• 한국가스학회지
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• 제28권3호
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• pp.70-78
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• 2024

본 연구에서는 셰일가스 균열 지지체(proppant) 분포의 변화가 균열 투과도에 미치는 영향을 분석하기 위해 균열 지지체의 크기, 분포 함량, 그리고 하중 압력(overburden pressure) 변화에 따른 균열 투과도 측정 실험을 수행하였다. 균열 투과도 측정 실험결과, 지지체는 크기와 분포 함량이 클수록 균열 투과도가 높게 산출되었으며, 하중 압력이 증가할수록 균열 투과도는 점차 감소하였다. 40/70 mesh 지지체의 경우 지지체 분포 감소에 따른 평균 균열 투과도 감소율은 32~57% 이며, 하중 압력 감소에 따른 평균 균열 투과도 감소율은 29~78%로 나타나 지지체 분포의 감소가 균열 투과도 감소에 더 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다. 실험결과를 바탕으로 균열 지지체의 분포 함량과 크기에 따라 균열 전파 영역을 구분하였으며, 균열 전파 영역이 깊어질수록 균열 투과도는 감소하였다. 이러한 결과를 기반으로 균열 전파 영역에 따른 균열 투과도를 산출하였고 각 영역에서 하중 압력에 따른 균열 투과도 감소를 확인하였다. 균열 전파 영역 내 균열 투과도의 하중 압력에 따른 감소 경향은 파쇄 균열대가 발달한 셰일가스 저류층의 생산 평가에 활용될 수 있다.

• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2000년도 암반공학문제의 수치해석(Numerical Analysis in Rock Engineering Problems)
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• pp.129-137
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• 2000

본 논문은 통계적 기법에 의한 균열망 해석 프로그램(NAPSAC)을 사용하여 암반의 수리특성을 평가하기 위해 시도되었다. 암반내 존재하는 절리의 방향성을 고려한 투수계수를 산정하기 위해 마북리 시험터널 주위의 시추자료와 막장 자료로부터 얻어진 균열에 대한 정보로부터 대상지역의 등가 투수계수를 추정하였다. 대상지역의 관찰자료(균열망에 대한 자료, 수리지질학적 자료)로부터 통계적 균열망 해석을 위한 입력자료를 결정하여 해석모델의 신뢰성을 확보하였다. 구현된 모델로부터 모델의 크기를증가함에 따라서 이방성 투수계수 및 투수계수의 변화를계산하였다. 해석결과대상지역의 투수성은 균열군의 방향성에 의해 강한 이방성을 보였다.

• 터널과지하공간
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• 제10권3호
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• pp.378-386
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• 2000

본 논문은 통계적 기법에 의한 균열망 해석 프로그램 (NAPSAC)을 사용하여 암반의 수리특성을 평가하기 위해 시도되었다. 암반내 존재하는 절리의 방향성을 고려한 투수계수를 산정하기 위해 마북리 시험터널 주위의 시추자료와 막장 자료로부터 얻어진 균열에 대한 정보로부터 대상지역의 등가 투수계수를 추정하였다. 대상지역의 관찰자료 (균열망에 대한 자료, 수리지질학적 자료 )로부터 통계적 균열망 해석을 위한 입력자료를 결정하여 해석모델의 신뢰성을 확보하였다. 구현된 모델로부터 모델의 크기를 증가함에 따라서 이방성 투수계수 및 투수계수의 변화를 계산하였다. 해석결과 대상지역의 투수성은 균열군의 방향성에 의해 강한 이방성을 보였다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2001년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.73-76
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• 2001

We have simulated the effect of fracture characteristics on reduction of effective permeability of the fractured rocks due to in-situ bacteria growth. A nutrient is injected continuously for growth of in-situ bacteria. We used a power law for fracture length distribution and a fBm for fracture aperture spatial distribution. The results show that in-situ bacteria growth reduces the Permeability hyperbolically, but the porosity of backbone fracture does not change significantly. It shows that reduction of the permeability proceeds at faster speed for smaller value of length exponent(a) and for larger value of Hurst exponent(H). The fracture length distribution has stronger effect on speed of reduction than the aperture spatial distribution. The time needed to reduce permeability is inversely proportional to the hydraulic gradient.

