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Technical Note

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암반 내 유동 분석을 위한 시각적 투수도 정규화 기법의 활용
Visual Normalization of Transmissivity for Analyzing Flow in Fractured Rock
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이항복, 박정욱, 김한나, 박의섭, 채병곤, 박찬
Hangbok Lee, Jung-Wook Park, Hanna Kim, Eui-Seob Park, Byung-Gon Chae, Chan Park
- 본 보고에서는 암반 내 유동특성을 포함하는 현장수리시험 자료를 시각적으로 비교분석하기 위한 투수도 정규화 플롯(Transmissivity Normalized Plot, TNP) 기법을 소개하였다. 이 방법은 기존의 …
This report presents the Transmissivity Normalized Plot (TNP) method, developed for the visual comparison and analysis of field hydraulic test data that …
- 본 보고에서는 암반 내 유동특성을 포함하는 현장수리시험 자료를 시각적으로 비교분석하기 위한 투수도 정규화 플롯(Transmissivity Normalized Plot, TNP) 기법을 소개하였다. 이 방법은 기존의 표준곡선 분석을 보완할 수 있는 도함수 정규화 방식으로, 지배적인 내부 경계조건을 기준으로 도함수 데이터를 정규화하고 이를 방사류 등가 투수도 단위로 변환한다. 그 결과로 생성된 투수도 정규화 플롯은 시간에 대한 투수도를 로그-로그 좌표계에 표현하며, 다양한 조건의 수리시험 데이터를 시각적으로 비교할 수 있도록 한다. 수리시험에서 방사상 흐름을 보일 경우, 변환된 도함수 곡선의 수직 좌표로부터 투수도를 도출할 수 있다. 이 때, 도함수 기울기는 0으로 곡선이 평탄하게 나타나며, 좌표계에서의 수직 위치는 투수도의 역반영을 나타낸다. 여러 환경에서 얻어진 비정상류 수리시험 데이터를 평가할 때, 이 TNP 방법은 유사한 암반층 반응을 유동모델과 투수도 크기 관점에서 시각적 비교를 할 수 있다. 서로 다른 수리시험의 정규화된 도함수 곡선이 후기 시간영역에서 수렴할 경우, 각기 다른 이들 시험이 동일한 대규모 투수도 및 유동구조를 반영하고 있음을 나타낸다. 본 보고에서는 이 TNP 방법의 기본 개념과 원리, 그리고 다양한 암반 환경과 수리특성을 포함하는 사례검토를 통해 이 기법의 적용 가능성을 살펴보았다. 이 TNP는 다양한 수리시험 데이터를 하나의 그래프에 시각적으로 통합하여 직접 평가할 수 있는 방법으로, 일관성 있는 유동개념모델 구축과 정확한 수리상수 산정에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.
- COLLAPSE
This report presents the Transmissivity Normalized Plot (TNP) method, developed for the visual comparison and analysis of field hydraulic test data that reflect flow characteristics in fractured rock. This method is based on a derivative normalization approach that complements traditional type curve analysis. Derivative data are normalized with respect to the dominant inner boundary condition and then converted into units of radial flow equivalent transmissivity. The resulting TNP expresses transmissivity as a function of time on a log-log plot, allowing for the visual comparison of hydraulic test data obtained under various conditions. For the case when the hydraulic test displays infinite acting radial flow (flat derivative), the transmissivity can be derived from the y-axis coordinate of the flat portion of the derivative displayed on the TNP. The basis for the visual evaluation of transmissivity is that during radial flow the derivative has a slope of zero and its vertical position in log-log coordinates is an inverse reflection of the transmissivity. When analyzing transient hydraulic test data from different field settings, the TNP technique enables visual comparison of similar formation responses in terms of both flow model characteristics and transmissivity magnitude. If normalized derivative curves from different tests converge in the late-time region, it suggests that the tests are capturing the same large-scale transmissivity and flow structure. This report outlines the fundamental concept and principles of the TNP method and examines its applicability through case studies covering a range of fractured rock environments and hydraulic properties. This TNP approach enables the visual integration and direct evaluation of various hydraulic test data within a single plot, and can be effectively utilized for constructing consistent conceptual flow models and accurately estimating hydraulic parameters.
