An effect of coupled thermo-hydro-mechanical and chemical (THMC) behavior is an essential part of the performance and safety assessment of geological disposal systems for high-level radioactive waste and spent nuclear fuel. Furthermore, numerical models and modeling techniques are necessary to analyze and predict the coupled THMC behavior in the disposal systems. However, phenomena associated with the coupled THMC behavior are nonlinear, and the constitutive relationships between them are not well known. Therefore, it is challenging to develop numerical models and modeling techniques to analyze and predict the coupled THMC behavior in the geological disposal systems. It is also difficult to verify and validate the development of the models and techniques because it requires expensive laboratory tests and in-situ experiments that need to be performed for a long time. DECOVALEX was initiated in 1992 to efficiently develop numerical models and modeling techniques and validate the developed models and techniques against the lab and in-situ experiments. In Korea, Korea Atomic Energy Research Institute has participated in DECOVALEX-2011, DECOVALEX-2015, and DECOVALEX-2019 since 2008. In this study, all tasks in the three DECOVALEX projects were introduced to the researcher in the field of rock mechanics and geotechnical engineering in Korea.
A powerful numerical method that can be used for modeling rock-structure interaction is the Discontinuous Deformation Analysis (D D A) method developed by Shi in 1988. In this method, rock masses are treated as systems of finite and deformable blocks. Large rock mass deformations and block movements are allowed. Although various extensions of the D D A method have been proposed in the literature, the method is not capable of modeling water-block interaction, sequential loading or unloading and rock reinforcement; three features that are needed when modeling surface or underground excavation in fractured rock. This paper presents three new extensions to the D D A method. The extensions consist of hydro-mechanical coupling between rock blocks and steady water flow in fractures, sequential loading or unloading, and rock reinforcement by rockbolts, shotcrete or concrete lining. Examples of application of the D D A method with the new extensions are presented. Simulations of the underground excavation of the \ulcornerUnju Tunnel\ulcorner in Korea were carried out to evaluate the influence of fracture flow, excavation sequence and reinforcement on the tunnel stability. The results of the present study indicate that fracture flow and improper selection of excavation sequence could have a destabilizing effect on the tunnel stability. On the other hand, reinforcement by rockbolts and shotcrete can stabilize the tunnel. It is found that, in general, the D D A program with the three new extensions can now be used as a practical tool in the design of underground structures. In particular, phases of construction (excavation, reinforcement) can now be simulated more realistically.
Lee, Changsoo;Lee, Jaewon;Kim, Minseop;Kim, Geon Young
Tunnel and Underground Space
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v.30
no.1
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pp.39-62
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2020
In this study, Barcelona Basic Model (BBM) was implemented into TOUGH2-MP/FLAC3D for the numerical analysis of coupled thermo-hydro-mechanical (THM) behavior of unsaturated soils and the prediction of long-term behaviors. Similar to the methodology described in a previous study for the implementation of BBM into TOUGH-FLAC, the User Defined Model (UDM) of FLAC based on the Modified Cam Clay Model (MCCM) and the FISH function of FLAC3D were used to extend the existing MCCM module in FLAC3D for the implementation of BBM into TOUGH2-MP/FLAC3D. In the developed BBM module in TOUGH2-MP/FLAC3D, the plastic strains due to change in suction increase (SI) in addition to mean effective stress are calculated. In addition to loading-collapse (LC) yield surface, suction increase (SI) yield surface is changed by hardening rules in the developed BBM module. Several numerical simulations were conducted to verify and validate the implementation of BBM: using an example presented in the FLAC3D manual for the standard MCCM, simulation results using COMSOL, and experimental data presented in SKB Reports. In addition, the developed BBM analysis module was validated by simultaneously performing a series of modeling tests that were performed for the validation of the Quick tools developed for the purpose of effectively deriving BBM parameters, and by comparing the Quick tools and Code_Bright results reported in a previous study.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.17
no.3
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pp.329-338
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2019
Suction of unsaturated bentonite buffers is a very important input parameter for hydro-mechanical performance assessment and design of an engineered barrier system. This study analyzed suction measurement techniques and constitutive models of unsaturated porous media reported in the literature, and suggested suction measurement techniques and constitutive models suitable for bentonite buffer in an HLW repository. The literature review showed the suction of bentonite buffer to be much higher than that of soil, as measured by total suction including matric suction and osmotic suction. The measurement methods (RH-Cell, RH-Cell/Sensor) using a relative humidity sensor were suitable for suction measurement of the bentonite buffer; the RH-Cell /Sensor method was more preferred in consideration of the temperature change due to radioactive decay heat and measurement time. Various water retention models of bentonite buffers have been proposed through experiments, but the van Genuchten model is mainly used as a constitutive model of hydro-mechanical performance assessment of unsaturated buffers. The water characteristic curve of bentonite buffers showed different tendencies according to bentonite type, dry density, temperature, salinity, sample state and hysteresis. Selection of water retention models and determination of model input parameters should consider the effects of these controlling factors so as to improve overall reliability.