• Geomechanics and Engineering
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• 제30권6호
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• pp.503-515
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• 2022

The permeability coefficient is an essential parameter for the study of seepage flow in fractured rock mass. This paper discusses the feasibility and application value of using readily available RQD (rock quality index) data to estimate mine water inflow and grouting quantity. Firstly, the influence of different fracture frequencies on permeability in a unit area was explored by combining numerical simulation and experiment, and the relationship between fracture frequencies and pressure and flow velocity at the monitoring point in fractured rock mass was obtained. Then, the stochastic function generation program was used to establish the flow analysis model in fractured rock mass to explore the relationship between flow velocity, pressure and analyze the universal law between fracture frequency and permeability. The concepts of fracture width and connectivity are introduced to modify the permeability calculation formula and grouting formula. Finally, based on the on-site grouting water control example, the rock mass quality index is used to estimate the mine water inflow and the grouting quantity. The results show that it is feasible to estimate the fracture frequency and then calculate the permeability coefficient by RQD. The relationship between fracture frequency and RQD is in accordance with exponential function, and the relationship between structure surface frequency and permeability is also in accordance with exponential function. The calculation results are in good agreement with the field monitoring results, which verifies the rationality of the calculation method. The relationship between the rock mass RQD index and the rock mass permeability established in this paper can be used to invert the mechanical parameters of the rock mass or to judge the permeability and safety of the rock mass by using the mechanical parameters of the rock mass, which is of great significance to the prediction of mine water inflow and the safety evaluation of water inrush disaster management.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제9권1호
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• pp.79-86
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• 2004

암석 내 균열을 따른 수리전도도는 균열의 기하학적 요소, 즉 방향, 간극, 거칠기 그리고 상호 연결도에 주로 좌우된다. 따라서, 균열 내 투수계수를 정확하게 계산하기 위해서는 이와 같은 기하 요소들을 최대한 계산모델에 반영할 필요가 있다. 이 연구에서는 균열 기하양상을 최대한 정확히 반영한 균열모델에서 기존 수치해석과는 다른 새로운 방법인 균질화 해석법(homogenization analysis method)을 이용하여 균열을 따른 투수계수를 구하기 위해 수치해석을 수행하였다. 먼저, 공초점 레이저 스캔 현미경(Confocal Laser Scanning Microscope)을 이용하여 암석시료의 균열 조도와 균열에 가한 수직압축력의 변화에 따른 간극 변화량을 직접 측정하고, 이와 같이 획득한 자료는 균열모델 재현을 위한 입력자료로 사용되었다. 재현된 균열모델을 토대로 한 균질화 해석법은 미시규모(microscale) 매질특성과 거시규모(macroscale) 매질특성을 동시에 고려하여 투수계수를 계산할 수 있는 것이다. 즉, 균질화 해석법은 주기적 미세구조(microstructure)를 갖는 미소 불균질 물질의 거동특성을 구명하기 위해 개발된 새로운 형태의 섭동(perturbation) 이론이다. 이는 균질한 미시규모에서 미시 투수특성을 계산한 후, 거시규모에서의 균질화 투수계수를 계산하게 된다. 그러므로, 이 방법은 균열 기하양상의 국부적 영향을 고려한 투수특성을 정확히 해석할 수 있다. 균질화법을 이용한 투수계수 산정결과를 기존 연구에서 제안한 경험식과 비교하여 그 타당성을 검증하기 위해 전술한 2차원 균열모델을 이용한 투수계수 계산을 수행하였다. 균열모델은 거칠기(roughness)를 반영하고 동일한 간극을 할당한 평행판 모델을 가정하였다. 계산결과에 의하면, 균질화 해석법에 의해 계산한 C-투수계수는 실내투수시험에 의해 구한 투수계수와 같은 범위의 값을 가지거나 $10^1$ 정도의 차이를 보여, 그 계산결과는 타당하다고 볼 수 있다. 그러나, 균질화 해석법은 국부적으로 불균질한 균열 기하양상과 물질특성이 미시규모와 거시규모에서 모두 고려되므로, 이들 특성을 정확히 알고 있을 경우 기존에 제안된 경험식들에 의한 계산결과 보다 균질화 해석법의 결과가 훨씬 정확함을 주목하여야 한다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제44권1호
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• pp.43-52
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• 2012

