THM analysis for an in situ experiment using FLAC3D-TOUGH2 and an artificial neural network

Kwon, Sangki,Lee, Changsoo Techno-Press 2018 Geomechanics & engineering Vol.16 No.4

The evaluation of Thermo-Hydro-Mechanical (THM) coupling behavior is important for the development of underground space for various purposes. For a high-level radioactive waste repository excavated in a deep underground rock mass, the accurate prediction of the complex THM behavior is essential for the long-term safety and stability assessment. In order to develop reliable THM analysis techniques effectively, an international cooperation project, Development of Coupled models and their Validation against Experiments (DECOVALEX), was carried out. In DECOVALEX-2015 Task B2, the in situ THM experiment that was conducted at Horonobe Underground Research Laboratory(URL) by Japan Atomic Energy Agency (JAEA), was modeled by the research teams from the participating countries. In this study, a THM coupling technique that combined TOUGH2 and FLAC3D was developed and applied to the THM analysis for the in situ experiment, in which rock, buffer, backfill, sand, and heater were installed. With the assistance of an artificial neural network, the boundary conditions for the experiment could be adequately implemented in the modeling. The thermal, hydraulic, and mechanical results from the modeling were compared with the measurements from the in situ THM experiment. The predicted buffer temperature from the THM modelling was about $10^{\circ}C$ higher than measurement near by the overpack. At the other locations far from the overpack, modelling predicted slightly lower temperature than measurement. Even though the magnitude of pressure from the modeling was different from the measurements, the general trends of the variation with time were found to be similar.

In-situ Measurements of Time-dependent Rock Deformations at the Waste Isolation Pilot Plant in USA

Sangki Kwon(권상기),Chul-Hyung Kang(강철형),Jongwon Choi(최종원) 한국암반공학회 1999 터널과지하공간 Vol.9 No.3

Basic Design of the Underground Research Tunnel for HLW disposal Research

Sangki Kwon,Jeung-Hwa Park,Won-Jin Cho,Phil-Su Han 한국방사성폐기물학회 2004 한국방사성폐기물학회 학술논문요약집 Vol.2 No.1

Optimization of the Layout of a Radioactive Waste Repository Based on Thermal Analysis

Sangki Kwon(권상기),Jong-Won Choi(최종원),Won-Jin Cho(조원진) 한국암반공학회 2004 터널과지하공간 Vol.14 No.6

국내 원전에서 발생되는 36,000톤의 사용후핵연료를 처분하기 위해서는 약4㎞²의 지하 처분장이 필요하다. 본 연구에서는 굴착량과 처분장 면적을 최소화하기 위한 지하 심부 처분장 배치의 최적화를 실시하였다. 열 해석 결과를 토대로 처분 터널과 처분공 간격이 처분장 배치에 미치는 영향을 고려한 결과, 처분장 면적과 굴착량은 처분 터널의 길이가 길어짐에 따라 감소하였다. 주어진 열적 기준을 만족하면서 처분장 면적을 줄이기 위해서는 처분 터널의 간격을 줄이고 처분공 간격을 늘리는 것이 유리하였으며, 반면에 굴착량을 최소화하는 경우 처분공 간격을 줄이고 처분 터널 간격을 늘려주는 것이 효과적인 것으로 나타났다 The deep underground High Level Waste (HLW) repository to dispose of 36,000tons of spent fuel from the reactors in Korea needs about 4㎞² repository area. In this study, the deep underground repository layout was optimized to minimize the excavation rock volume as well as the underground repository area. In the optimization, the results from thermal analysis were used to define the influence of tunnel and deposition hole spacings on repository layout. The repository area and excavation rock volume could be reduced with longer disposal tunnel length. When it is necessary to reduce the repository area with satisfying thermal criteria, it is better to reduce tunnel spacing and increase deposition hole spacing. In contrast, the excavation rock volume can be reduced by increasing the tunnel spacing and decreasing the hole spacing.