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암반 내 유동 분석을 위한 시각적 투수도 정규화 기법의 활용
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Technical Note

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연속굴착형 TBM 추진잭의 신뢰성 평가를 위한 가속수명시험
Accelerated Life Testing for Reliability Evaluation of Thrust Jacks in Continuous Excavation Type TBM
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조민기, 이원준, 이홍석, 조정우, 정한영
Min-Gi Cho, Won-Jun Lee, Hong-Seok Lee, Jung-Woo Cho, Han-Young Jeong
- 연속굴착형 TBM에서 추진잭은 헬리컬 세그먼트의 경사면에 접지되는데, 이때 추진잭은 횡하중을 받게 된다. 이 과정이 지속되면, 실린더 및 주요부품은 좌굴로 인한 피로응력이 누적되어 …
In continuous excavation type TBM, thrust jacks contact with the inclined surface of helical segments, where they are subjected to lateral loads. …
- 연속굴착형 TBM에서 추진잭은 헬리컬 세그먼트의 경사면에 접지되는데, 이때 추진잭은 횡하중을 받게 된다. 이 과정이 지속되면, 실린더 및 주요부품은 좌굴로 인한 피로응력이 누적되어 추진잭의 구조 안정성과 신뢰성을 보증할 수 없게 된다. 본 연구에서는 유압실린더의 주요 고장모드를 조사하여 추진잭의 주요 고장인자를 분석하였다. 내구수명 보증시간에 따른 무고장 시험시간을 산출하고, 가속수명 신뢰성시험 코드를 설계하였다. 가속수명시험을 위한 전용 시험기를 구성하고, 리퍼비쉬된 추진잭의 주기반복 내구시험을 수행하였다. 시험 결과 파손이나 누유는 관측되지 않았으며, 사용시간 기준 4,500시간 이상의 신뢰수명을 충족함을 확인하였다.
- COLLAPSE
In continuous excavation type TBM, thrust jacks contact with the inclined surface of helical segments, where they are subjected to lateral loads. When this condition persists, buckling and fatigue stresses accumulate in the major components, compromising the structural stability and reliability of the thrust jack. In this study, the primary failure modes of hydraulic cylinders were investigated to identify the main failure factors of the thrust jacks. Based on the target durability assurance period, the required failure-free test time was calculated, and an accelerated life testing protocol was designed. A dedicated test rig for the accelerated life test was constructed, and cyclic endurance tests were performed on refurbished thrust jacks. The results showed no signs of fracture or oil leakage, confirming that the jacks satisfied the reliability requirement corresponding to 4,500 hours of operation.
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연속굴착형 TBM 추진잭의 신뢰성 평가를 위한 가속수명시험
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Original Article

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국내 심부환경과 처분개념을 고려한 심층처분시설의 암반역학적 수치해석 연구
A Numerical Study on Rock Mechanics for a Deep Geological Disposal Facility Considering the Deep Subsurface Environment in Korea
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김민준, 천대성, 박재용, 김민석, 윤형주
Min-Jun Kim, Dae-Sung Cheon, Jai-Yong Park, Min-Seok Kim, Hyung-Ju Yun
- 본 연구에서는 심층처분시설의 암반역학적 타당성 평가를 목적으로, 국내 대표 후보 암종의 물성을 기반으로 수치해석 모델을 구성하고, 수직처분 및 수평처분 방식에 대해 각각 …
This study aims to evaluate the rock mechanical feasibility of deep geological disposal facilities by constructing a numerical model that reflects the …
- 본 연구에서는 심층처분시설의 암반역학적 타당성 평가를 목적으로, 국내 대표 후보 암종의 물성을 기반으로 수치해석 모델을 구성하고, 수직처분 및 수평처분 방식에 대해 각각 대표 해석 사례를 설정하였다. 해석 조건으로는 국내 심부환경을 반영한 지반 정수, 측압계수, 현지응력 초기조건을 적용하였다. 굴착에 따른 처분터널과 처분공 주변 암반의 응력 재분포 및 변형률 분포를 평가하였으며, 최대 주응력의 국부 집중 영역, 변형률 및 소성영역 등 주요 안정성 지표를 도출하였다. 대표 사례 해석 결과, 공학적 방벽이 적용되지 않은 초기 조건에서 암반에 작용하는 최대 응력이 강도에 비해 낮게 나타나, 전반적으로 안정적인 응력 상태가 유지됨을 확인할 수 있었다. 반면, 지반 정수가 낮고 측압계수가 높은 해석 조건에서는 처분터널과 처분공 주변의 국부 영역에서 소성변형이 발생하였다. 이는 암반의 역학적 안정성이 물성 조건과 초기응력 상태에 민감하게 반응함을 보여준다. 본 연구의 결과는 심층처분시설 개념설계 단계에서 암반역학적 안정성 평가를 위한 정량적 기준과 비교 자료로 활용될 수 있으며, 천연방벽 안전여유의 기술적 검토에 기여할 수 있다.
