• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2006년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.229-238
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• 2006

암반터널굴착을 위한 발파시 이로 인한 암반의 최종 손상영역을 예측하는 것은 터널의 안전성을 위해 매우 중요하다. 그러나 복잡한 발파거동은 손상영역을 적절히 예측하는데 상당한 어려움이 있다. 이러한 어려움을 효과적으로 해결하기 위해 발파하중을 응력파와 가스압으로 분리한 많은 연구가 진행되었다. 응력파는 발파공 주위에 분쇄한(crushing annulus)과 파쇄균열대(fracture zone)를 형성시키며, 상당시간 지속되는 준정적인 가스는 파쇄균열대의 닫힌 균열내부에 침투하여 균열을 다시 진행시키는 역할을 하게 된다. 즉, 가스압은 최종적으로 암반에 손상을 가하는데 기여를 한다. 따라서 본 논문은 이러한 가스압에 의해 생성되는 균열의 최종 진행 길이를 예측함으로써 발파로 인한 최종 손상영역을 간단하게 예측할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 이를 위해 무한 탄성평면에서 발파공 주위에 대칭으로 형성되는 균열을 모델로 사용하였다. 이 모델에서 균열이 진행할 수 있는 조건과 가스의 질량이 일정하다는 두가지 조건을 사용하였다. 그 결과 응력집중계수는 균열이 진행할수록 감소하여 최종균열의 길이를 예측할 수 있었고, 그와 동시에 발파공에 작용하는 압력도 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2003년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.250-254
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• 2003

본 연구에서는 여러가지 해석해를 이용하여 균열암반 대수층에서 얻어진 양수시험자료를 해석하였다. 균열암반 대수층의 수리적 특성을 연구해 본 결과, 1.3차원에서 2.9차원까지 다양한 분포 차원을 나타나며, 양수시험 자료중 52%에 해당하는 자료가 1차원과 2차원 사이의 분할 유동차원을 보여준다. 이에 대하여 6.3%만이 Theis 이론에 맞는 2차원의 방사상 흐름을 보여준다 2∼3차원의 대수층이 암반대수층에서 나타나기는 어려우며, 만약 2차원 이상으로 해석되는 경우는 다른 방향으로 해석하는 것도 검토해야 한다. 즉, Leaky, constant head boundary, no flow boundary 등을 고려해야 한다.

• 화약ㆍ발파
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• 제19권1호
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• pp.85-92
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• 2001

본 논문에서는 암굴착시 발파에 의한 암반사면의 균열방지 및 사면안정 재고를 위하여 대 구-포항간 고속도로 건설현장에서 시험발파를 실시하고 그 결과를 분석하여 천공깊이별 안전 발파패턴을 제시하였다. 또한 현지 탄성파 속도를 측정하여 발파에 의해 암반에 미치는 균열상태를 조사한 결과 탄성파속도의 감소가 40 ∼ 53%로서 암반 중에 균열을 발생시킨 것으로 나타났다. 발파진동 계측결과를 분석하여 암반에 균열을 일으킬 수 있는 진동속도 기준을 설정하여 균열권 범위를 추정하였으며 사면의 기하학적 형상을 고려하여 손상대를 최소화 할 수 있는 적정 안전설계 패턴을 제시하였다.

• 터널과지하공간
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• 제21권2호
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• pp.128-137
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• 2011

수직 시추공에 대한 일반적인 수압파쇄시험으로부터 구해지는 균열폐쇄압력은 암반의 최소수평주응력을 직접 나타내기 때문에 현지암반의 응력분포양상을 해석하는데 있어서 매우 중요한 요소이다. 그러나 수압파쇄균열의 거동과 현지암반의 응력분포양상의 관계로 인하여 대부분의 경우 이 균열폐쇄압력은 수압파쇄 압력이력곡선 상에서 애매모호한 값으로 나타난다. 본 연구에서는 수압파쇄시험으로부터 균열폐쇄압력을 산정하기 위하여 여러 연구자들에 의해 제안된 기법들의 특성을 비교해 보고자 수치해석을 실시하였다. 즉, 유체의 가압에 의한 암반 내 균열의 발생이라는 수압파쇄의 특성을 모사하기 위하여 H-M couple 해석을 적용하였으며, 또한 수치해석 모델의 형상학적 특성에 따른 균열의 전파양상을 검토하기 위해 4가지 서로 다른 형태의 요소망을 구축하여 해석을 실시하였다. 각각의 요소망에 대한 수치해석 결과, 그래픽 방법이 통계적 방법에 비해 상대적으로 낮은 수준의 균열폐쇄압력을 보였으며, 따라서 시험공 주변에서의 응력 이상대의 존재 및 복잡한 메커니즘을 수반하는 수압파쇄균열의 발생양상을 감안할 때 수압파쇄시험에 의한 균열폐쇄압력의 산정시 특별한 주의가 요구된다.

