• 대한토목학회논문집
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• 제39권2호
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• pp.297-306
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• 2019

개수로 만곡부에서 흐름은 원심력이 작용하기 때문에 횡방향 수면경사가 나타나고 유심선은 만곡 외측으로 치우친다. 수중 수제는 만곡부의 다양한 공학적인 문제를 해결하는 데 사용될 수 있다. 수중 수제가 흐름방향과 이루는 입사각과 수제 열 간격이 만곡부의 하상변동과 편수위에 미치는 영향을 파악하기 위해서 $90^{\circ}$만곡 직사각형 단면 수로에 잔자갈을 깔고 이동상 수리실험을 하였다. 만곡부에 수중 수제를 설치하면 최대 세굴심은 증가하나 균일한 둔각으로 수제를 설치하면 세굴을 줄일 수 있다. 수제를 설치한 만곡부에 수제설치 기준하상의 형성유량과 같은 유량이 흐를 경우 최대 세굴이 발생하는 위치가 하류로 이동하고 편수위는 증가한다. 그 유량보다 작으면 최대 세굴심의 위치가 상류로 이동하며 편수위는 감소한다. 만곡부에서 수중 수제는 입사각, 유량, 수제 열 간격의 상호작용에 따라 하상변동과 편수위에 대한 영향이 다르다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제33권5호
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• pp.203-216
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• 2021

진자형 파력발전장치(Oscillating Wave Surge Converter, OWSC)는 다양한 유형의 파랑 조건에서 효율적으로 작동해야하며 최적의 파랑에너지를 추출하도록 설계되어야 하기 때문에 OWSC의 거동과 관련된 복잡한 파랑-구조물 상호작용이 광범위한 조건에서 검토되어야 한다. OWSC의 개념 설계 및 개발단계에서 수치해석은 OWSC의 설계도구로써 좋은 대안이 될 수 있다. 본 연구에서는 기초적인 OWSC의 거동특성에 대한 검토를 목적으로 오픈소스 CFD를 이용하여 내습하는 파랑에 대한 역삼각형 플랩의 거동특성에 대한 수치해석을 수행하였다. 규칙파 내습시 주기의 변화에 따른 역삼각형 플랩 인근의 자유수면변위 및 회전각도(Flap Rotation angle)를 산정하여 구조물의 거동 특성에 대해 고찰하고, 그 결과를 수리실험과 비교·검토하여 해석성능의 타당성 및 OWSC의 관련 문제를 수치적으로 해석하기 위한 수치모델로서의 적용성능을 검증하였다. 수치해석결과는 파랑과 역삼각형 플랩의 상호작용에 의한 유체역학적 거동 특성을 양호하게 재현함을 확인하였다.

• 토지주택연구
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• 제13권1호
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• pp.141-150
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• 2022

국내 대규모 지진 이후 구조물의 내진에 대한 연구 필요성이 커짐에 따라 행정안전부에서는 기존의 내진설계기준 공통적용사항을 개정하여 국가내진성능 목표치를 상향하였으며 새로 개정된 내진설계기준의 성능목표치에 대한 연구가 필요하게 되었다. 이에 본 논문에서는 실제 노후화된 Test-Bed의 댐 제체와 내부에 매립되어 있는 수압철관과 유체를 여러 변수를 도입하여 3차원 유한요소법으로 모델링 하였으며 수압철관 내부 유체의 동수압으로 인한 거동을 분석하고 개정된 현행 내진설계 기준법에 부합하는 지진파에 대한 댐 제체와 수압철관의 안전성을 확인하였다. 3차원 유한요소해석결과 수압철관의 수충격에 의한 응력변화가 매우 작았으며 이를 통해 지진상황에서 수충격 보다 동수압의 영향이 더 큰 것을 확인할 수 있었다. 동수압이 SPH 형태인 경우 지진동으로 인한 유체의 거동과 응력 발생 위치를 유효하게 나타낼 수 있으며 취약부 분석에 더욱 용이할 것으로 분석되었다. 부식을 고려한 해석결과 수압철관이 제체의 매립되어 있기 때문에 응력 분산의 정도가 작아져 강재 항복응력의 1% 이하로 매우 작은 응력결과를 보였다. 또한 콘크리트 댐 제체의 상류 유입부의 미소 인장균열 발생 가능성이 있으나 수압철관의 응력증가에 큰 영향을 끼치지 않는 것으로 나타났으며 개정된 유효지반가속도의 지진상황에서 안전한 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제55권3호
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• pp.219-229
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• 2022

