• Geomechanics and Engineering
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• 제5권5호
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• pp.463-483
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• 2013

Considering the influences of fluid penetration, casing, excavation processes of wellbore and perforation tunnels, the seepage-deformation finite element model of oil and gas well coupled with perforating technique is established using the tensile strength failure criterion, in which the user-defined subroutine is developed to investigate the dynamic evolvement of the reservoir porosity and permeability. The results show that the increases of perforation angle and decreases of perforation density lead to a higher fracture initiation pressure, while the changes of the perforation diameter and length have no evident influences on the fracture initiation pressure. As for initiation location for the fracture in wellbore, it is on the wellbore face while considering the presence of the casing. By contrast, the fractures firstly initiate on the root of the tunnels without considering casing. Besides, the initial fracture position is also related with the perforation angle. The fracture initiation position is located in the point far away from the wellbore face, when the perforation angle is around $30^{\circ}$; however, when the perforation angle is increased to $45^{\circ}$, a plane fracture is initiated from the wellbore face in the maximum horizontal stress direction; no fractures was found around perforation tunnels, when the angel is close to $90^{\circ}$. The results have been successfully applied in an oilfield, with the error of only 1.1% comparing the fracture initiation pressure simulated with the one from on-site experiment.

• 지질공학
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• 제16권2호
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• pp.135-143
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• 2006

강우에 의한 사면파괴의 초기단계 및 과정을 규명하기 위하여 실내 사면모델 시험결과를 분석하였다. 이 파괴 초기단계와 관련된 수리학적 상호관계를 파악하기 위해 인공강우 살포동안 사면모델 내 체적함수비 변화를 측정하는데 목적을 두었다. 사면파괴의 과정은 인공강우동안 사면 하단부의 유출면 발달에 의해 파괴를 발생시키는 요인으로 작용하였다. 따라서 국부적인 사면파괴를 예측하기 위해서는 강우에 의해 발생된 침투수의 침투특성에 대한 장기적인 계측이 매우 중요하다. 사면 내에서 강우에 의한 침윤선의 침투 및 지하수위 상승과 밀접한 연관성을 갖는 체적함수비 변화를 3가지의 침투변화(phase I, phase II, phase III로 나누어 사면파괴를 계측할 수 있는 수리학적 측면으로 접근하였다. 따라서 체적함수비가 급격히 증가하는 phase III 단계부터는 사면파괴 발생 가능성이 매우 증가함을 파악하였다. 그러므로 사면 내 체적함수비 변화를 연속적으로 계측함으로써 강우에 의한 사면파괴의 발생을 효율적이고 실질적으로 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제18권6호
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• pp.5-16
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• 2002

사면 내의 지하수 유동과 사면의 안정성에 대한 강수의 영향을 평가하기 위하여 수리지질역학적 수치 모델이 제시되었다. 이 수치 모델은 변형성 지질매체 내에서의 포화-불포화 지하수 유동을 설명하는 완전 연동된 간극탄성론적 지배 방정식들과 Galerkin 유한요소법에 근거하여 개발되었다. 이렇게 개발된 완전 연동된 수리지질역학적 수치 모델은 다양한 강수량 조건 하에 있는 불포화 사면에 대한 일련의 수치모의실험에 적용되었다. 이러한 수치모의실험 결과들은 강수량이 증가할수록 사면의 전반적인 수리역학적 안정성이 저하되며 잠재적인 파괴가 사면 전단부에서부터 시작되어 사면 정상부 쪽으로 팽창됨을 보여주고 있다. 강수량이 증가함에 따라 수리지질학적으로는 압력수두와 전체 수리수두가 증가한다. 그 결과 지하수면이 상승하고 불포화대가 감소하며 삼출면이 사면 전단부로부터 사면 정상부쪽으로 팽창하고 이러한 삼출면에서의 지하수 유동 속도도 증가하게 된다. 한편 강수량이 증가함에 따라 지질역학적으로는 사면 전단부를 향해 수평 변위는 증가하지만 수직 변위는 감소하게 된다. 이는 강수량 증가에 따른 지하수면의 상승에 수반하는 부력에 기인하는 것으로 해석된다. 그 결과 사면의 전반적인 변형이 사면 전단부를 향해 심화되고 전단파괴 안전율이 1 이하인 불안전한 지역이 사면 전단부에서 두꺼워지면서 사면 전단부에서부터 사면 정상부 쪽으로 팽창하게 된다. 또한 수치모의실험 결과들은 이러한 잠재적인 전단파괴면과 지표면 사이의 지반에서는 잠재적인 인장파괴가 발생할 수 있음을 보여주고 있다.

