• 방사성폐기물학회지
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• 제4권2호
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• pp.197-207
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• 2006

고준위폐기물처분장의 공학적 성능은 공학적 방벽의 열적-수리적-역학적 거동에 의해 크게 좌우된다. 2002년에 제안된 기준처분시스템 완충재의 열적-수리적-역학적 거동 실증을 위해서, 엔지니어링 규모의 실증장치인 KENTEX를 제작설치 하였다. 이 실증실험은 2005년 5월 31일에 시작하여 현재 진행 중에 있다. 본 논문에서는 운전 중인 KENTEX시설과 이 시설에서 수행 중인실험 및 향후 연구내용을 소개하고, 또한 센서 설치 및 운전조건 결정을 위해 수행한 운전 전 T-H-M 모델 계산결과도 기술하였다. 한국형 기준처분시스템의 실증연구와 관련하여, KENTEX 실증실험은 향후 추진될 지하시험시설에서의 현장시험에 필요한 자료와 경험을 제공하고, 기준처분시스템의 열적-수리적-역학적 거동특성과 평가모델을 검증할 것이다. 실험적으로는 처분장 완충재로 사용되는 벤토나이트 블록의 제작 및 설치에 대한 엔지니어링 타당성을 보여 주는데 유용하게 활용될 것이다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2007년도 학술논문요약집
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• pp.206-207
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• 2007

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2010년도 추계 학술논문요약집
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• pp.203-204
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• 2010

• 터널과지하공간
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• 제17권6호
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• pp.464-474
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• 2007

고준위폐기물처분장의 성능 및 안전성 향상을 위해서 공학적방벽(engineered barrier)에 대한 실증이 필요하다. 우리나라 기준처분시스템에 대한 엔지니어링 규모의 실험장치(KENTEX)를 제작 설치하고, 공학적방벽에서의 열-수리-역학적 거동 규명을 위한 실증실험을 수행하였다. KENTEX 실험은 2005년 5월 31일에 시작되어 현재 성공적으로 진행 중에 있으며, 지금까지 얻어진 실험결과로부터 공학적방벽에서의 열-수리-역학적 거동에 대한 중간결론을 얻을 수 있었다. 벤토나이트 블록 내 온도는 실험 시작 후 수 주 만에 정상상태에 도달하였고, 온도분포는 히터에 가까울수록 높고 멀어질수록 낮은 값을 보였다. 수분함량은 히터 쪽보다는 지하수가 유입되는 실린더 벽면 부근에서 높은 값을 가졌고, 건조-습윤 과정에 의한 벤토나이트 블록의 수화는 측정위치에 따라 달랐다. 실험기간 동안 벤토나이트 블록에 작용하는 압력은 블록의 포화도 (그 결과, 팽윤압)이 증가할수록 증가하였다. 히터 부근에서는 벤토나이트의 열응력이나 블록 공극 내 증기압도 중요한 역할을 하였다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제9권1호
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• pp.23-32
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• 2011

한국형 기준 처분시스템의 공학적 방벽에서의 열-수리-역학 복합 현상을 실증하기 위한 공학적 규모 실증실험 장치인 KENTEX에서 얻은 열, 수리, 역학적 실험 데이터를 이용하여 벤토나이트의 포화공정을 해석하였다. ABAQUS를 사용한 모델계산의 함수율과 실험 결과의 비교에서 불포화 영역에서는 온도상승으로 인해 초기 수분이 감소하는 수분 재분포 공정을 모델에 포함시키지 않아 함수율의 차가 컸다. 포화 영역에서는 실험에서 초기 수분보다 낮은 함수율에서부터 지하수로 포화가 진행되지만 모델과 실험에서 얻은 함수율 값의 차이가 점점 감소해 완전포화에 도달할 때에는 두 함수율 값이 거의 비슷한 결과를 보여주였다. 포화도 약 95%에 이르는 시간은 실험결과와 계산 결과가 서로 비슷한 약 500일 정도로 예측할 수 있었다. 그리고 불포화 영역의 수분 재분포가 벤토나이트의 완전포화에 도달하는 시간에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 분석되었다. 따라서 본 해석기법을 사용하면 지하처분연구시설의 완충재인 벤토나이트의 포화시간을 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제7권2호
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• pp.101-107
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• 2009