가스폭발에 따른 폭발에너지를 평가하기 위한 TNT 등가량 환산방법에 대한 고찰

권상기 ( Sangki Kwon ),박정찬 ( Jung Chan Park ) 대한화약발파공학회 2015 화약발파 Vol.33 No.3

국내외에서 가스폭발 사고가 빈번하게 발생하고 있으며 가스 폭발의 평가와 분석을 위해 TNT 등가량 산정법이 사용되고 있다. 본 연구에서는 TNT 폭발 시 화학반응식의 선택과 반응 생성 물질들의 엔탈피의 선택에 따른 폭발에너지, 폭발압력, 폭굉속도 및 온도의 차이를 계산하였다. 화학반응식의 선택에 따라 계산되는 폭굉압은 최고값이 최저값에 비해 2배까지 나타났다. 밀폐된 공간에서의 메탄가스 폭발을 가정하고 TNT 등가량을 산정하였으며 이를 통해 폭발지점에서의 거리에 따른 최대압력과 임펄스 변화를 추정할 수 있었다. Accidents related to gas explosion are frequently happened in foreign countries and in Korea. For the evaluation and the analysis of gas explosions, TNT equivalent methods are used. In this study, the influence of the selection of chemical equation in TNT explosion and the selection of enthalpy of the products on the explosion energy, detonation pressure, velocity of detonation, and temperature was calculated. Depending on the chemical equations, the maximum detonation pressure can be 2 times higher than the minimum. As an example for applying TNT equivalent method, an explosion of methane gas in a confined volume was assumed. With the TNT equivalent, it was possible to predict the variation of peak overpressure and impulse with the distance from the explosion location.

Decovalex-2015 Task B2를 위한 THM 해석기법 개발 및 적용

권상기(Sangki Kwon),이창수(Changsoo Lee),박승훈(Seung-Hun Park) 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.6

고준위방사성폐기물 처분장의 장기 안전성 및 안정성 평가를 위해서는 심지층 처분장 환경에서의 열-수리-역학적 복합 거동에 대한 평가가 필요하다. 신뢰도 높은 THM 해석 기법의 개발을 효과적으로 하기 위해 DECOVALEX 국제공동연구가 수행되고 있다. DECOVALEX-2015 Task B2에서는 일본 JAEA에서 계획중인 현장 THM 실험에 대하여 세계 각국의 연구진이 모델링을 실시하였다. 본 연구에서는 TOUGH2-FLAC을 연계한 THM 해석 기법을 개발하고 이를 이용하여 암반, 완충재, 히터로 구성되는 1차원 THM 모델링을 수행하였으며 해석 결과를 외국의 연구팀 결과와 비교하였다. The evaluation of THM coupling behavior in deep underground repository condition is essential for the long term safety and stability assessment of high-level radioactive waste repository. In order to develop reliable THM analysis techniques effectively, an international cooperation project, DECOVALEX, is carried out. In DECOVALEX-2015 Task B2, the in situ THM experiment planned to be conducted by JAEA was modeled by the research teams from the participating countries. In this study, a THM coupling technique combining TOUGH2 and FLAC was developed and applied to 1 dimensional THM modeling, in which rock, buffer, and heater are considered. The results were compared with those from other research teams.

