균열 암반의 복합거동해석을 위한 열-수리-역학적으로 연계된 파괴역학 수치해석코드 개발

김형목(Hyung-mok Kim),박의섭(Eui-Seob Park),Baotang Shen,신중호(Joong-Ho Synn),김택곤(Taek-Kon Kim),이승철(Seong-Cheol Lee),고태영(Tae-Young Ko),이희석(Hee-Suk Lee),이진무(Jin-Moo Lee) 한국암반공학회 2011 터널과지하공간 Vol.21 No.1

암반 내 균열 생성, 진전, 파괴 등과 같은 지하 암반의 역학적 거동과 이들 균열을 통한 지하수 유동 및 온도 변화에 기인한 열응력이 역학적 거동에 미치는 상호작용을 모델링하기 위한 수치해석코드를 개발하였다. 개발된 수치해석코드에서는 기존의 2차원 FRACOD(Shen & Stephasson, 1993)에 열-역학 및 수리-역학 상호거동을 모델링하기 위한 해석모듈을 개발하여 추가하였다. 열-역학 연계를 위해서는 가상열원법과 시간전진기법을 도입하였으며, 수리-역학 연계에서는 양해법에 의한 반복기법을 적용하였다. 수치해석결과와 해석해와의 비교를 통해 개발된 해석모듈의 유용성을 검증하고 해석사례를 통해 온도변화에 따른 열균열 발생 및 수압파쇄과정에서의 균열 진전 양상과 같은 절리암반 복합거동을 잘 표현할 수 있음을 확인하였다. In this study, it was aimed to develop a thermal-hydraulic-mechanical coupled fracture mechanics code that models a fracture initiation, propagation and failure of underground rock mass due to thermal and hydraulic loadings. The development was based on a 2D FRACOD (Shen & Stephasson, 1993), and newly developed T-M and H-M coupled analysis modules were implemented into it. T-M coupling in FRACOD employed a fictitious heat source and time-marching method, and explicit iteration method was used in H-M coupling. The validity of developed coupled modules was verified by the comparison with the analytical result, and its applicability to the fracture initiation and propagation behavior due to temperature changes and hydraulic fracturing was confirmed by test simulations.

고준위방사성폐기물 심층처분장 모델링을 위한 불연속체 기반 수리-역학 복합거동 해석기법 현황 분석

권새하(Saeha Kwon),김광일(Kwang-Il Kim),이창수(Changsoo Lee),김진섭(Jin-Seop Kim),민기복(Ki-Bok Min) 한국암반공학회 2021 터널과지하공간 Vol.31 No.5