- COLLAPSE
This study aims to evaluate the rock mechanical feasibility of deep geological disposal facilities by constructing a numerical model that reflects the rock properties of representative domestic crystalline rock formations. Representative cases were established for both vertical and horizontal disposal concepts. Rock properties, lateral stress ratios, and initial in-situ stresses reflecting the domestic deep geological conditions were applied as input parameters for the simulation. Stress redistribution and strain distribution around disposal tunnels and deposition holes during excavation were analyzed, and key stability indicators such as localized zones of maximum principal stress, strain concentration, and plastic deformation regions were identified. In the reference case, under the initial condition without engineered barriers, the maximum principal stress acting on the surrounding rock remained lower than the rock strength, indicating an overall stable stress condition. In contrast, under conditions with lower rock strength and a higher lateral stress coefficient, localized plastic deformation was observed around the disposal tunnels and boreholes. These results demonstrate that the rock mechanical stability of the disposal system is sensitive to rock properties and initial stress states. The findings of this study can serve as a quantitative basis for assessing rock mechanical stability in the conceptual design stage of disposal facilities and contribute to evaluating the safety margin of the natural barrier.
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국내 심부환경과 처분개념을 고려한 심층처분시설의 암반역학적 수치해석 연구
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Original Article

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수리역학 연계해석에 의한 강우 침투에 따른 비탈면 안정성 평가
Slope Stability Assessment Under Rainfall Infiltration by Coupled Hydro-Mechanical Analysis
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박도현
Dohyun Park
- 강우 시 비탈면 내부로 침투된 물은 지반의 함수비 및 포화도 증가, 지하수위 상승을 유발하여 비탈면의 안정성이 저하될 수 있다. 본 연구에서는 TOUGH-FLAC …
Water infiltration into slopes during rainfall can cause an increase in the moisture content and saturation of the ground and a rise …
- 강우 시 비탈면 내부로 침투된 물은 지반의 함수비 및 포화도 증가, 지하수위 상승을 유발하여 비탈면의 안정성이 저하될 수 있다. 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 기법을 이용한 수리역학 연계해석에 의해 강우 침투로 인한 시간경과에 따른 비탈면 안정성 및 지반거동의 변화를 분석하였다. 지표면까지 완전히 포화되지 않은 불포화 조건의 비탈면을 대상으로 하였고, 국내의 확률 강우강도식에 기반하여 강우조건이 설정되었다. 비탈면 안정성은 전단강도감소 기법에 기반한 안전율에 의해 평가되었고, 포화도, 응력, 변위, 강도응력비 등의 지반거동이 분석되었다. 지반의 초기 포화도, 상대 투수성 모델, 포화투수계수를 변화시켜 수치모사가 수행되었으며, 수리역학 해석을 위한 연계항이 비탈면 안전율 계산에 미치는 영향을 조사하였다.
- COLLAPSE
Water infiltration into slopes during rainfall can cause an increase in the moisture content and saturation of the ground and a rise in the groundwater level, which may lead to a decrease in slope stability. In the present study, changes in slope stability and ground behavior over time due to rainfall infiltration were investigated using a coupled hydro-mechanical analysis based on the TOUGH-FLAC approach. A slope under unsaturated conditions where the ground was not fully saturated to the ground surface was considered, and rainfall conditions were set based on a probable rainfall intensity formula in Korea. The slope stability was evaluated by the factor of safety determined by the shear strength reduction method, and ground responses such as saturation, stress, displacement, and strength-stress ratio were investigated. Numerical simulations were performed by varying the initial saturation, relative permeability model, and saturated permeability of the ground, and the effect of coupling terms for the hydro-mechanical analysis on the slope safety factor calculation was examined.
