• 터널과지하공간
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• 제13권5호
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• pp.389-396
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• 2003

본 연구는 정상류 Navier-Stokes 방정식에 섭동(perturbation) 이론을 적용하여 주기함수 간극에 대한 삼승법칙의 수정에 대해 논하였다. 이를 위해, 주기함수를 진폭과 파장에 대한 무차원 함수로 전환한 뒤 미소 계수에 대한 무차원 유동함수와 연속 방정식을 적용하였다. 이러한 과정을 통해 정상류 Navier-Stokes 방정식의 섭동 근사해를 구하였으며 이를 유한 차분법에 적용하였다. 단일 절리 모델에 대한유한 차분 수치해석을 통해, 수정된 삼승 법칙이 주기함수 간극의 유체 유동에 대한 정상류 Navier-Stokes 방정식의 섭동 근사해와 잘 일치하는 것으로 나타났다. 이를 통해 본 연구에서 제시된 삼승 법칙이 간극 분포에 따른 유체 유동의 평가에 있어 유용하게 적용될 수 있는 것으로 나타났다.

• 대한지하수환경학회지
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• 제4권3호
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• pp.111-115
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• 1997

파쇄매질에서 불규칙한 양상의 유체유동과 용질이동의 모의를 위하여 연속체 모델을 대체하는 분리단열망 모델의 이용이 확산되고 있다. 분리단열망 모델은 단열내 유량이 단열 간극의 삼승에 비례한다는 삼승법칙과 매질이 이러한 단열의 통계적 조합으로 구성된다는 가정에 바탕을 두고 있다. 본 연구는 단열교차점에서 삼승법칙의 유효성이 유지될 수 있는가를 평가하기 위하여 경계좌표계 변환법을 이용하여 단열간 교차각과 단열에서 유량분포의 관계를 분석하였다. 단열 교차각의 변화에 따른 유선의 분포에 대한 분석을 통하여 단열의 기하학적 형태가 단열의 유량분포에 영향을 미침을 확인하였다. 따라서, 삼승법칙에 대한 엄밀한 수치적 실험적 검증이 필요하다.

• 터널과지하공간
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• 제9권4호
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• pp.328-336
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• 1999

본 연구에서는 암석절리에 대한 수리-역학적 거동이 동시에 가능한 실내시험장치로서 회전식 전단시험기를 제작 하였다. 회전식 전단시험기는 시료의 양 끝에 비틀림 모멘트를 가함으로써 전단응력을 발생시키도록 하였다. 실험결과 회전식전단시험에 의한 절리의 최대전단강도는 직접전단시험에 의한 값보다 과소평가되었다. 이는 비틀림에 의한 전단응력이 회전축의 반경에 따라 변하며 특히 회전축 중심부에서는 전단응력이 거의 작용하지 않기 때문인 것으로 판단된다. 절리에서의 유체유동은 절리 거칠기, 접촉 면적, 초기간극 등에 의해 주로 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 초기간극의 측정을 통하여 전단-유동에 대한 수리 간극과 역학적 간극사이의 관계를 알아보았다. 초기간극의 측정과 전단-유동 상호작용시험의 결과에 근거하여, 역학적 모델과 삼승법칙으로부터 계산된 역학적 간극과 수리 간극은 체적 팽창이 발생함에 따라 증가하며 이들 사이에는 좋은 선형관계가 있음을 보였다. 그러나 수리 간극과 역학적 간극사이에는 다소 차이가 발생하였는데 이는 평행 평판모델에 의해 예측된 거동으로부터 수리 간극이 벗어남을 나타낸다.

• 터널과지하공간
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• 제29권3호
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• pp.197-213
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• 2019

본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석기법을 이용하여 Mont Terri 지하연구시설에서 수행된 단층 내 물 주입시험을 수치적으로 모델링하고, 단층의 재활성과 수리역학적 거동 특성을 살펴보았다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙(Cubic law)을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 현장에서 획득한 단층의 균열개방압력(fracture opening pressure), 주입율, 모니터링 압력, 변위 곡선 등을 바탕으로, 단층의 탄성적 변형과 파괴에 의한 수직팽창 특성을 반영할 수 있는 수리간극모델과 수리역학 커플링 관계를 해석모델에 반영하였다. 한편, 현지응력 조건, 단층의 강도 및 변형 특성에 따른 파라미터 해석을 실시하여 각 입력변수가 해석 결과에 미치는 영향을 분석하였으며, 이를 통해 현장시험 결과를 가장 잘 재현할 수 있는 파라미터 조합을 선정하였다. 해석 결과, 균열개방압력에서 단층의 주입율과 모니터링 압력이 크게 증가하는 현상을 합리적으로 재현할 수 있었다. 하지만, 동일한 입력 변수 조건에서 단층의 전단변위와 파괴영역의 범위는 현장시험 결과에 비해 과대평가되는 결과를 보였다. 이는 해석모델에서는 고압의 주입조건에서 단층의 지속적인 전단파괴가 유도되는 반면, 현장에서는 수리간극의 변화가 전단 미끄러짐보다는 인장력에 의한 단층면의 개방(tensile opening)에 크게 의존하는 것으로 추정되기 때문이다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제8권4호
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• pp.1-11
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• 2003