고준위방사성폐기물 심층처분장 내 천연방벽은 방사성핵종의 누출을 방지 및 지연할 수 있는 수리학적 특성을 갖춰야 한다. 결정질 암반의 경우 불연속면에 의해 수리학적 성능이 결정되기 때문에, 불연속면의 수리-역학적 복합거동에 대한 자세한 모사가 필요하다. 불연속체 기반 해석기법은 불연속면의 생성, 전파, 변형, 미끄러짐과 같은 복잡한 거동을 구현할 수 있어 결정질 암반 모사에 적합하다. 본 연구에서는 불연속면에서의 수리-역학 복합거동에 초점을 맞추어, UDEC, 3DEC, PFC, DDA, FRACOD, TOUGH-UDEC과 같은 상용화된 불연속체 기반 수리-역학 복합거동 해석기법을 조사하였다. 블록 기반 불연속체 해석기법의 경우 주로 불연속면 상에서 진행되는 유체 유동을 바탕으로 수리-역학 복합거동을 해석하였고, 그중 일부는 다른 수리학적 해석기법과의 결합을 통하여 모델 전체에 대한 수리-역학적 복 합거동을 제공하였다. 입자 기반 불연속체 해석기법의 경우에는 입자 사이로 흐르는 유체를 반영하여 불 연속체 모델 전체에 해당하는 수리-역학적 복합거동 모사가 가능하다. 현재까지 상용화된 불연속체 기 반 복합거동 해석기법은 2차원 해석만 제공하거나, 수리학적 해석 성능이 떨어지고, 불연속면에서의 유 체 유동만 고려되거나, 자세한 수리학적 해석을 지원하지 않는 등의 한계점이 있어 고준위방사성폐기물 심층처분시스템의 정확한 수리-역학 모델링에는 적합하지 않을 수 있다. 본 기술보고에서 검토한 다양 한 해석기법들의 장단점을 참고하여 향후 처분시스템을 정확하고 자세하게 모사할 수 있는 불연속체 기 반 수리-역학 복합거동 해석기법의 개발이 필요하다. Natural barrier systems surrounding the geological repository for the high-level radioactive waste should guarantee the hydraulic performance for preventing or delaying the leakage of radionuclide. In the case of the behavior of a crystalline rock, the hydraulic performance tends to be decided by the existence of discontinuities, so the coupled hydro-mechanical(HM) processes on the discontinuities should be characterized. The discontinuum modelling can describe the complicated behavior of discontinuities including creation, propagation, deformation and slip, so it is appropriate to model the behavior of a crystalline rock. This paper investigated the coupled HM processes in discontinuum modelling such as UDEC, 3DEC, PFC, DDA, FRACOD and TOUGH-UDEC. Block-based discontinuum methods tend to describe the HM processes based on the fluid flow through the discontinuities, and some methods are combined with another numerical tool specialized in hydraulic analysis. Particle- based discontinuum modelling describes the overall HM processes based on the fluid flow among the particles. The discontinuum methods that are currently available have limitations: exclusive simulations for two-dimension, low hydraulic simulation efficiency, fracture-dominated fluid flow and simplified hydraulic analysis, so it could be improper to the modelling the geological repository. Based on the concepts of various discontinuum modelling compiled in this paper, the advanced numerical tools for describing the accurate coupled HM processes of the deep geological repository should be developed.

Design Sensitivity Analysis of Coupled MD-Continuum Systems Using Bridging Scale Approach

차송현,하승현,조선호,Cha, Song-Hyun,Ha, Seung-Hyun,Cho, Seonho Computational Structural Engineering Institute of 2014 한국전산구조공학회논문집 Vol.27 No.3

본 논문에서는 브리징 스케일 분해를 기반으로 멀티스케일 문제에 대한 설계민감도 해석법을 개발하였다. 나노 기술의 급속한 발전으로 인해 나노 수준의 해석의 필요성이 지속적으로 증가하고 있다. 최근 분자동역학과 연속체역학의 연성문제에서 많은 해석 방법들이 개발되었다. 본 논문에서는 연성시스템 해석을 위해 브리징 스케일 기법을 사용한다. 전체 영역의 분자동역학 시스템의 해석은 많은 양의 계산 비용이 들기때문에 분자동역학과 연속체 시뮬레이션의 연성시스템을 선호한다. 분자동역학과 연속체 수준 사이의 정보 교환은 분자동역학과 연속체의 경계에서 일어난다. 브리징 스케일 법에서 일반화된 랑지벵 방정식은 축소된 영역의 분자동역학 시스템 해석을 위하여 요구되고, 시간이력 커널을 사용하여 구한 GLE 힘은 분자동역학 시스템에서 경계에 있는 원자들에 작용한다. 그러므로 분자동역학과 연속체 수준의 시뮬레이션을 분리해서 해석할 수 있으며 계산 과정을 가속시킬 수 있다. 연성문제의 시뮬레이션 이후에는 설계의 최적화를 위해 설계민감도 해석의 필요성이 자연스럽게 나타나며 전체 시스템의 성능은 나노 스케일의 효과를 고려해서 최적화된다. 설계구배 기반 최적화에서 설계민감도가 요구되지만 유한차분법으로 구한 민감도는 문제가 대형화될 때 계산비용의 제한때문에 비실용적이나 해석적 설계민감도는 효율적인 강점을 갖는다. 본 연구에서는 연성된 분자동역학-연속체 멀티스케일 문제에서 해석적 설계민감도를 유도하여 정확성과 향후 최적설계로의 활용 가능성을 확인하였다. We present a design sensitivity analysis(DSA) method for multiscale problems based on bridging scale decomposition. In this paper, we utilize a bridging scale method for the coupled system analysis. Since the analysis of full MD systems requires huge amount of computational costs, a coupled system of MD-level and continuum-level simulation is usually preferred. The information exchange between the MD and continuum levels is taken place at the MD-continuum boundary. In the bridging scale method, a generalized Langevin equation(GLE) is introduced for the reduced MD system and the GLE force using a time history kernel is applied at the boundary atoms in the MD system. Therefore, we can separately analyze the MD and continuum level simulations, which can accelerate the computing process. Once the simulation of coupled problems is successful, the need for the DSA is naturally arising for the optimization of macro-scale design, where the macro scale performance of the system is maximized considering the micro scale effects. The finite difference sensitivity is impractical for the gradient based optimization of large scale problems due to the restriction of computing costs but the analytical sensitivity for the coupled system is always accurate. In this study, we derive the analytical design sensitivity to verify the accuracy and applicability to the design optimization of the coupled system.