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수리역학 연계해석에 의한 강우 침투에 따른 비탈면 안정성 평가
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Original Article

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뒤채움재 설계안에 따른 다중방벽시스템의 열-수리-역학적 상호작용 특성 평가
Assessment of Thermal, Hydraulic, and Mechanical Interaction Characteristics in a Multi Barrier System based on Backfill Material Designs
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김광일, 차요한, 김진우, 이창수, 김진섭
Kwang-Il Kim, Yohan Cha, Jinwoo Kim, Changsoo Lee, Jin-Seop Kim
- 본 연구에서는 벤토나이트/규사 혼합비가 다른 세 가지 뒤채움재의 설계안이 한국형 기준 처분시스템(KRS+) 내 다중방벽시스템의 열-수리-역학적 상호작용에 미치는 영향을 평가하였다. 수치모델링 …
This study investigates the effects of three backfill material designs with varying bentonite- silica sand mix ratios on the thermal, hydraulic, and …
- 본 연구에서는 벤토나이트/규사 혼합비가 다른 세 가지 뒤채움재의 설계안이 한국형 기준 처분시스템(KRS+) 내 다중방벽시스템의 열-수리-역학적 상호작용에 미치는 영향을 평가하였다. 수치모델링 결과, 처분시스템의 온도 변화는 뒤채움재 설계안에 거의 영향을 받지 않았으나, 포화도 변화는 뒤채움재의 물성에 따라 유의미한 차이를 보였다. 벤토나이트 혼합비가 증가할수록 뒤채움재 자체의 포화는 빨라졌으나 완충재의 포화는 다소 지연되는 경향을 나타냈다. 완충재 융기 제어 성능은 뒤채움재의 팽윤압과 강성이 증가할수록 우수해지는 결과가 도출되었다. 다만, 팽윤압 증가보다 강성의 증가가 완충재 융기 제어에 더 효과적인 것으로 나타나, 뒤채움재 설계 시 성능 기준을 충족시키는 팽윤압을 유지하면서도 상대적으로 높은 강성을 갖도록 적절한 혼합비를 산정할 필요가 있다. 뒤채움재의 팽윤압은 굴착면에 가해지는 구속압과 이에 따른 암반의 강도를 증가시켜 뒤채움재 내 벤토나이트 혼합비가 증가할수록 근계 암반의 파괴 영역이 감소하는 것으로 나타났다.
- COLLAPSE
This study investigates the effects of three backfill material designs with varying bentonite- silica sand mix ratios on the thermal, hydraulic, and mechanical interactions in the multi- barrier system of the Improved Korean reference disposal system (KRS+). Numerical modeling results reveal that while the backfill material designs have minor effect on the temperature evolution within the repository, the saturation evolution shows notable differences based on the backfill properties. Specifically, increasing the bentonite content in the backfill accelerates backfill saturation, yet delays buffer saturation. The capability of the backfill to restrain upward movement of the buffer is enhanced by higher swelling pressure and stiffness of the backfill. However, stiffness increases tend to be more effective than additional swelling pressure for restaining upward movement of the buffer. Consequently, Designing an optimal mix ratio is crucial to ensure sufficient swelling pressure, fullfill performance criteria, and maintain relatively high stiffness. The backfill swelling pressure can act as a confining stress on the excavation surfaces, thereby enforcing the rock mass strength and reducing the extent of failure in the near-field rock mass, as the bentonite content in the backfill increases.
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뒤채움재 설계안에 따른 다중방벽시스템의 열-수리-역학적 상호작용 특성 평가
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Original Article

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도심지 2-Arch 터널의 시공단계 기반 안정성 평가 방안에 대한 연구
Study on the Stability Assessment Based on the Construction Stage for Urban 2-Arch Tunnel
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조규영, 조국환
Kyu-Young Cho, Guk-Hwan Cho
- 도심지 2-Arch 터널의 수요가 지속적으로 증가하고 있으나 최근 2-Arch터널의 붕괴사고가 발생됨에 따라 2-Arch터널 안정성에 대한 관심이 집중되고 있다. 시공현장에서는 장비운용 및 공기확보 …
There has been an increasing demand for 2-Arch tunnels in urban areas. However, as the collapse of 2-Arch tunnels due to uneven …
- 도심지 2-Arch 터널의 수요가 지속적으로 증가하고 있으나 최근 2-Arch터널의 붕괴사고가 발생됨에 따라 2-Arch터널 안정성에 대한 관심이 집중되고 있다. 시공현장에서는 장비운용 및 공기확보 등을 고려하여 2-Arch터널의 좌ㆍ우 확폭터널을 편측굴착하는 경우 중앙벽체에 편압이 발생될 것으로 예상되나, 중앙벽체 안정성 평가시 연직하중만이 고려된 Matsuda의 이완하중을 적용하고 있어 하중조건이 과소 적용되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 편측굴착 영향을 고려하여 중앙벽체 안정성 평가방안을 개선하고자 하였다. 이를 위해 편측굴착에 따른 시공단계를 모사한 지반안정성 검토를 수행하여 매개변수별 중앙벽체에 발생하는 편압 영향을 분석하고, 그 결과를 구조안정성 검토에 연계하여 중앙벽체에 발생하는 단면력을 검토하였다. 검토결과, 편압에 의해 중앙벽체의 부재력이 증가하였고 안정성 측면에서 불리한 검토조건에서는 설계강도를 초과하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라 당초 적용된 이완하중에 편압 영향을 추가로 고려할 수 있도록 편압영향계수를 제안하였다.
