• Technical Notes

    Special Issue

    2008년부터 2019년까지 수행된 국제공동연구 DECOVALEX 소개

    Introduction of International Cooperation Project, DECOVALEX from 2008 to 2019

    이창수 ㆍ 김태현 ㆍ 이재원 ㆍ 박정욱 ㆍ 권새하 ㆍ 김진섭

    Changsoo Lee, Taehyeon Kim, Jaewon Lee, Jung-Wook Park, Seha Kwon, Jin-Seop Kim

    열-수리-역학-화학적 복합거동의 영향은 고준위방사성폐기물 심층 처분시스템의 성능평가 및 안전성 평가 측면에서 중요하기 때문에 이를 분석하고 예측하기 위한 해석모델과 수치해석 기법이 필요하다. 하지만 ...

    An effect of coupled thermo-hydro-mechanical and chemical (THMC) behavior is an essential part of the performance and safety assessment of geological disposal ...

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    열-수리-역학-화학적 복합거동의 영향은 고준위방사성폐기물 심층 처분시스템의 성능평가 및 안전성 평가 측면에서 중요하기 때문에 이를 분석하고 예측하기 위한 해석모델과 수치해석 기법이 필요하다. 하지만, 장기간에 걸쳐 발생하는 열-수리-역학-화학적 복합거동에 관련된 다양한 현상들이 비선형적 거동을 보이고 그 구성방정식들의 상관관계가 명확하지 않기 때문에 이를 정확하게 해석하고 예측할 수 있는 수치모델과 모델링 기법을 개발하는 것은 매우 어렵다. 뿐만 아니라, 개발된 수치모델과 모델링 기법을 검증하기 위해서는 오랜 시간동안 수행되어야 하는 고비용의 실험실 시험과 현장시험이 필요하기 때문에 열-수리-역학-화학적 복합거동 분석과 예측을 위한 수치모델과 모델링 기법의 개발뿐만이 아니라 검증 역시 쉽지 않다. 이러한 문제를 해결하여 효과적인 수치모델 및 해석기법 개발과 실험실 시험 및 현장시험 데이터를 활용한 검증을 수행하기 위해 국제공동연구 DECOVALEX(DEvelopment of COupled models and their VALidation against EXperiment) 프로젝트가 1992년부터 시작되었다. 한국의 경우, 한국원자력연구원이 2008년부터 DECOVALEX-2011, DECOVALEX-2015, 그리고 DECOVALEX-2019에 참여하였다. 본 기술 보고에서는 지난 3단계의 DECOVALEX 프로젝트에서 수행된 모든 과제의 주요 내용을 국내 암반 및 지반공학자들에게 소개하였다.


    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.

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    August 2020
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    DECOVALEX-2019 Task G 소개: EDZ Evolution – 굴착손상영역 평가를 위한 수리전도도 및 투수량계수 측정의 신뢰도, 적합성 및 중요성

    An Introduction to the DECOVALEX-2019 Task G: EDZ Evolution – Reliability, Feasibility, and Significance of Measurements of Conductivity and Transmissivity of the Rock Mass

    권새하 ㆍ 민기복

    Saeha Kwon, Ki-Bok Min

    사용후핵연료의 심층처분 사업에서는 처분장 주변 모암의 수리역학적 성능을 저하시키는 굴착손상영역의 특성화가 중요하다. 이에 DECOVALEX-2019 프로젝트의 Task G에서는 균열암반 수치해석 모델을 구축한 후 ...

    Characterizations of Excavation Damage Zone (EDZ), which is hydro-mechanical degrading the host rock, are the important issues on the geological repository for ...