• 한국토양환경학회지
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• 제1권1호
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• pp.19-27
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• 1996

물에 쉽게 용해되지 않고 분리된 유체면을 갖는 액체를 NAPO(nonaqueous phase liquids)이라 한다. 유기용제와 석유탄화수소와 같은 NAPL에 의한 지하수 오염은 지하에서의 장기간의 지속성 및 다량의 지하수를 오염시키는 능력 때문에 주요 관심 대상물질이다 누출된 DNAPU(denser- than-water NAPL)은 궁극적으로 포화 대수층을 통과하여 바닥에 DNAPL pool을 이루게 된다. 이러한 pool로부터의 용해는 분자확산계수, 연직분산도, 지하수유속, 용해도 및 pool의 길이에 지배된다. 본 연구에서는 이러한 DNAPL pool의 용해를 모사하기 위해 DNAPL용해실험을 하여 연직 횡분산계수를 산정하였다. 본 연구에서 사용된 실험조건하에서 수행한 실험결과 산정된 연직 횡분산계수는 침투유속이 59.2cm/day, 94.3cm/day 및 158.0cm/day인 경우 각각 1.86$cm^2$/day, 2.90$cm^2$/day 및 4.51$cm^2$/day 이었고, 연직 횡분산도는 0.03024cm 이었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제28권6호
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• pp.613-624
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• 2022

A study of the evolution of overburden fractures under the solid-fluid coupling state was conducted based on the geological and mining characteristics of the coal seam depth, weak strata cementation, and high-intensity mining in the mining areas of West China. These mining characteristics are key to achieving water conservation during mining or establishing groundwater reservoirs in coal mines. Based on the engineering background of the Daliuta Coal Mine, a non-hydrophilic simulation material suitable for simulating the weakly cemented rock masses in this area was developed, and a physical simulation test was carried out using a water-sand gushing test system. The study explored the spatial distribution and dynamic evolution of the fractured zone in the mining overburden under the coupling of stress and seepage. The experimental results show that the mining overburden can be vertically divided into the overall migration zone, the fracture extension zone and the collapse zone; additionally, in the horizontal direction, the mining overburden can be divided into the primary fracture zone, periodic fracture zone, and stop-fracture zone. The scope of groundwater flow in the overburden gradually expands with the mining of coal seams. When a stable water inrush channel is formed, other areas no longer generate new channels, and the unstable water inrush channels gradually close. Finally, the primary fracture area becomes the main water inrush channel for coal mines. The numerical simulation results indicate that the overlying rock breaking above the middle of the mined-out area allows the formation of the water-conducting channel. The water body will flow into the fracture extension zone with the shortest path, resulting in the occurrence of water bursting accidents in the mining face. The experimental research results provide a theoretical basis for the implementation of water conservation mining or the establishment of groundwater reservoirs in western mining areas, and this theoretical basis has considerable application and promotion value.

• Geomechanics and Engineering
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• 제12권4호
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• pp.657-673
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• 2017

Preventing water seepage and inrush into mines where close multiple-seam longwall mining is practiced is a challenging issue in the coal-rich Ordos region, China. To better protect surface (or ground) water and safely extract coal from seams beneath an aquifer, it is necessary to determine the height of the mining-induced fractured zone in the overburden strata. In situ investigations were carried out in panels 20107 (seam No. $2-2^{upper}$) and 20307 (seam No. $2-2^{middle}$) in the Gaojialiang colliery, Shendong Coalfield, China. Longwall mining-induced strata movement and overburden failure were monitored in boreholes using digital panoramic imaging and a deep hole multi-position extensometer. Our results indicate that after mining of the 20107 working face, the overburden of the failure zone can be divided into seven rock groups. The first group lies above the immediate roof (12.9 m above the top of the coal seam), and falls into the gob after the mining. The strata of the second group to the fifth group form the fractured zone (12.9-102.04 m above the coal seam) and the continuous deformation zone extends from the fifth group to the ground surface. After mining Panel 20307, a gap forms between the fifth rock group and the continuous deformation zone, widening rapidly. Then, the lower portion of the continuous deformation zone cracks and collapses into the fractured zone, extending the height of the failure zone to 87.1 m. Based on field data, a statistical formula for predicting the maximum height of overburden failure induced by close multiple seam mining is presented.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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• pp.315-315
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• 2017