• 터널과지하공간
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• 제13권1호
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• pp.20-32
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• 2003

균열암반에서 콜로이드를 동반한 방사성 핵종의 이동을 핵종붕괴사슬과 주변암반으로제한적 분자확산을 고려하여 모사하였다. 암반 내 핵종 이동을 모사하기 위한 핵종이동 시스템과 지배 방정식 및 초기/경계 조건을 설정하여 반 해석해를 도출하였으며, 수치적 라플라스 역변환을통하여 반해석해의 검증을 실시하였다. 유사콜로이드의 반응상수가 균열 내에 미치는 영향과 콜로이드의 여과작용이 핵종이동에 미치는 영향 그리고 주변 암반으로 제한적 확산이 핵종이동에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. 지하수 내에 존재하는 유사 콜로이드의 양이 많아질수록 균열 내 방사성 핵종이동의 가속현상이 크게 나타났으며 여과 계수가 모든 핵종에 대하여 $10^{-3}$ (m$^{-1}$)보다 클 경우 여과에 의한 핵종 지연을 무시할 수 없었다. 콜로이드 존재로 인한 핵종가속과 더불어, 주변암반으로 방사성핵종의 분자확산이 제한적일 경우에 예측된 핵종가속현상은 확산깊이가 적을수록 더 커지는 것을 알 수 있었고, 이때 가속에 영향을 주는 유효확산깊이가 존재하는 것을 발견할 수 있었다. 또한 주변암반의 저지계수가 클수록 제한적 확산깊이에 따른 핵종들의 가속범위의 증가를 볼 수 있었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제27권2호
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• pp.176-188
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• 1995

지하처분된 방사성핵종의 이동 해석방식으로서 입자추적법을 도입하였다. 입자추적법은 암반균열대와 같은 흐름장이 불균일하고 복잡할 때 물질이동을 모사할 수 있는 방법이다. 암반층에서 방사성핵종은 주로 암반사이에 발달한 균열을 따라 이동하는데, 초기연구자들은 균열틈을 평행판 사이의 간격으로 가정하였으나, 실제 균열은 이보다 복잡다양해서 실제 물질 이동과는 상당한 오차가 존재하였다. 이 논문에서는 이를 극복하기 위해 가변균열폭 국부통로모형을 도입하여, 균열대 내부는 2차원적인 균열폭의 분포를 가지며, 핵종은 균열내에서 상대적으로 큰 균열폭을 따라 이동이 주로 일어나는 국부이동이 라는 점을 제시하였다. 또한 개발한 이동모델의 타당성 입증차원에서 자연균열을 가진 화강암을 사용하여 방사성 핵종 이동 실험을 수행하였다. 추적자로서 지하수와 같은 이동특성을 가진 삼중수소와 요오드를 사용하였다. 화강암 균열대 특성을 파악하기 위해 균열이 있는 윗 암석면에 11개의 시추공을뚫고 수리전도 시험을 수행하였다. 실험자료와 전산모사치를 비교해 본 결과, 가변균열폭국부통로 개념에 물질이동모델로 입자추적법을 결합한 모델이 암반균열에서 핵종이동 해석방법으로 유용하였다. 또한 핵종은 균열 내에서 상대 적으로 큰 국부통로를 따라 주로 이동하며, 이동방향과 직각인 암반매질내로 확산도 상당한 비율로 일어났다.