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    사용후핵연료의 심층처분 사업에서는 처분장 주변 모암의 수리역학적 성능을 저하시키는 굴착손상영역의 특성화가 중요하다. 이에 DECOVALEX-2019 프로젝트의 Task G에서는 균열암반 수치해석 모델을 구축한 후 암반 주변의 굴착손상영역의 수리역학적 거동을 모사하고, 구축한 모델로 처분장의 운영 시에 장기적으로 야기될 수 있는 추가적인 수리학적 변화를 관찰하였다. 과업의 첫 번째 단계에서는 2차원 균열암반 모델을 구축하여 수치해석 기법의 특성을 파악하고, 두 번째 단계에서는 3차원 균열암반 모델로 확장 후 스웨덴 애스푀 지하연구시설(Äspö Hard Rock Laboratory) 내 TAS04 간섭시험 결과와 비교하여 수치해석 모델을 검증한 후, 세 번째 단계에서는 열과 빙하 하중에 의한 영향을 반영하여 균열암반의 수리역학적 반응을 순차적으로 확인하였다. 과업의 전 과정에서 유한요소법과 개별요소법으로 균열암반에서의 수리역학적 분석을 수행하였으며, 균열의 기하학적 특성을 반영 및 굴착손상영역을 반영하는 과정에서 각 수치해석 기법에 따라 다양한 접근방법으로 고려하였다. 따라서 본 연구는 향후 결정질 균열암반에 사용후핵연료 처분장을 계획할 시 수치해석 단계에서 채택될 수 있는 다양한 접근 방법과 고려해야 할 사항들을 제시할 수 있을 것으로 전망한다.


    Characterizations of Excavation Damage Zone (EDZ), which is hydro-mechanical degrading the host rock, are the important issues on the geological repository for the spent nuclear fuel. In the DECOVALEX 2019 project, Task G aimed to model the fractured rock numerically, describe the hydro-mechanical behavior of EDZ, and predict the change of the hydraulic factor during the lifetime of the geological repository. Task G prepared two-dimensional fractured rock model to compare the characteristics of each simulation tools in Work Package 1, validated the extended three-dimensional model using the TAS04 in-situ interference tests from Äspö Hard Rock Laboratory in Work Package 2, and applied the thermal and glacial loads to monitor the long-term hydro-mechanical response on the fractured rock in Work Package 3. Each modelling team adopted both Finite Element Method (FEM) and Discrete Element Method (DEM) to simulate the hydro-mechanical behavior of the fracture rock, and added the various approaches to describe the EDZ and fracture geometry which are appropriate to each simulation method. Therefore, this research can introduce a variety of numerical approaches and considerations to model the geological repository for the spent nuclear fuel in the crystalline fractured rock.

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    August 2020
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    수리역학적연계 3차원 입자유동코드를 사용한 유체주입에 의한 단층변형 모델링: DECOVALEX-2019 Task B

    Modelling of Fault Deformation Induced by Fluid Injection using Hydro-Mechanical Coupled 3D Particle Flow Code: DECOVALEX-2019 Task B

    윤정석 ㆍ Jian Zhou

    Jeoung Seok Yoon, Jian Zhou

    본 수치해석연구에서는 국제공동연구프로젝트 DECOVALEX2019의 Task B의 일환으로 PFC3D를 기반으로한 수리역학연계모델을 개발하여 스위스 Mont Terri 지하연구시설에서 수행된 단층의 유체주입으로 인한 슬립시험을 모사하였다. 이를통해 ...

    This study presents an application of hydro-mechanical coupled Particle Flow Code 3D (PFC3D) to simulation of fluid injection induced fault slip experiment ...

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    본 수치해석연구에서는 국제공동연구프로젝트 DECOVALEX2019의 Task B의 일환으로 PFC3D를 기반으로한 수리역학연계모델을 개발하여 스위스 Mont Terri 지하연구시설에서 수행된 단층의 유체주입으로 인한 슬립시험을 모사하였다. 이를통해, 개발한 PFC3D 수리역학연계모델이 가진 한계점과 향후 보완할 점을 검토하고자 하였다. PFC3D를 기반으로한 3차원 입자결합모델 내 공극-유동통로모델을 생성하였으며 이를 사용하여 Mont Terri Step 2 단층내 유체주입실험을 모사하였다. 모델링결과 단층대를 따라 주입유체의 유동에 의한 단층대의 변형을 확인하였지만, 관측정에서의 시간에 따른 수압변화는 현장측정치와 부분적으로 일치하는 경향을 확인하였다. 현장측정 관측수압은 초기 유체주입 압력증가에 거의 변화를 보이지 않고 주입수압이 최대치에 도달할때쯤 급격한 증가를 보이는반면, 모델링에서는 주입압력이 증가함에 따라 관측수압도 부드럽게 증가하는 경향을 보였다. 이러한 부분적으로 일치하는 결과의 원인으로는 Mont Terri 현장의 단층을 모사하는 방법에 기인하는 것으로 판단하다. PFC3D에서는 단층을 손상대와 코어균열의 조합으로 모사하였고 단층대의 두께가 약 2 m로 주입유체가 단층대를 통해 유동하도록 모사하였기에 현장에서의 주입유체의 단층내 유동보다 그 유동범위가 크게 모사되었다고 판단한다. 또한, 현장단층에서와 같이 단층내부에 존재하는 충진물질로 인해 단층내 수리유동이 제한되어 국부적으로 과잉공급수압이 형성될 수 있는 기재를 모사하지 못한 점 또한 모델링 결과와 현장측정결과가 부분적으로 일치하는 원인일 수 있다. 단층변형의 경우는 모델링결과와 현장측정결과 유사한 수준으로 일치하는 결과를 확인하였다. 수치모델을 변형하여 단층대의 두께를 감소시키고 단층내 충진물질의 비균질적인분포를 모사할 수 있는 방법론에 대한 후속 연구를 통해 PFC3D 수리역학연계모델의 유체주입으로 인한 단층활성화 연구로의 적용성을 향상시키는 것을 제안하고 한다.