Numerical Analysis of Coupled Thermo-Hydro-Mechanical (THM) Behavior of In-situ Demonstration of Engineered Barrier System

Changsoo Lee,Jaewon Lee,Jae Owan Lee,Won-Jin Cho,Geon Young Kim 한국방사성폐기물학회 2019 방사성폐기물학회지 Vol.17 No.Special

고준위방사성폐기물 처분시스템에서는 방사성 핵종의 붕괴열과 암반으로부터의 지하수 유입으로 열응력 및 팽윤압의 발생으로 열-수리-역학적 복합거동(coupled thermo-hydro-mechanical behavior)이 예상되기 때문에 한국원자력연구원은 처분시스템 및 근계암반에서의 열-수리-역학적인 복합거동 특성을 평가하기 위해서 지하처분연구시설(KAERI Underground Research Tunnel, KURT)에서 2016년부터 현장시험(In-situ Demonstration of Engineered Barrier System, In-DEBS)을 수행 중에 있다. 본 연구에서는 In-DEBS 현장시험 데이터 분석하고 벤토나이트 완충재와 화강암반에서의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하기 위해 TOUGH2-MP/FLAC3D을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 또한 벤토나이트 블록과 KURT 화강암의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하기 위해 사용된 각각의 열, 수리, 그리고 역학적 모델의 적합성을 평가하고 자 현장시험에서 계측된 온도, 상대습도, 그리고 변위의 결과와 수치해석으로 계산된 결과를 비교하였다. 온도와 상대습도의 계산 결과를 현장 데이터와 비교·분석한 결과, 전체적으로 유사한 경향을 보일 뿐만 아니라 시간에 따라 변화하는 정량적인 값 역시 유사하게 나타났다. 역학적 해석 결과를 살펴보면, 계산된 변위의 전반적인 경향은 유사하지만 해석 결과가 계측 값에 비해 상대적으로 작게 나타났다. 축대칭 모델을 이용하여 In-DEBS 현장시험에서 관측된 열-수리-역학적 복합거동 특성을 전반적으로 평가할 수 있었지만, 벤토나이트 블록 및 KURT 암반에서의 열-수리-역학적 복합거동을 면밀히 살펴보기 위해서는 추후 터널의 형상과 주변 KURT 터널의 영향을 반영한 3차원 해석이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서 사용된 입력 물성과 열-수리-역학적 모델은 추후 In-DEBS 장기 거동 및 처분시스템에서의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하고 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Coupled thermo-hydraulic (TH) behavior is expected owing to a decay heat from high-level radioactive waste and water intake from rockmass in high-level radioactive waste disposal system. And coupled thermo-hydro-mechanical (THM) behavior is expected in high-level radioactive waste disposal system owing to thermal stress and swelling pressure generated by changes in temperature and saturation. Since 2016, an in-situ demonstration of an engineered barrier system (In-DEBS) at the KAERI Underground Research Tunnel (KURT) has been performed to investigate the coupled THM behavior in the high-level radioactive waste disposal system and nearby rockmass. In this study, a numerical simulation using TOUGH-MP/FLAC3D and an axisymmetric model was carried out to analyze the in-situ experimental data and estimate the coupled THM behavior. In addition, input parameters and THM models used in this study are evaluated and the practical applicability of TOUGH2-MP/FLAC3D to THM simulations is examined by comparison of in-situ data with calculation results. Temperature and relative humidity evolutions are well captured in the numerical simulation. In addition, even though the calculated displacement is relatively small, its evolution trend shows agreement with the in-situ data. The axisymmetric model was useful for analyzing coupled THM behavior in the In-DEBS experiment however, a 3D analysis including a consideration of the effect of KURT geometry is necessary to thoroughly investigate coupled THM behavior in the rockmass. The input parameters and the THM models in this study can be applied to predict the long-term behavior in the In-DEBS experiment and to carry out a performance assessment of the coupled THM behavior in a high-level radioactive waste disposal system.