• 터널과지하공간
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• 제14권4호
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• pp.248-260
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• 2004

응력 증가에 의한 취성 암석의 손상은 미세균열의 개시로부터 시작하여 각 개별 균열들의 전파 및 결합에 의해 거시적인 파괴면을 발생시킨다. 전통적으로 암반의 손상 및 파괴현상을 설명하기 위해 거시적인 파괴 기준이나 탄소성 모델과 같은 연속체적인 접근법이 주류를 이루어왔다. 하지만 개별적인 균열들의 개시와 전락 과정을 명시적으로 고려할 수 있다면 현상론적인 관점에서 보다 실제에 가까운 암석 손상 및 파괴 과정을 재현할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 암석의 균열 진전 모델링을 위해 개발된 경계요소 코드인 FRACOD를 이용하여 암석의 손상 및 파괴 과정을 모사한 결과를 제시한다. 수치일축압축시험을 통해 개발된 모델의 적정성을 검증하고 암반의 치수효과를 고려한 현실적인 암석 파괴 과정을 재현하였다. 또한 이러한 접근법의 적용 사례로서, 실제 굴착이 진행중인 심부 수갱 암반 주변에서 심도와 암반 특성에 따라 균열 진전과 이에 따른 암반 손상의 범위를 예측한 결과를 제시하였다. 이 접근법은 취성도가 큰 암반에서 발생하는 안정성 문제에 대한 공학적인 해법을 찾는데 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제9권2호
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• pp.149-157
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• 1999

불연속 변형 해석법(Discontinuous Deformation Analysis Method)은 1988년에 Shi에 의해 개발되었으며, 암반-구조물 상호작용 모델링에 매우 효율적인 해석법이다. 이 해석법에서 암반은 유한하고 변형가능한 블록으로 간주되며, 암반의 대변형 및 이동이 가능하다. 그 후, DDA 방법에 대한 여러가지 보완사례가 발표되었으나, 균열이 발달한 암반의 지표 또는 지중 굴착 모델링에 긴요한 지하수-암반블록 상호작용 모델링은 불가능하다. 본 논문에서는 암반 블록 사이의 수리 력학적 커플링을 고려하기 위한 새로운 방법이 제시된다. 또한, 이 방법이 보완된 새로운 DDA해석법의 적용 예가 제시된다. 본 연구결과 암반 균열 사이를 흐르는 지하수는 터널의 안정성에 나쁜 영향을 미친다는 사실이 확인되었다.

• 지질공학
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• 제31권4호
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• pp.719-730
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• 2021

본 연구는 무진동·무소음 암반 굴착을 위해 개발된 수압암반절개공법의 효율적인 굴착을 위하여 수압암반절개시스템의 패커 및 주입 시스템을 개량하였으며, 또한, 현장 실험을 수행하여 개선된 시스템의 효율성을 평가하였다. 수압파쇄균열은 누수로 인한 주입 압력의 손실로 인하여 균열확장 및 균열성장에 제한이 발생하였으나, 단일 패커의 팽창에 따른 인장응력에 의한 인장 변위는 암반 굴착을 용이하게 하였다. 현장 실험 자료를 바탕으로 수행한 수치해석결과는 현장 실험에서 형성된 균열의 발달을 모사할 수 있는 것으로 평가되었다.

• 터널과지하공간
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• 제30권4호
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• pp.306-319
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• 2020

사용후핵연료의 심층처분 사업에서는 처분장 주변 모암의 수리역학적 성능을 저하시키는 굴착손상영역의 특성화가 중요하다. 이에 DECOVALEX-2019 프로젝트의 Task G에서는 균열암반 수치해석 모델을 구축한 후 암반 주변의 굴착손상영역의 수리역학적 거동을 모사하고, 구축한 모델로 처분장의 운영 시에 장기적으로 야기될 수 있는 추가적인 수리학적 변화를 관찰하였다. 과업의 첫 번째 단계에서는 2차원 균열암반 모델을 구축하여 수치해석 기법의 특성을 파악하고, 두 번째 단계에서는 3차원 균열암반 모델로 확장 후 스웨덴 애스푀 지하연구시설(Äspö Hard Rock Laboratory) 내 TAS04 간섭시험 결과와 비교하여 수치해석 모델을 검증한 후, 세 번째 단계에서는 열과 빙하 하중에 의한 영향을 반영하여 균열암반의 수리역학적 반응을 순차적으로 확인하였다. 과업의 전 과정에서 유한요소법과 개별요소법으로 균열암반에서의 수리역학적 분석을 수행하였으며, 균열의 기하학적 특성을 반영 및 굴착손상영역을 반영하는 과정에서 각 수치해석 기법에 따라 다양한 접근방법으로 고려하였다. 따라서 본 연구는 향후 결정질 균열암반에 사용후핵연료 처분장을 계획할 시 수치해석 단계에서 채택될 수 있는 다양한 접근 방법과 고려해야 할 사항들을 제시할 수 있을 것으로 전망한다.