벤토나이트는 고준위방사성폐기물 심층처분 시스템 내 완충재 후보물질로서 고려되고 있다. 본 연구에서는 시멘트-벤토나이트의 상호작용 연구에 관한 문헌을 검토하여, 시멘트-벤토나이트 상호작용이 벤토나이트 변질 및 장기 안정성에 미치는 영향을 살펴보았다. 시멘트 물질과 지하수 상호작용에 의해 생성되는 강염기성 유체에 의한 벤토나이트의 주요 변질작용은 양이온 교환, 몬모릴로나이트 용해, 2차 광물 침전, 일라이트화 등이다. 처분장 인근 암반 단열을 통해 유입된 지하수와 처분장 건설에 사용된 시멘트 물질이 접촉하여 생성된 강염기성의 침출수가 벤토나이트와 반응하면 벤토나이트의 주구성광물인 몬모릴로나이트와 부구성광물의 용해가 발생하고, 제올라이트, 규산칼슘수화물, 방해석 등의 2차 광물의 침전이 일어난다. 몬모릴로나이트가 지속적으로 용해되면 벤토나이트의 물리화학적 특성이 변할 수 있고, 이는 궁극적으로 흡착능, 팽윤능, 투수성 등 완충재로서의 벤토나이트 성능 변화를 초래할 수 있다. 또한, 벤토나이트의 변질은 온도, 반응 기간, 압력, 공극수의 조성, 벤토나이트 구성광물, 몬모릴로나이트 화학조성, 층간 양이온 종류 등의 다양한 요인에 영향을 받는다. 본 연구는 고준위방사성폐기물 심층처분 시스템 내 완충재의 장기 안정성 검증 연구를 위한 기초 자료로서 활용될 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.175-186
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• 2023

처분공 내에 위치한 완충재는 사용후핵연료로부터 발산된 고온의 붕괴열과 지하수에 노출되며, 이와 같은 가열-수화를 포함한 처분환경 하의 완충재의 열-수리-역학-화학적 상호작용은 완충재의 장기적 성능과 건전성에 핵심적으로 작용하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 처분환경 조건에서 완충재의 가열-수화 특성 및 지하수 지화학 조건을 고려한 벤토나이트의 열-수리-역학-화학적(Thermal-Hydraulic-Mechanical-Chemical, 이하 THMC) 복합거동 특성 규명을 위한 실험실 규모의 Lab.THMC 실험시스템을 개발하였다. 본 실험시스템은 스페인 CIEMAT의 열-수리-역학 복합거동 실험장치를 토대로 개발되었으며, 화학적 특성을 달리한 지하수 주입 조건에서 벤토나이트 완충재의 가열-수화 특성을 파악하고 응력 변화를 계측함으로써 열-수리-화학적 변화에 따른 역학적 성능 변화 특성을 규명하는 것을 목표로 한다. 본 기술논문에서는 개발된 Lab.THMC 실험시스템의 설계 및 구성을 간략하게 소개하고, 장치 검토 및 주요 변수설정을 위해 수행된 예비실험 결과와 차후 연구계획에 대해 정리하였다.

• 한국지구과학회지
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• 제37권4호
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• pp.218-229
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• 2016

층면구조 안정성 다이어그램은 층면구조가 주어진 입도와 유속에서 나타나는 층면구조의 모양과 크기를 지시한다. 이 다이어그램은 대부분 수조실험에 의해 획득한 실험 데이터를 기반으로 작성되었다. 일반적으로, 수조실험은 입자의 크기와 유속사이의 관계를 이해하기 위해 분급이 좋고 단일입도의 분포를 보이는 퇴적물을 이용하여 수행되었다. 이 다이어그램에 의하면, 세립사와 중립사 퇴적물 표면에서 유속이 빨라지면서, 평행층 에서 연흔이 형성되기 시작한다. 이 연구의 목적은 층면구조 안정성 다이어그램의 결과가 실험을 통하여 잘 재현되는지를 확인하고, 분급이 좋은 퇴적물과 달리 분급이 불량한 경우인 이정 입도 분포를 보이는 사질 퇴적물에서도 잘 재현되는지 확인하는 것이다. 본 연구 실험 결과는 2D 연흔이나 3D 연흔 층면구조가 형성되기 위해서, 분급이 불량한 퇴적물의 경우에, 분급이 좋은 퇴적물보다 더 높은 유체의 유속과 전단응력이 필요하다는 것을 보여주고 있다. 탄산염 퇴적물은 수력학적 분급작용이 활발하지 않으며, 퇴적물의 구성이 알로켐과 기질로 이루어지는 이정 입도 분포를 보이는 퇴적물로서 일반적으로 분급이 불량한 특징을 가지고 있다. 따라서, 실험의 결과는 탄산염 퇴적물에서 층면구조 형성을 위해 쇄설성 퇴적환경의 퇴적물 보다 더 높은 유속이 필요할 수 있음을 제안하고 있다. 분급이 불량한 퇴적물 입자가 침식되어 이동기 위해 더 높은 에너지와 유속이 필요하다는 것은 분급 효과, 마찰 효과, 안정성 효과, 갑옷 효과 등이 복합적으로 작용한 결과로 설명될 수 있을 것이다. 본 연구는 예비적 고찰로서, 이어지는 연구를 통해 이러한 현상을 과학적으로 설명하고 입도와 층면구조 형성의 상관성을 보다 정교하게 규명하고자 한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제5권1호
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• pp.21-30
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• 1985