압축력의 변화에 따른 균열 간극변화 양상을 측정하고 간극변화와 수리전도도와의 관계를 파악하기 위해 이 연구에서는 다섯 단계의 수직 일축압축력을 균열면에 연속적으로 가하면서 고해상도의 공초점 레이저 스캔 현미경 (confocal laser scanning microscope; CLSM)을 이용하여 간극의 크기를 측정하고 디지털 이미지를 획득하였다. 기존의 연구들과는 달리 이 연구의 측정방법은 압력변화에 대한 동일시료 간극의 반응을 연속적으로 파악할 수 있는 점이 특징이다. 측정결과는 간극크기가 일정하지 않은 불평탄한 균열형태를 매우 잘 나타내었다. 균열 조도(roughness)로 인해 압력에 따른 간극 변화량은 일정하지 않고 부분마다 다름을 보였다. 각 압력단계에서 간극변화에 따른 투수성 변화양상을 파악하고자 실내투수시험을 병행하여 실시한 결과, 각 압력단계에서의 투수성 변화도 일정한 감소율을 나타내지 않고 간극 변화율이 크더라도 투수율은 오히려 작은 경우도 관찰되었다. 현미경을 통해 측정한 물리적 간극과 실제 유체유동 경로가 되는 수리간극의 크기 차이를 파악하기 위해 계산을 한 결과, 미미한 갈이지만 물리적 간극보다 작은 크기의 수리간극이 구해졌다. 또한, 실내투수시험 결과를 이용하여 구한 투수계수는 삼승법칙을 따르지 않는 것으로 드러났으며, 이러한 사실들은 균열 양쪽이 서로 평행하지 않고 불평탄한 양상을 가짐을 의미하는 것으로서, 현미경을 통해 직접 관찰한 간극양상과 잘 일치하는 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제28권5호
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• pp.400-425
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• 2018

본 논문에서는 국제공동연구인 DECOVALEX-2019 프로젝트 Task B의 연구결과와 현황을 소개하였다. Task B의 주제는 'Fault slip modelling'으로 유체의 주입으로 인해 발생하는 단층의 재활성(미끄러짐, 전단파괴)과 수리역학적 거동을 예측할 수 있는 해석기법을 개발하는 데에 그 목적이 있다. 1단계 연구는 참가팀들이 연구주제에 대해 숙지하고, 벤치마크 모델을 대상으로 단층의 투수특성과 역학적 거동의 상호작용을 모사할 수 있는 해석코드를 개발할 수 있도록 하는 준비 단계의 연구이다. 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석 기법을 사용하여 물 주입으로 인한 단층의 수리역학적 연계거동을 모사하였다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 두 가지 수리간극모델에 대하여 수리역학적 커플링 관계식을 수치화하였으며, 연속체 요소(수리모델)와 인터페이스 요소(역학모델)의 거동을 연계할 수 있는 해석기법을 제시하였다. 또한, 단층의 역학적 변형(간극의 변화)으로 인한 수리물성 변화와 기하학적 변화(해석 메쉬의 변형)를 수리해석에 반영할 수 있는 해석기법을 개발하였다. 다양한 압력의 물을 단계적으로 주입하고 이로 인해 유도되는 단층의 탄성거동 및 전단파괴(미끄러짐)에 대해 살펴보았으며, 수리간극의 변화 양상과 원인, 압력 분포와 주입율의 관계 등을 면밀히 검토하였다. 해석 결과, 본 연구에서 개발한 해석기법이 물 주입으로 인한 단층의 미끄러짐 거동을 합리적인 수준에서 재현할 수 있는 것으로 판단할 수 있었다. 본 연구의 해석모델은 Task B에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 연구의 현장시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.