In Japan, more than 80 % of soybean growing area is converted fields and excess water is one of the major problems in soybean production. For example, recent study (Yoshifuji et al., 2016) suggested that in the fields of shallow groundwater level (GWL) (< 1m depth), rising GWL even in a short period (e.g. 1 day) causes inhibition of soybean growth. Thus it becomes more and more important to predict GWL and soil moisture in detail. In addition to conventional surface drainage and underdrain, FOEAS (Farm Oriented Enhancing Aquatic System), which is expected to control GWL in fields adequately, has been developed recently. In this study we attempted to predict GWL and soil moisture condition at the converted field with FOEAS in Biwa lake reclamation area, Shiga prefecture, near the center of the main island of Japan. Two dimensional HYDRUS model (Simuinek et al., 1999) based on common Richards' equation, was used for the calculation of soil water movement. The calculation domain was considered to be 10 and 5 meter in horizontal and vertical direction, respectively, with two layers, i.e. 20cm-thick of plowed layer and underlying subsoil layer. The center of main underdrain (10 cm in diameter) was assumed to be 5 meter from the both ends of the domain and 10-60cm depth from the surface in accordance with the field experiment. The hydraulic parameters of the soil was estimated with the digital soil map in "Soil information web viewer" and Agricultural soil-profile physical properties database, Japan (SolphyJ) (Kato and Nishimura, 2016). Hourly rainfall depth and daily potential evapo-transpiration rate data were given as the upper boundary condition (B.C.). For the bottom B.C., constant upward flux, which meant the inflow flux to the field from outside, was given. Seepage face condition was employed for the surrounding of the underdrain. Initial condition was employed as GWL=60cm. Then we compared the simulated and observed results of volumetric water content at depth of 15cm and GWL. While the model described the variation of GWL well, it tended to overestimate the soil moisture through the growing period. Judging from the field condition, and observed data of soil moisture and GWL, consideration of soil structure (e.g. cracks and clods) in determination of soil hydraulic parameters at the plowed layer may improve the simulation results of soil moisture.

• 대한토목학회논문집
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• 제5권3호
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• pp.71-84
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• 1985

포화(飽和) 및 비포화(非飽和) 흐름을 함께 적용할 수 있는 transient flow 방정식(方程式)을 사용하여 조위(潮位)의 상계(上界) 하강(下降)에 따른 호안제(護岸堤) 내(內) 수두(水頭의) 시간적(時間的) 변화(變化)를 구하였다. 계산(計算)은 FEM 기법(技法)을 써서 흙 속의 흐름 문제를 해석하도록 개발(開發)된 전산(電算)프로그램 FLUMP로 행 하였는데, 본(本) 연구(硏究)에서 조위상승시(潮位上昇時)에도 적용할 수 있도록 이것을 일부분(一部分) 보완(補完)하였다. 호안제(護岸堤)는 두 가지 재료(材料)로 구성된 것으로 보고 10m의 일정(一定)한 조차(潮差)로 인한 제체(제체) 내(內) 수두(水頭)의 시간적(時間j的) 변화(變化)를 최대 96 시간까지 계산하였다. 제체(堤體) 배면(背面)의 지하수위(地下水位)는 최저(最低) 조위(潮位)로부터 0 m, 5 m, 및 10 m의 위치에 있다고 가정하고 제체(堤體) 내(內) 수두(水頭)가 지하수위(地下水位)의 위치에 따라 어떻게 평형되어가는가 알아보았다. 해석결과(解析結果)에 의하여 조위(潮位) 상계(上界) 하강(下降)에 대응(對應)하여 제체(堤體) 내(內) 수두(水頭)도 변화(變化)하나 수두(水頭)의 변화진폭(變化振幅)은 위치마다 다르다는 것을 알게 되었다. 즉(卽), 제체(堤體)의 상류면(上流面) 지단(趾端)에서 수두(水頭)의 진폭(振幅)이 가장 크고 상류면(上流面)에서 제체(堤體) 내(內)로 멀어질수록 진폭(振幅)은 차츰 줄어들며, 어느 위치를 넘어서면 수두(水頭)는 조위변동(潮位變動)의 영향을 받음이 없이 제체(堤體) 배면(背面)의 지하수위(地下水位)에 상응(相應)하는 어떤 평형된 수두(水頭)를 향(向)하여 안정(安定)되어간다. 제체(堤體)가 일시(一時)에 축조되었다고 가정하면 96 시간이 경과하였을 때 제체(堤體) 내(內) 수두(水頭)는 안정(安定)된 위치로 대락(大略) 접근(接近)하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제22권10호
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• pp.21-29
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• 2021