처분장 완충재의 재포화 및 열-수리-역학적 거동 규명을 위해서는 압축벤토나이트의 함수율 측정이 필수적이다. 본 연구에서는 고온, 고압 조건에서 실시간 자동계측이 가능한 습도센서를 이용하여, 여러 가지 온도와 함수율 (이하 중량함수율을 말함)을 갖는 압축벤토나이트를 대상으로 상대습도를 측정하고, 다중회귀분석으로부터 압축벤토나이트의 함수율과 상대습도 및 온도의 상관관계식을 결정하였다. 결정된 상관관계식은 건조밀도가 1,500 $kg/m^3$, 1,600 $kg/m^3$인 압축벤토나이트의 경우 각각 ${\omega}=0.196RH-0.029T+1.391({r^2=0.96)}$ 과 ${\omega}=0.199RH-0.029T+2.596({r^2=0.98)}$ 로 표시되었고, 이 관계식은 KENTEX실증실험의 벤토나이트블록 재포화 현상을 해석하는데 활용되었다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제4권2호
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• pp.117-131
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• 2006

한국의 고준위폐기물 기준 처분 시스템의 공학적 방벽에서의 T-H-M(Thermo-Hydro-Mechanical) 거동 실증을 위한 KENTEX(KAERI Engineering-scale T-H-M Experiment for Engineered Barrier System)실험 장치를 대상으로 열-수리-역학 연동현상 해석을 하여 온도, 포화도 및 응력의 변화를 예측하였다. 그리고 이들 변수와 열-수리-역학의 연동현상에 사용된 세물성법칙인 탄성물성법칙, 공극탄성 물성법칙 및 공극탄성-소성 물성법칙과의 관계를 분석하였다. 열-수리-역학 연동현상을 계산하는 데는 상용 유한요소 코드인 ABAQUS를 사용하였다. 열 계산에서 벤토나이트 내 온도는 히터 가열 후 초기에는 급격히 증가하다가 얼마의 시간이 경과한 후에는 거의 일정한 값에 도달하였다. 이 도달시간은 약 37.5일로 반경방향의 모든 지점(H=0.68m 일때)에서 정상상태에 도달한 것을 알 수 있었다. 즉, 히터와 벤토나이트 경계면에서는 $90^{\circ}C$, 벤토나이트와 외부 셀 경계면에서는 약 $70^{\circ}C$를 유지하였다. 열-수리-역학 연동현상 계산에서 시간에 따른 벤토나이트 포화도는 탄성 물성법칙, 공극탄성 물성법칙 및 공극탄성-소성 물성법칙의 세 경우 모두 거의 차이가 없었다. 열-수리-역학 계산 결과와 수리-역학 계산 결과의 비교에서 온도의 증가는 탄성 물성법칙 및 공극탄성 물성법칙 각각에 대해 시간이 경과함에 따라 포화도가 증가함을 초래해 포화가 빨리 진행됨을 알 수 있었다. 특히 히터에 가까운 쪽에서는물이 침투하고 있는 쪽 보다 포화도 증가가 큰 것으로 나타나 벤토나이트가 물로 포화되기 전의초기상태가 온도의 영향을 많이 받는 것을 알 수 있었다. 또한 응력은 세 물성 법칙 모두 시간의 경과에 따라 증가하는 경향을 보이나 탄성 물성법칙의 경우가 다른 두 경우보다 현저한 변화를 보이는데 이는 변형율이 탄성한계를 넘어서도 계속 작용하여 공극비 변화를 고려한 다른 두 물성법칙과 차이가 있음을 나타내고 있다. 그러나 공극탄성 물성법칙 및 공극탄성-소성 물성법칙의 경우에 열-수리-역학 계산 결과와 수리-역학 계산 결과를 비교하면 시간이 경과함에 따라 응력은 증가하지만 온도의 변화에 따른 서로의 응력의 차이는 작은 것을 알 수 있다. 즉 온도변화의 영향보다는 시간에 따른 포화도 변화의 영향이 더 큰 것으로 생각된다. 따라서 벤토나이트의 열-수리-역학 연동현상 해석에서 벤토나이트는 온도의 증가로 포화가 빨라지고, 포화도 증가는 응력을 증가시키는 결과를 보이므로 공극비, 열팽창 및 팽윤압 등의 영향을 받고 있는 것으로 이해된다. 그래서 벤토나이트의 열-수리-역학 연동현상 해석에서 벤토나이트는 공극비, 열팽창 및 팽윤압 등의 영향을 받으므로 탄성과 소성을 동시에 고려할 수 있는 물성법칙을 선택하는 것이 바람직하다.