화강암/화산암/편마암/이암)에서 각각 500 m 이하 750 m에 이르는 깊은 심도까지, 직접 시추공 내 수리시험을 수행하여 현지 압력-유량 자료를 획득하고, 검증된 해석방법을 통해 암종별/심도별 수리전도도 값을 도출한 일련의 수행 과정과 분석 결과들은 국내 최초의 종합적 고심도 수리특성 연구 시도라 할 수 있다. 이를 위해, 본 연구를 통해 자체적으로 개발된 정밀수리시험장비가 사용되었으며, 표준시험법을 바탕으로 한 상세조사절차가 현장시험에 적용되었다. 분석 결과, 화강암/화산암/편마암 지역에서 모두 평균 10^-9 m/s 범위의 수리전도도 값이 나타났으며, 이암 지역에서는 이보다 100배(2 order)정도 낮은 수준인 평균 10^-11 m/s 수리전도도 값이 도출되었다. 또한 암반절리가 다수 포함되어 있는 균열암반대수층인 화강암과 화산암 지역에서는 전체적으로 심도에 따라 투수성이 약간 감소하는 경향을 보였다. 편마암 지역은 심도보다는 지층의 암상과 그에 따른 파쇄대의 발달 여부에 따라 국부적으로 투수성 차이가 큰 경향을 나타냈다. 균열 발달이 미약한 이암 지역에서는 심도에 따른 암반 투수성의 변동이나 뚜렷한 경향성이 관찰되지 않았다. 본 연구에서 제시된 암종별/심도별 수리전도도 결과 자료들은 국내 처분부지 선정과 처분시설 설계 및 건설을 위한 기반 데이터베이스 구축에 활용될 것으로 기대된다.

• 환경정책연구
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• 제9권2호
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• pp.157-184
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• 2010

본 논문에서는 실질적인 기후변화에 따른 지하수 함양량 산정 모델 개발 및 관리방안을 마련하기 위하여 기후변화에 따른 지하수 함양량 변화를 산정하는 방법론을 제시하였고, 지리정보시스템을 활용하여 연구지역의 미래 시기별 지하수 함양량을 추정하였다. 이를 바탕으로 향후 기후변화에 따른 지하수 수자원 통합관리방안에 대한 정책적 사항을 제안하였다. 연구지역은 낙동강 본류를 포함하는 경상북도 칠곡군, 구미시 일부 및 대구시 북구 일부이며, 최종 연구결과는 미래 기후변화에 따른 시기별 강우량, 함양률, 함양량을 추정하였다. 함양량 및 함양률은 기후변화에 따른 강우량의 변화와 함께 변화하는 추세를 나타내고 있는 것으로 파악되었다. 본 논문에서는 기존의 기후변화와 지하수 함양량의 불명확한 관계를 정량적으로 분석하였으며, 미래 기후변화 예측 결과를 반영한 연구지역 내 지하수 함양률 변화를 시-공간적으로 산정하고, 기존 산정 결과와의 비교를 통해, 향후 기후변화를 고려한 국내 지하수 수자원의 관리방안 수립을 위한 방향을 제시하고자 하였다. 앞으로 연계모델의 고도화 방안 및 현장조사가 추가된다면 보다 정량적으로 기후변화와 지하수 함양량의 상관관계를 파악할 수 있으며, 향후 수자원으로 이용이 증가될 지하수의 전반적인 관리 및 효율적인 운영체제 구축을 위한 한 축을 차지할 수 있다는 점에서 중요성이 있다고 하겠다.

• 자원환경지질
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• 제39권2호
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• pp.163-171
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• 2006