- COLLAPSE
There has been an increasing demand for 2-Arch tunnels in urban areas. However, as the collapse of 2-Arch tunnels due to uneven pressure occurred recently, interest in the stability of 2-Arch tunnels is being focused. At the construction site, considering the equipment operation and construction period, it is expected that the 2-Arch tunnel will be excavated on one side, causing uneven pressure to be generated on the central column. However, when evaluating the stability of the central column, Matsuda's relaxed rock load, which only considers the vertical load, is applied, resulting in under-applied load conditions. In this study, the stability assessment method of the central column was improved by considering the effect of asymmetric excavation. A numerical analysis was conducted simulating the construction stages according to asymmetric excavation, and the effects of uneven pressure on the central column according to parameters were analyzed. The element force generated in the central column was analyzed by linking the numerical analysis results to the structural analysis. The structural analysis results demonstrated that the section force of the central column increased due to the uneven pressure and exceeded the design strength under the unfavorable conditions. In addition, an Uneven Pressure Factor(U.P.F) was proposed as a method to consider the effect of uneven pressure on the existing under-applied relaxed rock load.
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도심지 2-Arch 터널의 시공단계 기반 안정성 평가 방안에 대한 연구
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Original Article

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수리-역학-화학적 조건을 고려한 변질에 따른 공학적방벽 내 완충재 팽윤 거동 모사를 위한 해석 시뮬레이터 개발
Development of a Numerical Simulator for Swelling Behavior of the Buffer Material in the Engineered Barrier Induced by the Alteration under Hydro-Mechanical-Chemical Conditions
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김태현, 황정환, 이창수, 김진섭
Taehyun Kim, Jeonghwan Hwang, Changsoo Lee, Jin-Seop Kim
- 처분시스템 내 공학적방벽의 핵심 요소인 완충재는 포화 시 팽윤하는 특성을 지니고 있으며, 지하수의 화학 조성에 따라 팽윤하는 특성 또한 영향을 받게 된다. …
A buffer material, a key component of the engineered barrier in a geological disposal system, exhibits swelling behavior when saturated. The chemical …
- 처분시스템 내 공학적방벽의 핵심 요소인 완충재는 포화 시 팽윤하는 특성을 지니고 있으며, 지하수의 화학 조성에 따라 팽윤하는 특성 또한 영향을 받게 된다. 따라서 수십만 년에 이르는 기간 동안 처분시스템의 장기 안정성 확보를 위해서는 화학적 영향을 고려한 완충재 팽윤 거동에 대한 수치해석적 연구가 필요하다. 본 연구에서는 수리-역학-화학 해석이 가능한 OGSPHREEQC-FLAC3D 해석 시뮬레이터를 개발하였다. OGSPHREEQC-FLAC3D 해석 시뮬레이터는 순차적 연동해석 기법을 적용하였으며, 열-수리-역학 복합거동 해석이 가능한 OGS-FLAC3D와 화학 거동 해석이 가능한 PHREEQC를 연동하였다. 흡입력에 따른 팽윤은 Barcelona Basic Model을 적용하였으며, 용질 내 이온 농도 변화에 따른 영향을 반영하였고, 몬모릴로나이트 함량 변화에 따른 영향 계수를 적용하였다. 개발된 해석 시뮬레이터의 적용성을 확인하기 위해 Na-벤토나이트를 대상으로 일차원 유동 시 팽윤 해석을 수행하였다. 주입수의 K+ 이온 농도에 따른 변질 영향을 평가하고자 하였으며, 이류 및 확산에 따라 시료 내 K+ 이온 농도가 증가함을 확인하였다. K+ 이온 농도 증가 시 변질에 따라 생성되는 일라이트 양이 증가하였으며, 일라이트화에 따라 팽윤압이 감소함을 확인하였다. 해석 결과는 향후 열-수리-역학-화학 복합거동을 고려한 심층 처분 해석 시뮬레이터 개발의 기반으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
- COLLAPSE
A buffer material, a key component of the engineered barrier in a geological disposal system, exhibits swelling behavior when saturated. The chemical composition of groundwater can significantly influence its swelling capacity. Therefore, numerical analysis of the buffer’s swelling behavior, incorporating chemical effects, is essential to ensure the long-term stability of the disposal system over hundreds of thousands of years. In this study, we developed the OGSPHREEQC-FLAC3D simulator, which enables coupled Hydro-Mechanical-Chemical (HMC) analysis. OGSPHREEQC-FLAC3D integrates OGS-FLAC3D for thermal-hydro-mechanical (THM) simulation with PHREEQC for chemical analysis using a sequential coupling approach. The Barcelona Basic Model was employed to simulate swelling behavior induced by suction pressure. Chemical effects were incorporated by considering changes in ion concentration in the solute, and a coefficient reflecting montmorillonite concentration variation was applied. A series of numerical simulations were conducted to evaluate the swelling behavior of Na-type bentonite under one-directional flow conditions. To investigate the effect of potassium ion (K+) concentration in the injection water, K+ concentration was increased in the sample through advection and diffusion. As K+ concentration rose, the amount of illite produced by chemical alteration also increased, leading to a reduction in swelling pressure. These results demonstrate the capability of the developed simulator and provide a foundation for future research aimed at advancing fully coupled thermal-hydro-mechanical-chemical (THMC) numerical simulation for geological disposal systems.