To compute a permeability coefficient along a rough fracture that takes into account the fracture geometry, this study performed detailed measurements of fracture roughness using a confocal laser scanning microscope, a quantitative analysis of roughness using a spectral analysis, and a homogenization analysis to calculate the permeability coefficient on the microand macro-scale. The homogenization analysis is a type of perturbation theory that characterizes the behavior of microscopically inhomogeneous material with a periodic boundary condition in the microstructure. Therefore, it is possible to analyze accurate permeability characteristics that are represented by the local effect of the facture geometry. The Cpermeability coefficients that are calculated using the homogenization analysis for each rough fracture model exhibit an irregular distribution and do not follow the relationship of the cubic law. This distribution suggests that the permeability characteristics strongly depend on the geometric conditions of the fractures, such as the roughness and the aperture variation. The homogenization analysis may allow us to produce more accurate results than are possible with the preexisting equations for calculating permeability.

• 지질공학
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• 제14권1호
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• pp.47-60
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• 2004

이 연구에서는 간극변화에 따른 단열 기하양상을 충분히 고려한 투수계수를 구하고자 균질화 해석법을 이용하여 투수계수를 산정 하였다. 공초점 레이저 스캔 현미경을 이용하여 압력 단계별 간극을 측정한 결과 한개 시료 내에서 각 측정지점별 간극 크기는 모두 다르게 나타나며 단열 면 양쪽이 서로 평행하지 않고 불 평탄한 양상임을 잘 나타낸다. 각 시료별로 압력 단계별 간극양상을 이용하여 단열모델을 각각 작성하고 균질화 해석법을 통해 간극 양상에 따른 투수성 변화를 살펴본 결과, 각 시료별로 산정한 투수계수는 $10^{-1}~10^{-3}cm/sec$의 범위에 분포한다. 시료들은 대체로 압력이 증가함에 따라 일반적으로 투수계수가 감소하는 양상을 나타낸다. 그러나, 시료별로 압력에 따른 투수계수 감소비율이 일정하지 않고 다양한 변화양상을 보인다. 이와 같은 양상은 Chae et al.(2003)의 관찰결과와 잘 일치하며, 이는 간극의 변화가 투수성에 미치는 영향이 크다는 것을 입증한다. 동일 시료 내에서도 3등분한 지점별로 각기 다른 투수계수 값이 계산되었다. 이는 투수계수가 간극의 크기와 분포형태에 따라 민감하게 변화함을 지시하는 것이다. 따라서, 간극 분포가 일정하지 않은 암석 내 단열에서의 투수특성 해석 시에는 정확한 단열 기하양상을 반영하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 단열 내 투수계수 산정을 위해서는 단열 기하양상을 충분히 고려할 필요가 있다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제37권2호
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• pp.179-187
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• 2024

In this paper, a unified time-dependent constitutive model of Darcy flow and non-Darcy flow is proposed. The influencing factors of flow velocity are discussed, which demonstrates that permeability coefficient is the most significant factor. Based on this, the dynamic evolution characteristics of water inrush during tunneling through fault fracture zone is analyzed under the constant permeability coefficient condition (CPCC). It indicates that the curves of flow velocity and hydrostatic pressure can be divided into typical three stages: approximate high-velocity zone inside the fault fracture zone, velocity-rising zone near the tunnel excavation face and attenuation-low velocity zone in the tunnel. Furthermore, given the variation of permeability coefficient of the fault fracture zone with depth and time, the dynamic evolution of water flow in the fault fracture zone under the variable permeability coefficient condition (VPCC) is also studied. The results show that the time-related factor (α) affects the dynamic evolution distribution of flow velocity with time, the depth-related factor (A) is the key factor to the dynamic evolution of hydrostatic pressure.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2004년도 임시총회 및 추계학술발표회
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• pp.159-163
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• 2004

This study was conducted to calculate the permeability coefficient in a single fracture while taking the true fracture geometry into consideration. The fracture geometry was measured using the confocal laser scanning microscope (CLSM). The CLSM geometry data were used to reconstruct a fracture model for numerical analysis using a homogenization analysis (HA) method. The HA is a new type of perturbation theory developed to characterize the behavior of a micro-inhomogeneous material that involves periodic microstructures. The HA permeability was calculated based on the local geometry and local material properties (water viscosity in this case). The results show that the permeability coefficients do not follow the theoretical relationship of the cubic law.