The social need for stable hydrogen storage technologies that respond to the increasing demand for hydrogen energy is increasing. Among them, underground hydrogen storage is recognized as the most economical and reasonable storage method because of its vast hydrogen storage capacity. In Korea, low-depth hydrogen storage using artificial protective structures is being considered. Further, establishing corresponding safety standards and ground stability evaluation is becoming essential. This study evaluated the hydro-mechanical behavior of the ground during a hydrogen gas leak from a low-depth underground hydrogen storage facility through the HM coupled analysis model. The predictive reliability of the simulation model was verified through benchmark experiments. A parameter study was performed using a metamodel to analyze the sensitivity of factors affecting the surface uplift caused by the upward infiltration of high-pressure hydrogen gas. Accordingly, it was confirmed that the elastic modulus of the ground was the largest. The simulation results are considered to be valuable primary data for evaluating the complex analysis of hydrogen gas explosions as well as hydrogen gas leaks in the future.
The present study conducted a numerical modeling of CO2 injection at the Janggi Basin using the TOUGH-FLAC simulator, and examined the hydro-mechanical stability of the aquifer and the fault. Based on the site investigations and a 3D geological model of the target area, we simulated the injection of 32,850 tons of CO2 over a 3-year period. The analysis of CO2 plume with different values of the aquifer permeability revealed that assuming a permeability of 10-14 m2 the CO2 plume exhibited a radial flow and reached the fault after 2 years and 9 months. Conversely, a higher permeability of 10-13 m2 resulted in predominant westward flow along the reservoir, with negligible impact on the fault. The pressure changes around the injection well remained below 0.6 MPa over the period, and the influence on the hydro-mechanical stability of the reservoir and fault was found to be insignificant.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.4
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pp.149-156
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2006
This paper investigates the steady state combustion characteristics of LPG homogeneous charge compression ignition(HCCI) engine with variable valve timing(VVT) and dimethyl ether(DME) direct injection, to find out the benefits in exhaust gas emissions. VVT is one of the attractive ways to control HCCI engine. Hot internal residual gas which is controlled by VVT device, makes fuel is evaporated easily, and ignition timing is advanced. Regular gasoline and liquefied petroleum gas(LPG) were used as main fuel and dimethyl ether(DME) was used as ignition promoter in this research. Operating range and exhaust emissions were compared LPG HCCI engine with gasoline HCCI engine. Operating range of LPG HCCI engine was wider than that of gasoline HCCI engine. The start of combustion was affected by the intake valve open(IVO) timing and the ${\lambda}TOTAL$ due to the latent heat of vaporization, not like gasoline HCCI engine. At rich operation conditions, the burn duration of the LPG HCCI engine was longer than that of the gasoline HCCI engine. CAD at 20% and 90% of the mass fraction burned were also more retarded than that of the gasoline HCCI engine. And carbon dioxide(CO2) emission of LPG HCCI engine was lower than that of gasoline HCCI engine. However, carbon oxide(CO) and hydro carbon(HC) emission of LPG HCCI engine were higher than that of gasoline HCCI engine.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.9
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pp.1273-1279
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2010
Pressure tubes at the CANada Deuterium Uranium (CANDU) nuclear power plants are periodically inspected in accordance with the CSA N285.4 code. If flaws that do not satisfy the criteria given in CSA N285.4 are detected, the code permits a fitness-for-service assessment to determine the acceptability of the flawed pressure tubes. In this paper, the Wolsong In-service Evaluation System (WIES) is introduced; this system has been developed for the assessment of the flawed pressure tubes and is based on CSA N285.8. Since the system evaluates the integrity of flawed pressure tubes exactly and promptly during an in-service inspection, it will help in operating the Wolsong nuclear power plants without prolonging the outage period.
Kim, Kee-Joo;Sung, Chang-Won;Baik, Young-Nam;Lee, Yong-Heon;Bae, Tae-Sung;Sohn, Il-Seon
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.3
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pp.38-43
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2008
The hydroforming technology has been spreaded dramatically in automotive industry last 10 years. Itmay cause many advantages to automotive applications in terms of better structural integrity of the parts, lower cost from fewer part count, material saving, weight reduction, lower springback, improved strength and durability and design flexibility. In this study, the whole process of rear sub-frame parts development by tube hydroforming using steel material having tensile strength of 440MPa grade is presented. At the part design stage, it requires feasibility study and process design aided by CAE (Computer Aided Design) to confirm hydroformability in details. Effects of parameters such as internal pressure, axial feeding and geometry shape in automotive rear sub-frame by hydroforming process were carefully investigated. Overall possibility of hydroformable sub-frame parts could be examined by cross sectional analyses. Moreover, it is essential to ensure the formability of tube material on every forming step such as pre-bending, preforming and hydroforming. In addition, all the components of prototyping tool are designed and interference with press is examined from the point of geometry and thinning.
Thermo-hydro-chemico-mechanical evolution of the radioactive waste repository and surrounding geological media is one of the key issues for the radioactive waste disposal. This article describes not only the basic context for the site selection but also a reasonable strategy for the repository related research based on the results of the French repository project carried out by ANDRA (National radioactive waste management agency). To have some alternatives for the determination of a preferable depth and geological media, it would be recommendable to establish a database system. The curing process of the fractures or microfissures in the EDZ (Excavation Disturbed Zone) during operation time has to be examined considering the evolution of the EDZ and the reversibility of the repository. It is prerequisite to carry out a feasibility study and to validate the design concept and design parameters in a properly constructed underground research laboratory (URL) in Korea.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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