조선 역학의 시대정신과 문화적 상대성 -정약용의 역상학을 중심으로-

황병기(Hwang, Byong Kee) 한국도교문화학회 2022 道敎文化硏究 Vol.57 No.-

이 글은 “『주역』 상징어의 의미변천에 대한 문화사적 연구” 프로젝트의 연속 기획의 하나로서, 조선 역학의 특징적 성격을 검토하고 특히 정약용의 역상학이 갖는 조선 역학 내적 발전상의 시대성과 문화적 상대성을 고찰한 논문이다. 여기에 더해 조선 역학의 문화다원적 상대성에 바탕하여 조선 역학을 경학적 담론에서 벗어나 인문학적 담론으로 재해석한 논문이다. 역학 도통론의 패러다임으로 정통과 이단을 구별하는 이분적 관점에서 벗어나 문화적 다원성이라는 패러다임으로 보면 각각의 역학은 상대성을 지니며 특수한 문화적 상징성이 드러난다. 주석자의 특수한 해석 관점에 따라 역학 언어는 다양한 스펙트럼으로 표현되는데, 그가 속한 특수한 역사와 문화가 배경이 되기 때문이다. 따라서 조선 역학에 대한 문화다원적 접근이 가능한 것이다. 조선 역학의 시대정신과 문화적 상대성을 주제의 한도 내에서 네 가지 정도로 정리할 수 있다. 첫째가 한글 언해를 통한 독자적 역학을 소유하려는 노력이 끊임없이 지속되었다는 점이다. 조선 역학의 가장 큰 특징을 꼽아야 한다면 한글의 창제와 함께 독해방식에 있어 탈중국화할 수 있었다는 점일 것이다. 한편 조선의 역학을 특징짓는 몇 가지 지표들이 있는데, 권근의 역학이 주자학의 수용과 보급을 목표로 하여 주희의 본의를 발양한 것, 이황의 역학이 지닌 동아시아문명론과 선조 시기 이황의 후학들과 이이에 의해 완성된 역경 언해 사업의 동아시아 문명사적 위상, 그리고 정약용의 종교학적 역학 관점의 세계사적 위상 등이 그것이다. 둘째가 조선 중기 이후 특히 이황의 역학 저술 이후 주희의 권위가 다시 제고되었고, 조선 역학의 특징적 요소인 도서학(圖書學)적 성격이 두드러졌다는 점이다. 이황의 의리와 상수의 결합적 공부론은 이후 조선 역학의 기본적 사조로 자리를 잡았다. 조선의 도서학적 경향은 17세기 즈음 서양학문이 도입되었을 때 서학의 천문학과 물리학적 지식들을 도서학으로 재해석하려는 무리한 시도로 이어졌다. 조선 후기의 도서학적 경향의 역학이 조선만의 특징은 아닐 수 있어도, 이 또한 조선이라고 하는 특수한 시공간의 환경이 요구한 것이다. 셋째가 새로운 상수학의 경향이다. 이익과 신후담과 정약용의 효변설은 조선 중기 이래로 서학(西學)과 서교(西敎)가 소개되면서 형성된 박물학적 계몽주의와 연결된다. 이익의 자질구레한 메모들이 조선 후기 거대한 실학적 흐름의 선구가 되는 기폭제가 되었다. 당시 조선은 서구문명을 봉쇄한 상태에서 서학에 자극받아 실학적 태도가 자체적으로 형성되고 있었다는 점이 조선의 후기 역학을 바라보는 상대적 관점이라고 할 수 있다. 넷째가 정약용을 정점으로 하는 종교학적 역학의 태동이다. 정약용은 종교학적 해석 관점으로 주역을 이해했다. 그는 자연계와 인간계를 천상계와 구분되는 것으로 보고, 신 대 자연과 인간이라는 신학적 프레임을 사용했다. 정약용의 이러한 역학 관점은 윤정기(尹廷琦)에게 그대로 전수되었고, 조선 역학사의 매우 흥미로운 부분이다. 정약용의 보유론(補儒論)적 역학 관점은 천주교의 신앙대상과는 다른 원시유교의 신앙대상을 언급한다는 점과, 이러한 관점이 조선에서 자체적으로 형성되었다는 것이 조선 역학사의 특징적 현상이라고 할 것이다.