    This study presents an application of hydro-mechanical coupled Particle Flow Code 3D (PFC3D) to simulation of fluid injection induced fault slip experiment conducted in Mont Terri Switzerland as a part of a task in an international research project DECOVALEX-2019. We also aimed as identifying the current limitations of the modelling method and issues for further development. A fluid flow algorithm was developed and implemented in a 3D pore-pipe network model in a 3D bonded particle assembly using PFC3D v5, and was applied to Mont Terri Step 2 minor fault activation experiment. The simulated results showed that the injected fluid migrates through the permeable fault zone and induces fault deformation, demonstrating a full hydro-mechanical coupled behavior. The simulated results were, however, partially matching with the field measurement. The simulated pressure build-up at the monitoring location showed linear and progressive increase, whereas the field measurement showed an abrupt increase associated with the fault slip We conclude that such difference between the modelling and the field test is due to the structure of the fault in the model which was represented as a combination of damage zone and core fractures. The modelled fault is likely larger in size than the real fault in Mont Terri site. Therefore, the modelled fault allows several path ways of fluid flow from the injection location to the pressure monitoring location, leading to smooth pressure build-up at the monitoring location while the injection pressure increases, and an early start of pressure decay even before the injection pressure reaches the maximum. We also conclude that the clay filling in the real fault could have acted as a fluid barrier which may have resulted in formation of fluid over-pressurization locally in the fault. Unlike the pressure result, the simulated fault deformations were matching with the field measurements. A better way of modelling a heterogeneous clay-filled fault structure with a narrow zone should be studied further to improve the applicability of the modelling method to fluid injection induced fault activation.

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    August 2020
    Special Issue
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    Special Issue

    TOUGH2-FLAC3D Interface 모델을 통한 단층 재활성 모델링: DECOVALEX-2019 Task B

    Fault Reactivation Modeling Using Coupled TOUGH2 and FLAC3D Interface Model: DECOVALEX-2019 Task B

    박정욱 ㆍ 박의섭 ㆍ 이창수

    Jung-Wook Park, Eui-Seob Park, Changsoo Lee

    본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석기법을 통해 단층의 수리역학적 거동을 평가할 수 있는 수치해석모델을 제안하였다. 이는 국제공동연구 DECOVALEX-2019 Task B의 일환으로 수행되었으며, 불투수성 암반 ...

    We present a numerical model to simulate coupled hydro-mechanical behavior of fault using TOUGH-FLAC simulator. This study aims to develop a numerical ...

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    본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석기법을 통해 단층의 수리역학적 거동을 평가할 수 있는 수치해석모델을 제안하였다. 이는 국제공동연구 DECOVALEX-2019 Task B의 일환으로 수행되었으며, 불투수성 암반 내 유체 주입으로 인한 단층의 재활성을 예측하고 주변 암반의 수리역학적 안정성을 평가할 수 있는 해석모델을 개발하는 데에 그 목적이 있다. 본 연구에서는 TOUGH2 수리유동모델과 FLAC3D의 역학적 인터페이스 모델의 연동을 통해 단층의 역학적 거동을 보다 합리적으로 구현할 수 있는 해석기법을 제안하고, 벤치마크 해석과 스위스 Mont Terri 지하연구시설 현장시험에 적용하여 그 타당성과 유효성을 검증하였다. 개발된 해석 모델은 유체의 주입으로 인한 단층 내 압력 분포의 발달, 역학적 변형에 따른 수리간극의 변화, 변위와 응력 등 단층의 수리역학적 거동을 적절히 재현할 수 있는 것으로 나타났다.


