• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.38 no.9
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• pp.45-52
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• 2022

Because discontinuity in the rock mass and contact of soil-structure interaction exhibits coupled thermal-hydromechanical (THM) behavior, it is necessary to develop an interface element based on the full governing equations. In this study, we derive force equilibrium, fluid continuity, and energy equilibrium equations for the interface element. Additionally, we present a stiffness matrix of the elastoplastic mechanical model for the interface element. The developed interface element uses six nodes for displacement and four nodes for water pressure and temperature in a two-dimensional analysis. The fully coupled THM analysis for fluid injection into a fault can model the complicated evolution of injection pressure due to decreasing effective stress in the fault and thermal contraction of the surrounding rock mass. However, the result of hydromechanical analysis ignoring thermal phenomena overestimates hydromechanical variables.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.349-349
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• 2020

기후변화로 인한 돌발홍수와 같은 집중적인 강우현상은 노후화된 제방의 안정성 저하 및 붕괴 등을 야기시킨다. 향후 홍수량이 증가함에 따라 하천의 통수면적이 부족하여 침수 및 범람의 위험성이 증가할 것으로 생각된다. 계획규모 이상의 홍수가 발생하여 홍수위가 제방고보다 높을 때 월류에 의한 제방붕괴로 이어지며, 이러한 월류에 의한 제방붕괴는 가장 전형적인 것이다. 지금까지 월류에 의한 제방붕괴에 관한 연구는 연구자의 다양한 관점 및 방법을 통해 진행되고 있다. 실제 제방붕괴를 관측하는 것은 불가능하므로 기존의 소규모 수리실험 및 모델링을 통한 제방붕괴 메커니즘 분석에는 사실상 한계가 있다. 이러한 점에서 실규모 수리실험을 통한 월류에 의한 제방붕괴 메커니즘을 3차원으로 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 드론 영상을 이용하여 제방붕괴 메커니즘 분석 연구를 수행하였다. 제방은 시간의 흐름에 따라 붕괴양상이 발전한다는 점 등에서 매우 복잡한 물리적 특성이 있다. 드론의 오토촬영 기법을 통한 제방이 붕괴되는 순간을 촬영하기는 쉽지 않기 때문에 셔터스피드촬영 기법을 적용하였다. 특히, 짧은 시간에 변화되는 제방의 붕괴양상을 구체적으로 표현하기 위해 두 대의 드론을 횡·종 방향으로 동시에 비행하여 분석 시 3차원 입체감을 최대화하였다. 이후 횡·종 방향에서 동 시간대 수집된 드론 이미지를 분류하여 PIX4D 매핑 기법을 활용한 최소 정합을 통하여 드론을 활용한 제방붕괴 메커니즘 분석의 활용 가능성을 제시하였다. 향후 스마트 시대의 물산업 경쟁력을 제고함에 있어, 폭이 좁은 하천에 효율적이며 고해상도 시공간 자료를 확보할 수 있는 드론을 활용한 스마트 하천재해 예측 및 관리기술 개발을 통한 하천 원격탐사의 경쟁력을 확보하는 것이 중요하다고 사료된다.

• Tunnel and Underground Space
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• v.28 no.5
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• pp.400-425
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• 2018

This study presents the research results and current status of the DECOVALEX-2019 project Task B. Task B named 'Fault slip modelling' is aiming at developing a numerical method to simulate the coupled hydro-mechanical behavior of fault, including slip or reactivation, induced by water injection. The first research step of Task B is a benchmark simulation which is designed for the modelling teams to familiarize themselves with the problem and to set up their own codes to reproduce the hydro-mechanical coupling between the fault hydraulic transmissivity and the mechanically-induced displacement. We reproduced the coupled hydro-mechanical process of fault slip using TOUGH-FLAC simulator. The fluid flow along a fault was modelled with solid elements and governed by Darcy's law with the cubic law in TOUGH2, whereas the mechanical behavior of a single fault was represented by creating interface elements between two separating rock blocks in FLAC3D. A methodology to formulate the hydro-mechanical coupling relations of two different hydraulic aperture models and link the solid element of TOUGH2 and the interface element of FLAC3D was suggested. In addition, we developed a coupling module to update the changes in geometric features (mesh) and hydrological properties of fault caused by water injection at every calculation step for TOUGH-FLAC simulator. Then, the transient responses of the fault, including elastic deformation, reactivation, progressive evolutions of pathway, pressure distribution and water injection rate, to stepwise pressurization were examined during the simulations. The results of the simulations suggest that the developed model can provide a reasonable prediction of the hydro-mechanical behavior related to fault reactivation. The numerical model will be enhanced by continuing collaboration and interaction with other research teams of DECOLVAEX-2019 Task B and validated using the field data from fault activation experiments in a further study.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.442-442
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• 2018