본 연구는 단열지질조사를 통한 대상지역의 지하수 단열 모델을 규명하여 지하수를 개발한 사례이다. 경기도 문산 동쪽에 위치하고 있는 산업시설물에서는 시설물 유지에 필요한 용수 수급용 지하수개발이 요구되었다. 지하수 개발 대상 지역은 $0.15Km^2$ 면적으로 제한되어 있었을 뿐만 아니라, 지하 매설물, 건물 등의 시설물을 피하여 선정, 개발해야 되는 매우 어려운 지리적 조건을 가지고 있었다. 지하수 개발 대상지역은 지하 매설물이 설치되어 있어 지구물리탐사가 불가한 곳으로 지질조사에만 의존하여 지하수개발을 수행하였다. 편마암의 엽리와 암상조사로 엽리 궤적도를 작성하며 조사대상지역에 발달하고 있는 남북방향 습곡축의 향사형 습곡이 인지되었다. 동서방향의 지질단면 분석에서는 아이스크림 스푼 모양의 F2 향사형 중첩습곡이 해석된다. 광역조사에서 인지된 $N20^{\circ}E,\;N30^{\circ}W$, NS 주향의 단층연장 상에 위치하는 평평한 조사대상지역에 수반성 인장단열들의 존재 가능성을 예측하였다. 우수향 운동감각을 갖고 있는 $N20^{\circ}E$ 단층 은 F2 향사형 습곡에 발달하고 있는 두 조의 요곡성 공액형인 P-전단단층으로 해석된다. NE 주향 지질단면상에서, $N20^{\circ}E$ 단층과 엽리 간의 교각으로 약 100m 심도에서 지하수저장이 가능한 삼각 프리즘형태의 공간형성이 가능함을 알 수 있어, 중첩습곡의 서쪽 날개 쪽이 지하수개발 가능지역으로 예측하였다 또한 $N40^{\circ}E$ 단층도 지하수공급원이 될 수 있다. 단열지질조사와 단면해석을 기초로 하여 $N20^{\circ}E$와 $N40^{\circ}E$ 단층을 따라서 지하수 개발가능 위치를 선정하였으며, $N20^{\circ}E$ 단층선 상에 위치한 한 지점을 선정한 결과 이곳에서 145 ton/day의 지하수를 개발하였다. 결론적으로 개발에 성공한 지하수는 중첩습곡에 수반된 요곡단층과 엽리 교차로 형성된 지하수 저장고의 불투수 공간으로부터 공급된 것으로 해석되었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제24권4호
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• pp.194-201
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• 2021

유도분극 효과는 지층 내 광물입자와 공극수 사이 계면에서의 전기화학적인 반응에 의해 발생하는 것으로 알려졌다. 광대역 유도분극 탐사는 다중 진동수의 교류전류를 지하로 송신할 때 측정되는 위상과 전기비저항 스펙트럼으로부터 지층 내 이상 구간을 파악하는 전기탐사 기술이다. 이 기술은 다양한 광물탐사에서 효과적으로 적용되고 있다. 경기도 포천시 관인면 고남산 일대에는 티탄철광석을 개발하는 광산이 운영되고 있다. 이 광석에는 0.4% 이상의 바나듐을 함유하고 있어서 함바나듐 티탄철광상으로 분류된다. 바나듐은 바나듐 레독스 흐름전지의 핵심원료이고, 이 전지는 대용량 에너지 저장시설에 적합한 것으로 알려졌다. 신규 잠두광체의 부존 여부를 파악하고, 잠재 자원량을 산정하기 위하여 체계적인 광물탐사가 이뤄졌다. 물리탐사에서 노두와 시추코어 시료를 이용한 실내 암석 물성 측정결과는 현장자료부터 신뢰할 수 있는 물성 모델을 생성하는데 도움이 된다. 따라서 이 연구는 함바나듐 티탄철광상의 광석과 주변암석사이의 유도분극 특성 차이를 이해하고, 이를 바탕으로 광대역 유도분극의 VTM 광상 탐사 적용성을 파악하고자 실내 광대역 유도분극 연구를 수행했다. 연구결과 갱도와 시추코어에서 확인한 광석의 위상과 전기비저항 스펙트럼 형상은 몬조섬록암과 석영 몬조섬록암으로 이루어진 주변모암의 스펙트럼 형상과 확연하게 달랐다. 암석의 유도분극 특성은 주로 100 Hz 이하의 진동수에서 반응 차이를 가지게 만든다. 이 진동수 영역에서 광석과 주변 암석의 평균 위상과 평균 전기비저항을 계산했다. 가장 낮은 진동수인 0.1 Hz 진동수에서 광석의 평균 위상은 -369 mrad, 주변 암석은 -39 mrad 이었다. 같은 진동수에서 광석의 평균 교류 전기비저항은 16 Ωm, 주변 암석은 2,623 Ωm이었다. 광석의 실내 광대역 유도분극 특성은 주변 암석과 상당한 차이가 나므로 광대역 유도분극 탐사가 함바나듐 티탄철광상 광물탐사에 효과적으로 적용할 수 있고, 이러한 특성은 현장 탐사 자료를 해석하는 데 도움이 될 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제32권6호
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• pp.491-501
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• 2022