    We present a numerical model to simulate coupled hydro-mechanical behavior of fault using TOUGH-FLAC simulator. This study aims to develop a numerical method to estimate fluid injection-induced fault reactivation in low permeability rock and to access the relevant hydro-mechanical stability in rock as part of DECOVALEX-2019 Task B. A coupled fluid flow and mechanical interface model to explicitly represent a fault was suggested and validated from the applications to benchmark simulations and the field experiment at Mont Terri underground laboratory in Switzerland. The pressure build-up, hydraulic aperture evolution, displacement, and stress responses matched those obtained at the site, which indicates the capability of the model to appropriately capture the hydro-mechanical processes in rock fault.

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    August 2020
    Special Issue
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    Special Issue

    스위스 Grimsel Test Site에서 수행된 FEBEX 현장시험에 대한 수치해석적 연구

    Numerical analysis of FEBEX at Grimsel Test Site in Switzerland

    이창수 ㆍ 이재원 ㆍ 김건영

    Changsoo Lee, Jaewon Lee, Geon-Young Kim

    벤토나이트 완충재에서의 열-수리-역학적 복합거동을 예측하기 위해 TOUGH2-MP/FLAC3D 시뮬레이터를 기반으로 개발된 Barcelona basic 모델(BBM) 해석모듈의 현장 적용성을 검토하고자 국제공동연구 DECOVALEX-2019 Task ...

    Within the framework of DECOVALEX-2019 Task D, full-scale engineered barriers experiment (FEBEX) at Grimsel Test Site was numerically simulated to investigate an ...

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    벤토나이트 완충재에서의 열-수리-역학적 복합거동을 예측하기 위해 TOUGH2-MP/FLAC3D 시뮬레이터를 기반으로 개발된 Barcelona basic 모델(BBM) 해석모듈의 현장 적용성을 검토하고자 국제공동연구 DECOVALEX-2019 Task D에 참여하여 스위스 Grimsel Test Site의 현장시험(full-scale engineered barriers experiment, FEBEX) 모델링을 수행하고 현장시험에서 계측된 히터 파워, 온도, 상대습도, 응력, 포화도, 함수율 그리고 건조밀도를 계산 값과 비교하였다. 수치해석을 이용하여 시간에 따른 히터 파워와 온도 변화는 전반적으로 잘 재현되었지만, 히터 1과 히터 2에서의 파워 차이를 계산할 수는 없었으며 이를 개선하기 위해서는 FEBEX 터널 주변에 분포하는 황반암과 시험장치 및 벤토나이트 블록의 설치 공정을 반영할 필요가 있을 것으로 판단된다. 상대습도 변화와 분포 역시 전반적으로 잘 모사되었으나, 수치해석에서 히터 부근에서의 재포화과정이 상대적으로 빠르게 진행된 것으로 보아 수리모델에 대한 일부 수정이 필요할 것으로 보인다. 현장시험에서는 벤토나이트 완충재와 암반 사이에 틈이 존재하지만 수치해석에서는 완벽하게 접촉하고 있는 것으로 가정하였기 때문에 운영 초기의 응력 변화는 다소 차이를 보였지만, 전반적으로 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다. 해체 이후 측정한 포화도, 함수율, 그리고 건조밀도의 분포 역시 전반적으로 잘 재현되었지만, 건조밀도가 터널 중심과 히터부근에서 조금 크게 계산되어 벤토나이트 블록의 투수계수가 상대적으로 작은 값으로 반영되어 포화도와 함수율이 작게 계산된 것으로 보이며, 이를 개선하기 위해서는 건조밀도에 따른 투수계수 모델에 일부 수정이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구의 결과를 토대로 수치모델을 수정하고 추가적인 연구를 수행한다면, 보다 나은 해석 결과와 벤토나이트 완충재에서의 THM 복합거동을 좀 더 현실적으로 예측할 수 있을 것으로 판단된다.