이산화탄소 지중저장을 위한 수리-역학 연동 해석 기술 개발 및 적용

권상기(Sangki Kwon),이혜지(Hyeji Lee) 한국암반공학회 2017 터널과지하공간 Vol.27 No.3

세계 각국에서는 지구온난화 완화를 위한 이산화탄소 지중저장에 대한 관심이 높다. 본 연구에서는 이산화탄소 지중저장에 따른 수리-역학적 복합거동 해석을 위해 TOUGH2 와 FLAC3D 를 결합하고 이를 노르웨이 슬라이프너 프로젝트에 적용하였다. 수리-역학 해석에서는 공극압에 의한 현지응력의 변화를 고려하였으며 주입공 상부의 덮개암의 투수계수 변화에 따른 수리-역학적 영향을 분석하였다. 일정 속도로 이산화탄소 를 주입하는 경우, 주입정에에서의 압력 및 포화도 변화, 암반에서의 포화도 변화, 시간과 위치에 따른 암반에서의 최대주응력 및 최소주응력의 변화, 주입 후 수직변위 및 수평변위의 변화를 파악할 수 있었다. 최대주응력은 주입초기에 빠르게 상승한 후 서서히 낮아지다가 초기 응력보다 높은 값으로 수렴하는 경향을 보였으며 최소주응력은 초기에 빠르게 증가하다가 초기값으로 복귀하는 경향을 보였다. 주입이 진행됨에 따라 지표에서는 융기가 점진적으로 발생하며 주입 후 2년이 경과한 시점에서 최대 15 mm 의 수직변위가 발생하였다. 덮개암의 투수계수를 3e-15 ㎡~3e-18 ㎡ 까지 변화시키면서 해석을 실시한 결과, 주입초기에는 투수계수에 반비례하여 주입공 압력과 지표면 융기가 증가하였다. CO₂ sequestration for alleviating global warming is a hot issue in the world. In this study, TOUGH2 and FLAC3D were combined for analyzing the hyro-mechanical coupling behaviors expected in CO₂ sequestration and applied it to Sleipner project carried out in Norway. In the analysis, the influence of pore pressure on in situ stress was considered and the influence of caprock permeability on hydro-mechanical behaviors was analyzed. In the condition of constant injection rate, pressure and saturation at the injection well, liquid and gas saturation in rock, major and minor stress variations with time and distance from the injection well, and horizontal and vertical displacements after injection could be investigated. The major principal stress was quickly increased in the early stage and then slowly decreased to a stable value, which was higher than the initial value. In contrast, the minor principal stress returned to initial value after some increase in the early stage. Surface upheaval was steadily increased and it was up to 15mm in 2 years after injection. When the caprock"s permeability was changed from 3e-15 ㎡ ~ 3e-18 ㎡, it was found that the injection well pressure and surface upheaval were inversely propotional to the permeability.

원자력연구소 내 지하처분연구시설의 암반 거동 예측

권상기(Sangki Kwon),조원진(Won-Jin Cho) 한국암반공학회 2005 터널과지하공간 Vol.15 No.2

Quadratic symmetry of modified q-Euler polynomials

Choi, SangKi,Kim, Taekyun,Kwon, Hyuck-In,Kwon, Jongkyum Springer (Biomed Central Ltd.) 2018 Advances in Difference Equations Vol.2018 No.-

중국 텐진항 폭발사고 원인과 관련된 폭발 에너지 분석

권상기 ( Sangki Kwon ),김하영 ( Ha Yung Kim ) 대한화약발파공학회 2016 화약발파 Vol.34 No.1

2015년 8월 12일 중국 텐진항에서는 두 번의 대규모 폭발이 발생하였다. 두 번의 폭발은 TNT 3톤, TNT 21톤 규모로 추정되었다. 현재까지 폭발의 정확한 원인은 공표되지 않고 있으며 원인에 대한 몇 가지 추정이 제시되고 있다. 그중 하나는 화재진압을 위해 뿌려진 물과 탄산칼슘의 화학반응에 의해 폭발성 아세틸렌 가스가 발생하고 이 가스의 폭발이 800톤의 질산암모늄의 폭발을 야기했을 것이라는 것이다. 본 연구에서는 이러한 폭발 시나리오에 대한 폭발에너지 분석을 통해 화학적 반응에 의해 텐진항 폭발 사고와 같은 대규모 폭발이 발생 가능한지를 평가하였다. On August 12, 2015, two huge explosions were accidently happened in Tianjin port, China. The explosion energies of the two explosions were similar to those of TNT 3 tons and TNT 21 tons. Until now, the cause of the explosions was not clearly announced but some guesses of the cause were released. One of the possible cause of the explosion is the generation of explosive acetylene gas from the chemical reaction between CaC2 and spraying water to extinguish fire happened at the storage site of different chemical compounds. The explosion of acetylene gas might ignite the explosion of 800 tons of ammonium nitrate. In this study, the explosion due to the scenario was analyzed in order to check that such a chemical reaction can produce the huge explosion observed at the Tianjin accident.