Tension Leg Platform (TLP)이란 평행위치로부터 일정 범위내에서 움직임으로 인하여 외 력의 효과를 완화시키는 compliant 구조물인 동시에, 기인장력을 받고 있는 연직 anchor cable 이 있으므로 부력이 자중을 초과하게 되는 안정한 platform 이다. 일반적으로 부체는 해상조건이 험할수록, 그리고 수심이 깊어질수록 동요가 심해지는데 TLP는 기인장 cable로 인하여 심해에서도 비교적 동요가 작아서 최근 대수심구조물의 총아로 각광받고 있다. 일찌기 Paulling 등이 TLP 거동의 예측을 위하여 수정된 Morison 방정식을 사용하는 선형동유체력합성방법을 발표하였다. 그러나 만일 TLP의 각 부재가 Morison 방정식의 가정이 성립할 수 없을 정도로 크다면 새로운 해석이 필요하다 하겠다. 일본의 Tanaka는 이런 경우에 McCamy-Fuchs 이론의 결과치를 이용하였으나, 완전한 해석이라기 보다는 일종의 간편법이라 하겠다. 본고에서는 큰 배수용적을 가진 연직부체가 있고, 이론적 해석의 결과를 검토해 볼 수 있는 수리모형 실험 결과가 있는 Deep Oil Technology (DOT) 회사의 TLP를 대상으로 하였다. 이 TLP는 부력을 전담하고 있는 연직축대칭 원통과 이들을 연결하고 있는 세부재로 이루어져 있어 축대칭부분에는 축대칭 Green 함수를 사용하여 동유체력을 구하고 세부재는 종래의 수정된 Morison 방정식의 항력항을 선형화하여 동유체력을 구하였다. 그리하여 부재의 각 미소부분에서 구한 힘들을 TLP의 중심에 원점을 둔 좌표계로 옮겨 동적응답을 구한 것이다. 본 해석에서 부재 상호간의 작용은 무시하였으며 단지 부재간의 거리효과만 고려하였다. 따라서 사용된 좌표계는 전체 (Global) 좌표계, 지점 (Local) 좌표계 및 파랑 (Wave) 좌표계 등이었고 각 좌표계간의 변환식이 필요하였다. 전체적인 해석정도는 선형이론으므로 케이블의 강성도 역시 선형적으로 구하였으며, 앞서 언급했다시피 Morison 방정식의 비선형항인 항력항은 Fourier 해석으로 선형화 하였다. 이러한 Fourier 해석은 잘 알려져 있는 Lorentz 원리와 같다고 볼 수 있다. 세부재의 경우 접선력은 무시하였고 수입자의 운동에 의한 부채에 대한 수직력만 고려하였다. 여기서 파랑좌표계에서 지점좌표계로의 좌표변환이 주의를 요하고 있다. 이제 이렇게 구한 각 힘들을 전체좌표 계에서 6개의 자유도별로 운동방정식에 대입하면 각 자유도별 동적응답이 구하여지는 것이다. DOT TLP의 Surge mode에 대한 동적응답을 실험치와 비교하여 본 결과, 세부재에 대한 고려를 뺄 수 없음을 알 수 있었다. 이는 연직축대칭 부체의 크기가 그리 크지 않으므로 인한 것이며, TLP의 원형의 경우에는 보다 더 관성력이 지배적일 것으로 사료된다.

• 터널과지하공간
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• 제28권6호
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• pp.670-691
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• 2018

본 논문에서는 국제공동연구 DECOVALEX-2019 프로젝트의 일환으로 수행된 Task B Benchmark Model Test(BMT)의 연구 결과를 소개하였다. Task B는 'Fault slip modelling'을 연구주제로 하며, 유체의 주입으로 인해 발생하는 단층의 재활성과 수리역학적 연계거동을 예측할 수 있는 해석기법을 개발하는 데에 목적이 있다. BMT 시나리오 해석은 각 참가팀들의 수치모델이 단층의 수리역학적 연동거동을 적절히 모사할 수 있는지 교차검증함으로써 각 해석코드의 완성도를 높이기 위하여 수행되었으며, 주입압 적용 조건, 단층 물성, 수리역학적 연동해석 조건 등에 따라 7개의 해석 모델로 이루어져 있다. 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석 기법을 이용하여, 역학적 변형으로 야기되는 단층의 수리적 물성 변화와 간극의 기하학적 변화를 동시에 반영할 수 있는 수리역학적 커플링 모듈을 개발하였다. BMT 시나리오 해석을 위하여 Task B 1단계(Step 1) 연구에서 개발된 수치모델을 일부 수정하였고, 단층의 변형에 따른 압축률과 투수계수, 단층의 해석 메쉬의 변화가 해석에 반영될 수 있도록 하였다. 단층의 투수량계수와 저류계수가 단층 내 압력 분포, 주입수량, 변위, 응력 등 수리역학적 거동에 미치는 영향을 검토하였으며, 수정된 수치모델을 기수행된 1단계 연구에 적용하여 해석결과를 업데이트하였다. 해석 결과, 본 연구에서 개발한 해석기법이 물 주입으로 인한 단층의 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.