    Within the framework of DECOVALEX-2019 Task D, full-scale engineered barriers experiment (FEBEX) at Grimsel Test Site was numerically simulated to investigate an applicability of implemented Barcelona basic model (BBM) into TOUGH2-MP/FLAC3D simulator, which was developed for the prediction of the coupled thermo-hydro-mechanical behavior of bentonite buffer. And the calculated heater power, temperature, relative humidity, total stress, saturation, water content and dry density were compared with in situ data monitored in the various sections. In general, the calculated heater power and temperature provided a fairly good agreement with experimental observations, however, the difference between power of heater #1 and that of heater #2 could not captured in the numerical analysis. It is necessary to consider lamprophyre with low thermal conductivity around heater #1 and non-simplified installation progresses of bentonite blocks in the tunnel for better modeling results. The evolutions and distributions of relative humidity were well reproduced, but hydraulic model needs to be modified because the re-saturation process was relatively fast near the heaters. In case of stress evolutions due to the thermal and hydraulic expansions, the computed stress was in good agreement with the data. But, the stress is slightly higher than the measured in situ data at the early stage of the operation, because gap between rock mass and bentonite blocks have not been considered in the numerical simulations. The calculated distribution of saturation, water content, and dry density along the radial distance showed good agreement with the observations after the first and final dismantling. The calculated dry density near the center of the FEBEX tunnel and heaters were overestimated compared with the observations. As a result, the saturation and water content were underestimated with the measurements. Therefore, numerical model of permeability is needed to modify for the production of better numerical results. It will be possible to produce the better analysis results and more realistically predict the coupled THM behavior in the bentonite blocks by performing the additional studies and modifying the numerical model based on the results of this study.

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    August 2020
    Special Issue
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    Special Issue

    벤토나이트 완충재에서의 기체 팽창 흐름 수치 모델링: DECOVALEX-2019 Task A

    Numerical Modelling for the Dilation Flow of Gas in a Bentonite Buffer Material: DECOVALEX-2019 Task A

    이재원 ㆍ 이창수 ㆍ 김건영

    Jaewon Lee, Changsoo Lee, Geon Young Kim

    고준위방사성폐기물을 처분하기 위한 심층처분시스템의 공학적 방벽은 처분 용기에서 방사성 핵종 누출이 발생하더라도 주변 암반으로의 누출 속도를 늦춰주는 역할을 수행해야하기 때문에 장기적으로 그 ...

    The engineered barrier system of high-level radioactive waste disposal must maintain its performance in the long term, because it must play a ...

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    고준위방사성폐기물을 처분하기 위한 심층처분시스템의 공학적 방벽은 처분 용기에서 방사성 핵종 누출이 발생하더라도 주변 암반으로의 누출 속도를 늦춰주는 역할을 수행해야하기 때문에 장기적으로 그 성능을 유지하여야 한다. 특히 벤토나이트 완충재와 같이 점토 물질을 다량 함유한 매질에서만 나타나는 기체 흐름 현상인 팽창 흐름은 벤토나이트 완충재의 장기 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에 이 현상을 명확히 규명하는 것이 매우 중요하다. 이에 따라 DECOVALEX-2019 Task A에서는 팽창 흐름에 대한 수리-역학적 메커니즘을 규명하고, 기체 이동 현상의 정량적 평가를 위한 새로운 수치 해석 기법 개발 및 검증을 수행하고자 진행되었다. 이를 위해 본 연구에서는 기존의 전통적인 다공성 매질에서의 2상 유동 및 유효응력 개념을 고려한 역학 모델을 기반으로, 손상도 개념을 적용함으로써 매질의 변형에 의한 기체의 팽창 흐름을 모사할 수 있는 수리-역학적 상호작용을 고려한 해석 모델을 개발하였다. 또한 개발된 모델을 이용하여 1차원 및 3차원 기체 주입 시험 결과와의 비교를 통해 모델 검증 및 적용성 검토를 수행하였다. 수치 해석 결과 기체 압력에 의한 팽창 흐름으로 인한 갑작스러운 공극 수압, 응력, 기체 주입량 및 유출량 증가 현상을 확인할 수 있었지만, 개발된 해석 모델에서 수리-역학적 상호작용의 영향이 과소평가 되는 한계를 확인할 수 있었다. 그럼에도 불구하고 본 연구는 팽창 흐름에 대한 예비 모델을 제공하고 후속 연구의 발전된 모델을 개발하기 위한 기반을 제공한다는 점에서 의의가 있다. 또한 본 연구에서 개발된 수리-역학적 상호작용을 고려한 수치 모델은 향후 실험실 및 현장 시험 결과 데이터 분석에 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 실제 고준위방사성폐기물 심층처분시스템의 장기 성능평가에도 활용될 수 있을 것으로 판단된다.