강의 하도와 연결되어 간헐적으로 침수되는 홍수터는 가장 생산적인 육역 서식처 중 하나이다. 하지만 도시 개발과 농업이용은 강의 하도와 홍수터와의 연결을 제한함으로써 그 기능이 상당부분 축소되었다. 이에 기존 홍수터 서식처를 특성화하고 미래 홍수터 복원을 계획하는 것은 하천관리 및 생태계 회복을 위해서도 매우 중요하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 홍수 흐름의 규모, 시기, 기간, 빈도 등을 포함한 하천 유황 특성과 생태적 반응이 나타나는 홍수터 영역과 흐름 특성을 연계함으로써 서식처를 정량화 하고자 하였다. 이를 위한 홍수터 복원의 시나리오는 현재 지형(기존 홍수터), 제방후퇴, 제방후퇴/구하도 복원, 제방후퇴/배후습지 조성으로 설정하였다. 홍수터 서식처를 정량화하기 위한 방법으로는 일 유량의 수문통계학적 분석, 수리학적 모델링을 통한 범람 분석, 어류 물리서식처 모델링을 통한 가중가용면적 분석 등을 수행하였다. 그 결과 잠재복원영역(Potential Restored Area)에서 연중 기대되는 서식처 면적(Expected Annual Habitat Area)의 크기는 제방후퇴/배후습지 조성, 제방후퇴/구하도 복원, 제방후퇴, 기존 홍수터 순으로 나타났다. 본 연구에서 제안된 홍수터 복원에 따른 서식처 정량화 방안은 홍수터 복원 계획 설계 시 시나리오 별 서식처 복원효과를 예측 평가함으로써 보다 효과적인 방안을 마련할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.83-83
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• 2021

수리구조물로 인한 유황변화와 함께 기후변화로 기인하는 강우변동성 및 온도 증가는 수생태 전반에 악영향을 미치는 주요 인자로 작용하고 있다. 특히, 최근 가뭄으로 인한 유황감소 및 폭염 등으로 여름철 녹조의 발생 빈도 및 강도 증가가 지속적으로 증가하고 있다. 본 연구에서는 하천에서 계측되고 있는 Cyanobacteria 개체수를 기반으로 녹조발생 여부를 전망할 수 있는 모형을 개발하고자 한다. Cyanobacteria 개체수를 기준으로 녹조발생 여부를 판단할 수 있도록 기준값(threshold)을 설정하고 binary 형태로 시계열을 구성하였다. 이를 Bernoulli 모형에 적합하여 녹조 발생 여부를 판단할 수 있도록 모형을 개발하였다. 하천을 따라 나타나는 녹조는 시공간적으로 유사한 특성을 가지며, 이러한 점을 고려하여 여러 관측지점을 동시에 모델링하는 것이 모형의 효율성과 예측성 측면에서 유리하다. 본 연구에서는 낙동강을 따라 여러 녹조관측지점을 대상으로 동시에 모델링이 가능하도록 다변량 Bernoulli 모형 기반의 녹조 예측 모형을 제시하고 과거 자료를 대상으로 모형의 적합성을 평가하였다. 다양한 지표를 기준으로 교차검증을 수행하였으며, 기존 물리적 모델에 비해 모형의 예측성능 및 효율성 측면에서 우수성을 확인할 수 있었다.

• 한국경영정보학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.817-822
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• 2007

시스템 다이내믹스에서의 인가지도는 동적 환경의 문제를 분석하고, 분석된 내용을 논의할 수 있는 도구로써 활용되고 있다. 하지만, 인과지도는 복잡도가 높은 문제를 설명함에 있어서 문제에 대한 정보의 표현과 논리적인 전개에 한계가 존재한다. 그리고 인과지도의 작성 과정에서 연구자의 주관성을 배제 하고 오류를 검증하기 위한 객관적 기준이 미흡한 실정이다. 또한, 문제 해결을 위한 세부적인 개체 모델링과의 연계성이 부족하다. 이에 일각에서는 시스템 다이내믹스의 문제분석에 관한 방법론에 지적을 가하는 경우도 있다. 이에 본 연구에서는, 인과지도의 타당성 확보와 정보 표현력 향상을 위한 이론적 연구를 진행하고자 한다. 본문에서는 인과지도가 객관적인 논리에 의해 작성될 수 있도록 수리적, 논리적 근거들을 제시함과 동시에, 인과지도의 정보 표현력 향상을 통한 대화도구로서의 기능적 향상 방안에 대해서 연구를 진행하였다.

• Tunnel and Underground Space
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• v.31 no.4
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• pp.221-242
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• 2021

A numerical study of the performance assesment of coupled thermo-hydro-mechanical (THM) processes in improved Korean reference disposal system (KRS⁺) for high-level radioactive waste is conducted using TOUGH2-MP/FLAC3D simulator. Decay heat from high-level radioactive waste increases the temperature of the repository, and it decreases as decay heat is reduced. The maximum temperature of the repository is below a maximum temperature criterion of 100℃. Saturation of bentonite buffer adjacent to the canister is initially reduced due to pore water evaporation induced by temperature increase. Bentonite buffer is saturated 250 years after the disposal of high-level radioactive waste by inflow of groundwater from the surrounding rock mass. Initial saturation of rock mass decreases as groundwater in rock mass is moved to bentnonite buffer by suction, but rock mass is saturated after inflow of groundwater from the far-field area. Stress changes at rock mass are compared to the Mohr-Coulomb failure criterion and the spalling strength in order to investigate the potential rock failure by thermal stress and swelling pressure. Additional simulations are conducted with the reduced spacing of deposition holes. The maximum temperature of bentonite buffer exceeds 100℃ as deposition hole spacing is smaller than 5.5 m. However, temperature of about 56.1% volume of bentonite buffer is below 90℃. The methodology of numerical modeling used in this study can be applied to the performance assessment of coupled THM processes for high-level radioactive waste repositories with various input parameters and geological conditions such as site-specific stress models and geothermal gradients.