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수리-역학-화학적 조건을 고려한 변질에 따른 공학적방벽 내 완충재 팽윤 거동 모사를 위한 해석 시뮬레이터 개발
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Original Article

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벤토나이트의 탄소성 거동 및 수리-역학 연계거동 해석을 위한 수치모델 개발 및 벤치마크 모델링: DECOVALEX-2027 Sandwich Task
Development of a Numerical Model for Elasto-Plastic and Coupled Hydro-Mechanical Behavior of Bentonite and Its Benchmark Simulation: DECOVALEX-2027 Sandwich Task
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박정욱, 박찬희
Jung-Wook Park, Chan-Hee Park
- 본 연구에서는 고준위 방사성폐기물 처분장의 공학적 방벽 핵심 재료인 벤토나이트의 수리–역학적 복합거동을 정밀하게 모사하기 위한 수치모델을 개발하였다. 이를 위해 불포화 점토의 대표적 …
The present study developed a numerical model to accurately simulate the coupled hydro–mechanical behavior of bentonite, a key material in the engineered …
- 본 연구에서는 고준위 방사성폐기물 처분장의 공학적 방벽 핵심 재료인 벤토나이트의 수리–역학적 복합거동을 정밀하게 모사하기 위한 수치모델을 개발하였다. 이를 위해 불포화 점토의 대표적 탄소성 구성모델인 Barcelona Basic Model (BBM)을 FLAC3D 내 사용자 정의 모델로 구현하고, OpenGeoSys와 연동한 OGS–FLAC 해석기법을 구축하였다. 개발된 모듈은 포화 조건에서 Modified Cam-Clay (MCC) 모델과의 비교를 통해 기본 정합성을 확보하였으며, 흡입력 감소에 따른 팽창–붕괴 거동, 하중–흡입력 교차 경로에 따른 경로 의존성, SI–LC 항복면의 상호작용 등 대표적 벤치마크 시나리오를 재현하여 이론적 타당성과 수치적 신뢰성을 검증하였다. 또한, OGS에서 계산된 흡입력과 포화도를 BBM 응력 해석에 반영함으로써 불포화 조건에서의 수리–역학 연계 거동을 단계적으로 모사할 수 있는 OGS–FLAC 해석 기법을 제시하였다. 이를 적용하여 국제공동연구인 DECOVALEX-2027의 Sandwich Task Step 0a 모델링을 수행하였으며, Calcigel 벤토나이트 세 가지 건조밀도 조건에 대한 팽윤압, 포화도, 수직 변형률, 유입 수량의 시간 변화를 실험 결과와 비교하였다. 해석 결과는 실험실에서 관찰된 팽윤압 및 수리적 거동을 합리적으로 재현하였으며, 이를 통해 개발된 BBM 기반 OGS–FLAC 모듈이 벤토나이트의 경로 의존적 체적변형 및 수리–역학적 복합 거동 메커니즘을 안정적으로 설명할 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서 구축된 기법과 보정된 물성치는 향후 MiniSandwich, HTV-7 및 Mont Terri 현장 규모 실험에 대한 확장 적용과 국제 비교·검증 연구의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- COLLAPSE
The present study developed a numerical model to accurately simulate the coupled hydro–mechanical behavior of bentonite, a key material in the engineered barrier system (EBS) of high-level radioactive waste repositories. For this purpose, the constitutive equations of the Barcelona Basic Model (BBM), a representative elasto-plastic model for unsaturated soils, were implemented in FLAC3D as a user-defined model, and a coupled OGS–FLAC analysis framework was established by linking with OpenGeoSys. The developed module was first validated against the Modified Cam-Clay (MCC) model under saturated conditions, and subsequently verified through representative benchmark scenarios, including swelling–collapse behavior induced by suction decrease, path dependency under combined loading–suction variations, and the