    The engineered barrier system of high-level radioactive waste disposal must maintain its performance in the long term, because it must play a role in slowing the rate of leakage to the surrounding rock mass even if a radionuclide leak occurs from the canister. In particular, it is very important to clarify gas dilation flow phenomenon clearly, that occurs only in a medium containing a large amount of clay material such as a bentonite buffer, which can affect the long-term performance of the bentonite buffer. Accordingly, DECOVALEX-2019 Task A was conducted to identify the hydraulic-mechanical mechanism for the dilation flow, and to develop and verify a new numerical analysis technique for quantitative evaluation of gas migration phenomena. In this study, based on the conventional two-phase flow and mechanical behavior with effective stresses in the porous medium, the hydraulic-mechanical model was developed considering the concept of damage to simulate the formation of micro-cracks and expansion of the medium and the corresponding change in the hydraulic properties. Model verification and validation were conducted through comparison with the results of 1D and 3D gas injection tests. As a result of the numerical analysis, it was possible to model the sudden increase in pore water pressure, stress, gas inflow and outflow rate due to the dilation flow induced by gas pressure, however, the influence of the hydraulic-mechanical interaction was underestimated. Nevertheless, this study can provide a preliminary model for the dilation flow and a basis for developing an advanced model. It is believed that it can be used not only for analyzing data from laboratory and field tests, but also for long-term performance evaluation of the high-level radioactive waste disposal system.

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    August 2020
    Special Issue
  • Technical Notes

    중공형 암석시편의 Pin-on-disk 마모시험을 위한 등속도 나선경로 계산방법

    Calculation Method of Constant Linear Velocity Spiral Path for Pin-on-disk Abrasion Test using a Hollow Type Rock Sample

    강 훈 ㆍ 김대지 ㆍ 송창헌 ㆍ 오주영 ㆍ 조정우

    Hoon Kang, Dae-ji Kim, Changheon Song, Joo-Young Oh, Jung-Woo Cho

    본 기술보고는 Pin-on-disk 마모시험에서 연속적인 등속도 아르키메데스 나선 경로 계산 방법에 관해 설명한다. 근사 계산된 등속도 아르키메데스 나선은 회전 중심 가까이에서 속도가 ...

    This technical note describes the calculation method of continuous constant linear velocity Archimedean spiral paths which are applied to the pin-on-disk abrasion ...

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    본 기술보고는 Pin-on-disk 마모시험에서 연속적인 등속도 아르키메데스 나선 경로 계산 방법에 관해 설명한다. 근사 계산된 등속도 아르키메데스 나선은 회전 중심 가까이에서 속도가 불안정하다. 따라서 본 기술보고에서는 등속도 조건을 만족시키기 위해 중공 단면을 가지는 시편을 사용하여 원점 부근에서 오프셋을 주었다. 또한, 내향형 나선과 외향형 나선을 연속적으로 연결하기 위해서 각각의 나선의 시작과 종료 지점 정보를 다음 차례의 나선에 반영하였다. 더불어, 시편의 치수과 마모시험 조건의 변화에 따라 등속도 나선 경로를 편리하게 계산하는 데 도움을 주고자 전용 계산 프로그램을 개발하였다.


    This technical note describes the calculation method of continuous constant linear velocity Archimedean spiral paths which are applied to the pin-on-disk abrasion test. Approximate constant linear velocity Archimedean spirals have unstable velocities in the very near region of the rotational origin. Thus, in this technical note, the offset distance from the rotational origin was given by using a hollow type rock sample to maintain the constant velocity during the test. Also, to connect the inward and outward spirals continuously, the information of start and end points were input on the next spiral path consecutively. Furthermore, the calculation program was developed to provide convenience for calculating constant linear velocity spirals according to the specimen dimension and abrasion test conditions.

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    August 2020
  • Original Article

    Slip-line법을 이용한 V형 암석 노치의 파괴하중 계산

    Calculation of Failure Load of V-shaped Rock Notch Using Slip-line Method

    이연규

    Youn-Kyou Lee

    2차원 응력조건에서 V형 암석노치의 파괴하중을 계산하는 해석적 절차를 slip-line 소성해석법 기반으로 개발하였다. 노치 주변의 암석이 소성상태에 있을 때 slip-line 중 하나인 α선이 ...

    An analytical procedure for calculating the failure load of a V-shaped rock notch under two-dimensional stress conditions was developed based on the ...