• The Journal of Engineering Geology
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• v.20 no.2
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• pp.169-181
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• 2010

This study aimed at simulating several responses to stresses caused by the ground water level variations around the K-1 oil stockpile. For this simulation, we considered the characteristic hydrogeological condition including the special occurrence of long and thick acidic dyke, which is regarded as the main geological structure dominating the ground water flow system at this study area. We activated twenty-four imaginary wells which are located in northern and southern area around central K-1 site. Each neighboring distance is altogether 300 m and whole distance between K-1 site and remote wells is 1,200 m. Through the modeling, we operated the long-term and continuous pumping tests and finally categorized five zones based on maximum pumping rates for the imaginary wells; zone I within 300 meter distance from K-1 site with a pumping rate of 50 $m^3/day$; zone II between 300 to 600 meter distance from K-1 site with a pumping rate of 75 $m^3/day$; zone III between 600 to 900 meter distance from K-1 site with 150 $m^3/day$; zone IV between 900 to 1,200 meter distance from K-1 site with 300 $m^3/day$; and zone V of acidic dyke area. At zone V, especially because of their possibility of high transmissivity for groundwater flow, it is necessary to control and restrict groundwater discharge.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.149-149
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• 2020

하천에서 물 흐름이 보와 댐과 같은 수공구조물을 지날 때 일반적으로 흐름상태에 다양하고 급진적인 변화가 발생한다. 특히 흐름이 구조물을 지나면서 사류(supercritical flow)로 변하고 다시 상류(subcritical flow)로 복원되면서 일어나는 도수(hydraulic jump) 현상은 수위의 급변화, 흐름 에너지 소산, 변동성이 강한 압력 분포 등이 특징이다. 이러한 흐름 특성들은 보나 여수로와 같은 수공구조물 자체의 성능뿐만 아니라 이들 수공구조물의 하류에서 발생하는 국부세굴로 인해 구조물의 안정성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 따라서 수공구조물을 설계할 때는 이들 구조물을 통과하는 흐름의 비정상 난류 흐름 특성을 정확하게 해석하여 반영하여야 한다. 이 연구에서는 k-omega SST 난류 모형과 자유수면의 급격한 변동을 해석하기 위한 하이브리드-VOF(hybrid volume of fluid)기법을 이용하여 도수현상을 수치적으로 재현하고자 한다. 기존 CFD(computational fluid Dynamics) 모델링에서는 자유수면 변동의 영향을 고려하기 위해 VOF 기법을 많이 사용하였다. 하지면 전통적인 VOF 기법은 다상흐름(multiphase flow)을 오직 부피분율(volume fraction)의 함수로만 고려하며 모의함으로써 강한 수면변동뿐만 아니라 공기연행(air entrainment)를 동반하는 난류 흐름을 모의하는데는 한계가 있다. 이 연구에서 이용하는 Eulerian 기법인 하이브리드 VOF 기법은 물과 공기의 각 상에 대하여 흐름 특성들을 개별적으로 계산하기 때문에 공기연행을 포함한 급변류 흐름에서 전통적인 VOF 기법보다 적용성이 우수하다. 이와 같은 난류모형과 자유수면 포착기법을 이용하여 3차원 비정상 난류 흐름 수치모형을 구축하여 수공구조물 주변에서 발생하는 강한 공기연행과 난류 특성를 보이는 급변류를 수치적으로 재현한다. 이 연구는 계산된 수치해석 결과를 기존 수리실험 결과와 비교하여 수치모형의 적용성을 평가하고 도수 현상에서 발생하는 독특한 흐름 특성을 제시한다.

• Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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• v.24 no.2
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• pp.193-200
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• 2014

Piezoelectric actuators have been widely used in various applications because they have many advantages such as fast response time, repeatable nanometer motion, and high resolution. However Piezoelectric actuators have the strong hysteresis effect. The hysteresis effect can degrade the performance of the system using piezoelectric actuators. In past study, the parameters of the inverse hysteresis model are computed from the identified parameters using the Generalized Prandtl-Ishlinskii(GPI) model to cancel the hysteresis effect, however according to the identified parameters there exist the cases that can't form the inverse hysteresis loop. Thus in this paper the inverse hysteresis modeling mothod is proposed using the Inverse Generalized Prandtl-Ishlinskii(IGPI) model to handle that problem. The modeling results are verified by experimental results using various input signals.