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처분공 가열-수화 조건에서 벤토나이트 완충재의 열-수리-역학적 거동 특성 평가
차요한,이창수,김진섭,이민형 사단법인 한국터널지하공간학회 2023 한국터널지하공간학회논문집 Vol.25 No.2
처분공 내에 위치한 완충재는 사용후핵연료로부터 발산된 고온의 붕괴열과 지하수에 노출되며, 이와 같은 가열-수화를 포함한 처분환경 하의 완충재의 열-수리-역학-화학적 상호작용은 완충재의 장기적 성능과 건전성에 핵심적으로 작용하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 처분환경 조건에서 완충재의 가열-수화 특성 및 지하수 지화학 조건을 고려한벤토나이트의 열-수리-역학-화학적Thermal-Hydraulic-Mechanical-Chemical, 이하 THMC) 복합거동 특성 규명을 위한 실험실 규모의 Lab.THMC 실험시스템을 개발하였다. 본 실험시스템은 스페인 CIEMAT의 열-수리-역학 복합거동 실험장치를 토대로 개발되었으며, 화학적 특성을 달리한 지하수 주입 조건에서 벤토나이트 완충재의 가열-수화 특성을 파악하고 응력 변화를 계측함으로써 열-수리-화학적 변화에 따른 역학적 성능 변화 특성을 규명하는 것을 목표로 한다. 본 기술논문에서는 개발된 Lab.THMC 실험시스템의 설계 및 구성을 간략하게 소개하고, 장치 검토 및 주요 변수설정을 위해 수행된 예비실험 결과와 차후 연구계획에 대해 정리하였다.
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연마재 워터젯을 활용한 처분터널 내 콘크리트 플러그 절삭
차요한,김건영,홍은수,전형우,이항로 사단법인 한국터널지하공간학회 2022 한국터널지하공간학회논문집 Vol.24 No.2
Waterjet has been comprehensively used in urban areas owing to a suitable technique for cutting concrete and rock, and low noise and vibration. Recently, the abrasive waterjet technique has been adopted and applied by the Korea Atomic Energy Research Institute to demolish concrete plugging without disturbing and damagingIn-situ Demonstration of Engineered Barrier System in the disposal research tunnel. In this study, the use of abrasive waterjet in the tunnel was evaluated for practical applicability and the existing cutting model was compared with the experimental results. As a variable for waterjet cutting, multi-cutting, water flow rate, abrasive flow rate, and standoff distance were selected for the diversity of analysis. As regarding the practical application, the waterjet facilitated path selection for cutting the concrete plugging and prevented additional disturbances in the periphery. The pump’s noiseat idling was 64.9 dB which is satisfied with the noise regulatory standard, but it exceeded the standard at ejection to air and target concrete because the experiment was performed in the tunnel space. The experimental result showed that the error betweenthe predicted and measured cutting volume was 12~13% for the first cut and 16% for second cut. The standoff distance had a significant influence on the cutting depth and width, and the error tended to decrease with decrement of standoff distance. 워터젯은 콘크리트와 암석 절삭에 적합하며 소음과 진동이 적어 도심지 시공에 널리 활용되는 기술이다. 최근 한국원자력연구원은 처분터널 내 공학적방벽의 열-수리-역학적 복합거동 현장시험의 콘크리트 플러그를 교란 및 손상 없이 해체하기 위해 연마재 워터젯 기술을 채택 및 적용하였다. 본 연구에서는 플러그 해체를 통한 연마재 워터젯의 터널 내 적용성을 평가하였고, 절삭 결과를 개발된 절삭 모델 결과와 비교하였다. 현장 적용성에 관해서는, 워터젯 활용은 경로선택이 용이하였으며 주변부의 추가적인 교란을 발생시키지 않았다. 펌프의 소음은 공회전 시 64.9 dB로 국내 생활소음 ‧ 진동의 규제기준을 만족하였으나 공중 분사 및 절삭 시에는 터널 내에서 측정되어 그 기준을 상회한 것으로 나타났다. 절삭모델 검증을 위해 연마재 워터젯의 반복 절삭, 유량, 연마재 투입량 및 이격거리를 주요 변수로 선정하였고 절삭 모델로 계산된 절삭 부피와 측정된 부피의 오차는 1회 절삭 시 12~13%, 2회 절삭 시 16%를 보였다. 절삭 깊이와 폭은 이격거리에 큰 영향을 받았으며, 이격거리가 작을수록 오차가 감소하는 경향을 보였다.