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    2차원 응력조건에서 V형 암석노치의 파괴하중을 계산하는 해석적 절차를 slip-line 소성해석법 기반으로 개발하였다. 노치 주변의 암석이 소성상태에 있을 때 slip-line 중 하나인 α선이 암석 노치 면과 노치 외부 수평면을 연결한다는 사실과 α선을 따라서 변하지 않는 불변량이 존재한다는 이론적 사실이 해석적 절차 개발과정에서 핵심 아이디어로 활용되었다. 암석 노치 외부 수평면의 응력 경계조건을 알고 있으므로 불변량 방정식을 풀면 암석 노치 면에 작용하는 수직응력과 전단응력을 계산하는 것이 가능해진다. 노치 면에 작용하는 응력성분 값을 이용하여 쐐기에 의해 노치에 가해지는 파괴하중을 계산하였다. 개발된 해석적 절차를 적용하여 암석 노치파괴 해석을 수행하였다. 암석 노치의 파괴하중은 노치의 각도 및 노치 면의 마찰이 증가함에 따라 지수함수적 비선형성을 가지고 증가하는 특성이 있음을 해석결과는 보여주었다. 이 연구에서 개발한 해석적 절차는 쐐기형 노치 형성을 통한 암석균열 개시조건 연구, 암반기초 지지력 계산, 암반사면 및 원형터널의 안전성 해석 등에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.


    An analytical procedure for calculating the failure load of a V-shaped rock notch under two-dimensional stress conditions was developed based on the slip-line plastic analysis method. The key idea utilized in the development is the fact that the α-line, one of the slip-lines, extends from the rock notch surface to the horizontal surface outside the notch when the rock around the notch is in the plastic state, and that there exists an invariant which is constant along the α-line. Since the stress boundary condition of the horizontal surface outside the rock notch is known, it is possible to calculate the normal and shear stresses acting on the rock notch surface by solving the invariant equation. The notch failure load exerted by the wedge was calculated using the calculated stress components for the notch surface. Rock notch failure analysis was performed by applying the developed analytical procedure. The analysis results show that the failure load of the rock notch increases with exponential nonlinearity as the angle of the notch and the friction of the notch surface increase. The analytical procedure developed in this study is expected to have applications to the study of fracture initiation in rocks through wedge-shaped notch formation, calculation of bearing capacity of the rock foundation, and stability analysis of rock slopes and circular tunnels.

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    August 2020
  • Original Article

    암석에 대한 라이다 반사강도의 영향 인자 분석

    Analysis of Parameters Affecting LiDAR Intensity on Rock

    김문주 ㆍ 이수득 ㆍ 전석원

    Moonjoo Kim, Sudeuk Lee, Seokwon Jeon

    이 연구에서는 라이다(LiDAR) 반사강도를 이용하여 암반 풍화도 및 변질도를 산정하는 작업의 기초연구를 진행하였다. 실내 시험을 통하여 라이다 반사강도에 직접적으로 영향을 미치는 ...

    In this study, a fundamental investigation was made on how to use LiDAR technology to determine the degree of weathering and alteration ...

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    이 연구에서는 라이다(LiDAR) 반사강도를 이용하여 암반 풍화도 및 변질도를 산정하는 작업의 기초연구를 진행하였다. 실내 시험을 통하여 라이다 반사강도에 직접적으로 영향을 미치는 인자와 그 영향 정도를 정량적으로 고찰하고자 하였다. 영향 인자로는 주사거리, 입사각, 표면거칠기, 표면색상, 암석물성, 광물조성, 포화도를 선정하였다. 실험에서는 FARO 라이다 장비와 12가지 종류의 시험편을 사용하였다. 실험 결과 반사강도는 표면색상, 입사각, 주사거리, 암석물성, 포화도 혹은 표면습윤상태, 표면거칠기 순으로 영향을 크게 미치는 것으로 나타났다.


    In this study, a fundamental investigation was made on how to use LiDAR technology to determine the degree of weathering and alteration of rock mass. The purpose of the study was to identify the affecting parameters to LiDAR intensity and to quantitatively assess the relations among them through laboratory-scale experiment. A few potential affecting parameters were selected including scanning distance, incidence angle, surface roughness, surface color, mineral composition, and water saturation. In the experiment, FARO LiDAR unit was used for twelve different types of specimen. It was observed that the intensity was affected by, in the order of importance, surface color, incidence angle, scanning distance, property of rock, water condition, and surface roughness.

    - COLLAPSE
    August 2020