국내외 대부분의 콘크리트 중력식 댐은 시공 시 발생하는 콘크리트 수화열로 인한 균열을 제어하기 위해 분할타설을 시행하고 있다. 이로 인해 댐 규모와 관계없이 수축이음부, 시공이음 부에서 담수 후 일정 수준의 침투가 발생하고 있다. 설계에서는 신죽 및 시공 이음부 누수를 고려하여 배수처리를 반영하고 있는 실정이다. 또한 온도에 따라 수축팽창하는 콘크리트 구조물의 특성상 동절기에는 수직이음부 확대가 불가피하다. 이에 대한 대비책으로 수직이음부 내에 2열 PVC 지수판과, 침투를 흘려보낼 수 있는 배수공을 일반적으로 설치하고 있다. PVC 지수판의 경우 댐 준공 초기에는 우수한 효과를 발휘한다. 그러나 콘크리트 댐체와의 열팽창 계수가 다르기 때문에 해를 거듭할수록 수축팽창에 따른 계면 탈락 현상이 발생하고 있다. 이로 인해 차수효과가 떨어져 댐체 하류면까지 흘러가는 침투가 발생할 가능성이 크다. 이 외 침투의 원인으로는 타설 시의 품질관리에 관한 문제, 콘크리트 수화열에 의한 균열발생, 방수 공법 및 재료의 문제점 등이 있을 수 있다. 따라서 콘크리트 댐에서의 침투를 방지하기 위해 수직이음부에서 수팽창성 차수재를 이용한 보강공법(D.S.I.M.)을 개발하였다. 수팽창성 차수재를 이용한 침투저감 공법에 대한 적용효과를 확인하기 위해 경북 영천시에 있는 보현산댐에서 현장 적용성을 검토하였다. 현장조사결과 갤러리 내 배수량을 체크 및 수중 약액 조사를 실시한 결과 수직이음부에 연결된 배수공에서 침투가 많이 발생하는 것으로 확인되었다. 이는 일부 지수판의 역할이 완벽히 이루어지고 있지 않음을 확인할 수 있었다. D.S.I.M.을 적용한 후 갤러리 내 배수량을 확인하였다. 침투가 많은 수직이음부 3개소에 먼저 시험시공을 한 결과 해당부위의 갤러리 내 배수량이 약 87% 저감된 것을 확인하였다. 나머지 13개소의 수직이음부에 적용한 결과 총 갤러리 내 총 배수량 기준으로 83%의 저감효과를 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 종합해 볼 때 콘크리트 댐의 하류면에서 보이는 물비침 및 침투수량을 저감하기 위해서는 상류면에서 수직이음부에서 침투를 방지하는 D.S.I.M.이 유효한 공법임을 확인할 수 있었다. 국내외 타 콘크리트 댐의 경우에도 D.S.I.M.을 적용한다면 하류면에서 육안으로도 보이는 수직이음부를 통한 침투에 대한 보수효과를 기대할 수 있을 것으로 예상된다.