interaction of SI–LC yield surfaces. These comparisons confirmed the theoretical soundness and numerical reliability of the implementation. Furthermore, by incorporating suction and degree of saturation computed in OGS into the BBM stress analysis, a stepwise OGS–FLAC coupling approach was proposed to simulate hydro–mechanical interactions under unsaturated conditions. The framework was applied to the international DECOVALEX-2027 Sandwich Task Step 0a, in which swelling pressure tests on Calcigel bentonite at three initial dry densities were modeled. The simulations reproduced the observed evolution of swelling pressure, degree of saturation, axial strain, and water uptake with reasonable accuracy. The developed BBM-based OGS–FLAC module was demonstrated to reliably capture the path-dependent volumetric deformations and coupled hydro–mechanical mechanisms of bentonite. The proposed modeling approach and calibrated parameters are expected to provide a robust basis for future applications to larger-scale experiments, including MiniSandwich, HTV-7, and Mont Terri in situ tests, and for international comparative studies.
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벤토나이트의 탄소성 거동 및 수리-역학 연계거동 해석을 위한 수치모델 개발 및 벤치마크 모델링: DECOVALEX-2027 Sandwich Task
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Original Article

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CO2 지중저장을 위한 CO2 주입공 시멘트 안전성 분석
CO2 Injection Well Cement Integrity Analysis for Geological CO2 Storage
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정석희, 박종호, 이대성
Seokhee Jung, Jongho Park, Dae Sung Lee
- 본 연구는 CO2 지중저장을 위한 심부 주입공에 사용되는 시멘트 안전성 분석을 위해 포틀랜드 시멘트와 G-Class 시멘트를 이용하여 역학적 및 수리적 물성을 …
This study investigates the integrity of cements used in deep injection wells for geological CO₂ storage by evaluating the mechanical and hydraulic …
- 본 연구는 CO2 지중저장을 위한 심부 주입공에 사용되는 시멘트 안전성 분석을 위해 포틀랜드 시멘트와 G-Class 시멘트를 이용하여 역학적 및 수리적 물성을 측정하고 CO2 주입에 따른 시멘트 파쇄 양상과 주입성을 분석하였다. 해양 CO2 지중저장을 고려하여 바닷물을 사용하여 물/시멘트 중량비를 달리한 시멘트에 기능성 첨가제를 첨가한 시멘트 시료를 제작하고 바닷물에 시멘트 시료를 양생하였다. 포틀랜드 시멘트 및 G-Class 시멘트 모두 물/시멘트 중량비가 낮을수록 밀도가 높아 일축압축강도 및 영률 값이 높아지는 경향을 보였다. 공극률의 경우 시멘트 종류에 상관없이 물/시멘트 중량비가 낮은 시료가 다소 높은 공극률 값을 보였으나 시멘트를 통한 누출 시 중요한 변수가 되는 투과도의 경우 중량비에 상관없이 G-Class 시멘트가 낮은 투과도 값을 보였다. 심부 저류층에 CO2 주입을 가정하여 주입 시 발생할 수 있는 주입공 주변 시멘트 파쇄 및 균열 발생 여부를 확인하기 위해 시멘트 CO2 파쇄 실험을 실시하였다. G-Class 시멘트가 포틀랜드 시멘트보다 높은 CO2 파쇄 압력을 보였다. 또한 CO2 주입공 주변부로의 누출 발생 여부를 확인하기 위해 CO2 주입공 케이싱 모사 시료와 저류층 모사 시료를 제작하여 CO2 주입 시 주입 압력 변화를 분석하였다. 이 연구 결과 G-Class 시멘트가 낮은 투과도, 높은 CO2 파쇄 압력, 주입압에 따른 안정적인 압력 변화 양상을 보여 CO2 지중저장을 위한 CO2 주입공 시멘트 안전성에 적합한 시멘트로 판단하였다.