벤토나이트는 고준위 방사성 폐기물 처분장의 완충재 및 뒷채움재의 주재료로 고려되고 있다. 처분환경에서 벤토나이트는 열-수리-역학-화학적 복합적 거동을 겪게 된다. 본 연구는 제작된 수화거동 실험용 셀을 사용하여 수화 조건에서 벤토나이트의 거동 특성을 X선 단층촬영 기술을 이용하여 평가하고자 하였다. 플라스틱재료로 만들어진 원통형 셀은 상부의 탈착식 캡을 이용하여 시료 상부에 수직응력을 가하거나 팽윤압을 측정할 수 있도록 제작하였다. 수화실험은 건조밀도 1.4 g/cm³, 함수율 20%의 조건으로 제작된 경주 벤토나이트 블록시료로 수행되었다. 샘플의 직경은 27.5 mm, 높이는 34 mm 이며, 수화 실험 중 0.207 MPa의 일정한 압력으로 물을 주입하였으며, 7일 동안 수화실험을 지속하였다. 하루 동안 수화 과정을 거치면서 벤토나이트가 팽창하여 셀 내부의 공간을 채우는 것을 확인하였다. 또한, 샘플의 X선 CT값의 히스토그램 분석을 통해 수화 과정 초기의 샘플 밀도 증가와 이후 점진적인 밀도 감소가 발생함을 평가할 수 있었다. 평균 CT 값, CT값의 표준 편차, CT값 변화량에 대한 분석을 통해 샘플의 수화 과정에 대한 자세한 정보를 확인할 수 있었다. 즉, 수화 시작 후 2일 동안 시료 하부 및 상부 영역은 밀도가 감소하고 중간 영역은 밀도가 증가하였다. 그 후 수화가 진행되면서 샘플의 각 위치에서의 밀도 변화는 초기 샘플의 밀도와 비교할 때 그 차이가 점차 감소함을 확인하였다. 샘플 내 균열의 형성과정과 이후 감소되는 현상도 X선 단층촬영에 의해 확인되었다.

• 터널과지하공간
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• 제34권4호
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• pp.393-412
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• 2024

고준위방사성폐기물 처분부지 선정에 있어 부지의 수리지질학적 연구는 매우 중요하며, 수리전도도와 저류계수 등이 대표적 수리지질학적 인자이다. 본 연구는 원주지역 심부 화강암반을 대상으로 두 가지 다른 종류의 현장수리시험 장비와 방법으로 획득한 수리전도도를 비교 분석하여 심부 화강암반의 수리특성을 파악하였다. 하나는 지하수 관정 자동 주입 시스템 장비를 활용하여 최대 심도 602.0 m에 대해 루전시험, 정압주입시험, 슬러그시험을 수행하였고, 산정된 수리전도도는1.26E-9 ~ 4.16E-8 m/s의 범위를 보였다. 전체 심도에서 수리전도도의 최대와 최소 차이는 약 33배로 나타났고, 동일 시험 구간에서 시험 방법이나 해석방법에 의한 차이는 1.13 ~ 8.25배로 나타났다. 다른 하나는 대심도 수리특성 조사 시스템을 활용하여 최대 심도 705.1 m에 대해 정압주입시험, 펄스시험을 수행하여 산정된 수리전도도는 1.60E-10 ~ 2.05E-8 m/s으로 최대와 최소 차이는 약 130배 정도로 나타났다. 정압주입시험에서 해석방법에 따른 차이는 1.02 ~ 2.8 배로 나타났다. 두 시험 장치와 방법에서 산정한 수리전도도는 대체로 E-9와 E-8 m/s로 유사한 범위를 보였으며, 심도에 따른 뚜렷한 경향은 관찰되지 않았다. 현장수리시험이 수행된 원주지역 화강암반은 낮은 또는 매우 낮은 암반투수성을 보임을 알 수 있었고, 적용된 시험 장치와 시험 방법에 따라 측정할 수 있는 수리전도도 범위나 적용 심도 등의 차이가 존재하나 대체로 신뢰할 수 있는 결과를 제시한 것으로 판단된다.