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2차원 수치해석을 통한 초저심도 박스형 터널 편측확폭시 지반침하거동 특성 분석
차요한,조계춘,홍은수,Cha, Yohan,Cho, Gye-Chun,Hong, Eun-soo 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.1
Utility tunnels have been employed in Korea since the 1970s and start to make trouble with structural safety and serviceability. Recently, tunnel enlargement has consequently been proposed due to the impending problems. However there are little study on box type utility tunnels except traffic tunnels. A 2D finite element analysis was conducted to evaluate ground behavior which depends on enlargement size and stiffness by one-side enlargement of the utility tunnel. Settlement scale increased with larger enlargement size and less stiff ground conditions. The observed settlement characteristics due to enlargement are similar to that suggested by Clough & Schmidt (1981). The settlement width is more affected by enlargement size than ground condition. 1970년대 후반부터 설치된 공동구는 노후화에 따른 구조적 안정성과 수용시설의 변화에 따른 사용성이 문제가 될 수 있다. 노후 공동구의 확폭 재시공은 이에 대한 대안이 될 수 있지만 터널확폭에 대한 연구는 대부분 일정 심도 이상의 교통터널에 대하여 수행되었으며 저심도의 박스형 공동구에 대하여는 거의 연구가 이루어지지 않았다. 이 연구에서는 2차원 유한요소해석을 이용하여 공동구 터널을 편측확폭하는 경우 지반의 강성조건과 확폭 규모에 따라 확폭이 지반 침하에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 연구결과 최대 지표침하는 확폭 규모가 크거나 지반 강성이 작을수록 크게 발생하였다. 박스형 터널의 편측확폭시 침하 양상은 Clough & Schmidt (1981)의 제안과 유사하게 나타났으며, 침하 영향범위는 지반특성보다 확폭의 크기에 더 영향을 받는 것으로 나타났다.
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Pressure Swing Adsorption 기반 수소정제용기 3차원 모델링 및 타당성 검증 연구
차요한,최재유,주현철 한국수소및신에너지학회 2021 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.32 No.4
Pressure swing adsorption is a purification process which can get pure hydrogen. The purification process is composed of four process: compression, adsorption, desorption and discharge. In this study the adsorption process was simulated by using the Fluent and validated with experimental results. A gas used in experiment is composed of H2, CO2, CH4, and CO. Adsorption process conducted under 313 kelvin and 3 bar and bituminous-coal-based (BPL) activated carbon was used as the adsorbent. Langmuir model was applied to explain the gas adsorption. And diffusion of all the gases was controlled by micro-pore resistances. The result shows that, the most adsorbed gas was carbon dioxide, followed by methane and carbon monoxide. And carbon monoxide took the least amount of time to reach the maximum adsorption amount. The molar fraction of the off-gas became the same as the molar fraction of the gas supplied from the inlet after adsorption reached the equilibrium.
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점성토 지반 수직구 굴착 중 히빙 안정성 증가에 대한 관내토 효과에 대한 실험적 연구
강석준,조계춘,김정태,차요한,홍은수,Kang, Seok-Jun,Cho, Gye-Chun,Kim, Jung-Tae,Cha, Yohan,Hong, Eun-Soo 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.1
최근 공동구 및 지하터널의 수요증가와 함께 수직구 굴착에 대한 연구의 필요성이 증가하고 있다. 공동구 연구단은 국토교통부 연구개발사업의 일환으로 '수직구 외주면 선행 굴착공법 및 장비'를 개발하였으며 현재 성능 검증 중에 있다. '수직구 외주면 선행 굴착공법'은 수직구 굴착 시 굴착면의 외주면을 먼저 굴착하고 굴착기 벽체를 관입시켜 연약지반의 히빙에 대한 지반의 안정성을 확보하는 공법이다. 이 연구에서는 원심모형실험을 통해 히빙을 모사하고 관내토의 유무에 따른 지반면의 히빙과 지반침하, 그리고 주변지반의 거동을 비교, 분석하였다. 분석 결과 관내토가 지반침하와 히빙의 발생을 충분히 억제하는 효과를 나타내는 것으로 파악되었으며, 수직구 외주면 선행 굴착공법이 히빙에 대한 지반의 안정성을 충분히 확보함을 확인할 수 있었다. Recently, the need for research on vertical shaft excavation is increasing with the increase of the demands for the underground and utility tunnels. As a part of the R&D project of the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, CUT (center for utility tunnel) has developed "Ring cut method". "Ring cut method" is a method to improve the stability of the ground against the basal heave by excavator wall pre-penetration during vertical shaft excavation. In this study, the basal heave was simulated by centrifugal model test. The basal heave, ground subsidence, and ground deformation of surrounding ground were analyzed by soil plug effect from wall pre-penetration. It was found that the soil plug could control the basal heaving and ground subsidence, and verified that the 'Ring cut method' could be a good countermeasure for the ground stability against the basal heave.
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