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시추공 주변 단열 투수도 진화에 대한 수리-역학 연동 모델링 평가
최채순 ( Chae-soon Choi ),박경우 ( Kyung-woo Park ),박병학 ( Byeong-hak Park ),고낙열 ( Nak-youl Ko ),지성훈 ( Sung-hoon Ji ) 대한지질공학회 2021 지질공학 Vol.31 No.1
본 연구에서는 방사성폐기물 처분 시 천연방벽의 수리 특성 진화와 관련하여, 시추공 설치 및 확공이 결정질 암반 내 단열 및 수리 특성에 영향을 미칠 가능성을 평가하기 위해 수리-역학 연동 수치해석을 수행했다. 시추공 부근에서의 간극 열림과 투수성 변화 여부를 평가하기 위해 단열망을 기반으로 한 불연속체 해석 도메인을 이용했다. 단열암반에서의 현장수리시험 모사를 통해 주응력방향과 시추공 직경 변화의 영향을 평가하였다. 먼저 단열의 간극변화가 주응력방향에 의존함을 확인했다. 그리고 수직변위에 의한 간극크기 증가가 지배적이었다. 시추공 부근에 전단팽창이 집중되는 것도 단열의 수리지질학적 진화에 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있었다. 수치해석 결과는 시추공 설치 및 확공에 따른 응력교란에 의해 단열 특성이 변화하여 단열 암반의 투수성이 증가할 수 있다는 것을 보여준다. 추후 본 연구모델을 기반으로 실제 크기의 처분공 주변에서의 정확한 수리적 변화를 분석하기 위해서는 3차원 해석모델로 보완되어야 할 것으로 판단되었다. Hydraulic-mechanical (H-M) coupled numerical modeling was used to evaluate the evolution of hydrogeological properties in response to the installation and expansion of a borehole. A domain with a discrete fracture network was adopted for discontinuum modeling to simulate changes in fracture apertures. Comparison with real hydraulic test data shows that the effects of principal stress direction and expansion of borehole diameter were reasonably simulated by H-M coupled numerical modeling. The modeling confirmed that aperture changes depended on the principal stress direction, with an increase in aperture size due to vertical displacement being the dominant effect. A concentration of shear dilation around the borehole had an additional, subsidiary, effect on the hydrogeological evolution. These results show that the permeability of fractured rock can be increased by changing the hydraulic properties of a fracture through stress redistribution caused by the installation and expansion of a borehole.
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심층처분연구시설을 대상으로 한 암반 역학적 부지 평가 모델 구축 기법 논의
최채순(Chae-Soon Choi),박경우(Kyung-Woo Park),지성훈(Sung-Hoon Ji) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
고준위 폐기물 처분 후보 부지 선정과 안정성 평가를 위해서는 처분시스템이 위치하는 암반의 지질 공학적 특성을 대변할 수 있는 해석 모델이 필요하다. 암반 역학적 부지 평가 모델(rock-mechanics site descriptive model)로 명명될 수 있는 이러한 해석 모델은 지역적 규모 또는 특정 부지 영역을 대상으로 구축될 수 있다. 모델 구성의 주요 과정으로서 해석 영역을 설정하고 해당 영역의 지형학적 특성 및 암반 물성을 결정하는 것은 필수적이며, 신뢰도 있는 모델 구축을 통해 처분장에서의 응력 분포 및 안정성을 평가하는 데에 활용 될 수 있을 것이다. 본 연구는 이러한 암반 역학적 부지 평가 모델을 구축하는 기법을 확립하고 모델을 활용할 수 있는 방안에 대해 고찰하는 것을 목적으로 하고 있다. 연구 대상은 한국원자력연구원 내 위치한 심층처분연구시설(KURT)로서 대상 부지 내 분포하는 주요 단층대 및 지형학적 형태를 포함하는 지질구조형상을 기반으로 해석도메인을 구축했다. KURT에서 주요 현장 시험이 수행되었던 6개의 시추공을 모두 포함할 수 있도록 모델의 해석 영역을 확장시켰으며, 해당 영역을 관통하는 총 8개의 단층대 특성을 분석하여 모델화했다. 단층대를 통해 블록형태로 나뉘어진 암반 도메인에 KURT 시설이 건설된 상태를 모사했으며, 해석기법에 적합한 메쉬를 구성했다. 그리고 KURT 부지에서 수행한 현장 시험 데이터를 활용해 분리된 암반 블록들의 물성 결정 방법을 모색했다. 현장 시험 데이터는 물리탐사자료 또는 다수의 시험용 시추공 자료들로써 본 연구에서는 KURT 부지에서 시추공이 관통하는 암반블록들을 조사하여 암반 물성을 추정하는 방법을 고안했다. 최종적으로 해석 모델 내 포함되어진 6개의 시추공에서 조사된 RQD (rock quality designation)값과 이에 기반한 암반분류법(RMR, rock mass rating) 결과를 활용해 암반 블록들의 물성을 결정할 수 있었다. 구축된 지질구조모델은 유한요소법 및 개별요소법 해석 프로그램 내 입력되어 KURT 부지 내 분포할 수 있는 응력장을 평가하는데 활용되었다. 응력장 평가 예비 결과로서 모델의 응력 분포를 심도 및 수평 주응력 크기에 따라 변화시키고, 이를 실제 KURT 시험용 시추공에서 측정된 주응력 크기와 유사하게 모사했다. 이를 통해 KURT에 작용할 수 있는 수직-수평 주응력 크기비를 역추정했다. 추후 구축된 부지 평가 모델의 추가 검증을 실시하여 모델 구성 기법을 재확립하고, 해석기법에 따른 차이와 처분시설 건설에 따른 영향 등을 평가할 수 있을 것으로 기대한다.
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