- COLLAPSE
This study investigates the integrity of cements used in deep injection wells for geological CO₂ storage by evaluating the mechanical and hydraulic properties of Portland cement and G-Class cement, as well as analyzing their fracturing behavior and injectivity under CO₂ exposure. To simulate marine geological storage conditions, cement specimens were prepared using seawater with varying water-to-cement ratios, supplemented with functional additives, and subsequently cured in seawater. Both Portland and G-Class cements exhibited increased density, uniaxial compressive strength, and Young’s modulus with lower water-to-cement ratios. While porosity values tended to be slightly higher in specimens with lower water-to-cement ratios regardless of cement type, G-Class cement consistently showed lower permeability, a key parameter influencing potential leakage pathways. To assess the potential fracturing and cracking of cement surrounding injection wells under deep reservoir CO₂ injection, CO₂ fracturing tests were conducted, revealing that G-Class cement exhibited higher CO₂ fracturing resistance compared to Portland cement. In addition, casing–reservoir simulation experiments were performed to analyze injection pressure variations and assess leakage risks along the wellbore. The findings indicate that G-Class cement, characterized by its lower permeability, higher CO₂ fracturing resistance, and stable injection pressure profile, is more suitable for ensuring wellbore cement integrity in CO₂ geological storage applications.
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CO2 지중저장을 위한 CO2 주입공 시멘트 안전성 분석
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Original Article

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절리 기하학적 물성이 선형, 비선형 수리 유동 특성에 미치는 영향에 대한 연구
A Study on the Effects of Joint Geometric Properties on Linear and Nonlinear Flow Characteristics
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최승범, 김태현, 김진섭
Seungbeom Choi, Taehyun Kim, Jin-Seop Kim
- 결정질 암반에서의 지하수 유동은 대부분 절리를 통하여 발생하기 때문에 절리를 통한 수리 유동의 자세한 특성화는 고준위방사성폐기물 처분장 전체의 장기적 안전성 측면에서 매우 …
Groundwater flow in crystalline rock masses occurs predominantly along joints. Therefore, detailed characterization of flow through individual joint is critical to the …
- 결정질 암반에서의 지하수 유동은 대부분 절리를 통하여 발생하기 때문에 절리를 통한 수리 유동의 자세한 특성화는 고준위방사성폐기물 처분장 전체의 장기적 안전성 측면에서 매우 중요한 사항이다. 절리 표면의 기하학적 특성은 다양한 물성으로 표현될 수 있으며, 이는 절리의 수리역학적 거동에 지대한 영향을 미친다. 본 논문에서는 이러한 표면 물성이 절리를 통한 유동의 선형, 비선형 특성에 미치는 영향을 실험적으로 파악하고 수치해석을 통해 보다 자세히 확인하였다. 무결암 시험편을 인장 파괴하여 절리 시험편을 생성했으며, 그 표면 물성은 레이저 스캐너를 활용하여 측정하였다. 처분장의 환경 조건을 반영하여 일정 압력 조건의 수리시험을 수행한 결과, 표면 기하학적 물성 중 간극의 공간 상관성이 전체적인 수리 유동에 미치는 영향을 파악하였다. 간극 공간에 대한 수치해석 결과, 공간 상관성에 따라 유동의 채널링 현상이 강화되어 비선형성이 나타날 수 있으며, 동시에 높은 수압 조건에서 국부적인 지역에 발생하는 와류 역시 비선형성의 원인이 될 수 있음을 확인하였다. 본 논문은 단일 절리를 통한 수리 유동과 관련된 기초 결과를 제공함으로써 향후 암반 단위의 안전성 해석을 위한 참조자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
- COLLAPSE
Groundwater flow in crystalline rock masses occurs predominantly along joints. Therefore, detailed characterization of flow through individual joint is critical to the long-term safety of deep geological repositories for high-level radioactive waste. The geometry of joint surfaces can be described by various properties and exert a significant influence on hydromechanical behavior. This study investigates, experimentally and numerically, the effects of such geometric properties on linear and nonlinear flow through a rock joint. Joint specimens were created by inducing tensile failure in intact rock, and their surface geometries were measured using a laser scanner. Then hydraulic tests were conducted under conditions representative of a repository environment. The results indicate that the spatial correlation of aperture can affect the overall flow behavior. Numerical simulations of the aperture field further show that small spatial correlation strengthens flow channeling, giving rise to flow nonlinearity. In addition, localized eddy flows that develop under high pressure can contribute to nonlinearity as well. The findings provide fundamental insights into flow through single rock joint and can serve as reference data for subsequent safety assessments.
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절리 기하학적 물성이 선형, 비선형 수리 유동 특성에 미치는 영향에 대한 연구



Tunnel and Underground Space