이차원 수리-역학적 연계해석 시 유도배수 모델링 방법에 따른 수치해석적 비교연구

유광호,You, Kwang-Ho 한국터널지하공간학회 2008 한국터널지하공간학회논문집 Vol.10 No.1

In tunnels, safety factor concept has been suggested to estimate their stability quantitatively. It is merely limited in the framework of mechanical analysis. However safety factor concept has not been applied in hydro-mechanical coupled analyses due to their modelling complexity. Recently studies on this topic are being actively made. In this study, induced drainage modelling methods for hydro-mechanical coupled analyses are compared and analyzed to estimate safety factor of a subsea tunnel exactly. To this end, methods both controlling hydraulic characteristic of shotcrete and using a drainage well are considered. Sensitivity analysis were carried out on rock class, thickness of shotcrete, and hydraulic properties of rock mass. As the results of this study, it turned out that the induced drainage modelling using a drainage well would give more reliable results than that of controlling hydraulic characteristic of shotcrete in estimating tunnel stability in hydro-mechanical coupled analyses. 터널의 경우 안정성을 정량적으로 평가하기 위해 안전율 개념이 제안된 바 있다. 이는 역학적 해석의 범주에 한정된 것으로 수리 역학적(hyro-mechanical) 연계해석의 범주에서는 해석 모델링의 복잡성으로 인해 안전율 개념이 적용된 연구는 극히 드문 실정이다. 최근 들어 수리-역학적 연계해석에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 해저 터널의 안전율을 정확히 산정하기 위해 수리-역학적 연계해석 시 유도배수 모델링 방법을 비교 분석하였다. 수치해석 시 터널 내부로 유도배수하는 방법으로는 숏크리트 수리특성을 조절하는 유도배수 방법과 집수정을 이용한 유도배수 방법이 고려되었다. 두 방법의 비교를 위해 암반등급, 숏크리트 두께, 암반 수리특성에 대하여 민감도 분석을 수행하였고, 연구 결과 해저터널의 수리-역학적 연계해석 시 집수정을 이용한 유도배수 방법을 사용하는 것이 터널의 안정성을 검토하는 데에 보다 신뢰성이 높은 것으로 나타났다.

유체 주입에 의한 단층의 수리역학적 거동 해석

박정욱(Jung-Wook Park),박의섭(Eui-Seob Park),김태현(Taehyun Kim),이창수(Changsoo Lee),이재원(Jaewon Lee) 한국암반공학회 2018 터널과지하공간 Vol.28 No.5

본 논문에서는 국제공동연구인 DECOVALEX-2019 프로젝트 Task B의 연구결과와 현황을 소개하였다. Task B의 주제는 ‘Fault slip modelling’으로 유체의 주입으로 인해 발생하는 단층의 재활성(미끄러짐, 전단파괴)과 수리역학적 거동을 예측할 수 있는 해석기법을 개발하는 데에 그 목적이 있다. 1단계 연구는 참가팀들이 연구주제에 대해 숙지하고, 벤치마크 모델을 대상으로 단층의 투수특성과 역학적 거동의 상호작용을 모사할 수 있는 해석코드를 개발할 수 있도록 하는 준비 단계의 연구이다. 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석 기법을 사용하여 물 주입으로 인한 단층의 수리역학적 연계거동을 모사하였다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 두 가지 수리간극모델에 대하여 수리역학적 커플링 관계식을 수치화하였으며, 연속체 요소(수리모델)와 인터페이스 요소(역학모델)의 거동을 연계할 수 있는 해석기법을 제시하였다. 또한, 단층의 역학적 변형(간극의 변화)으로 인한 수리물성 변화와 기하학적 변화(해석 메쉬의 변형)를 수리해석에 반영할 수 있는 해석기법을 개발하였다. 다양한 압력의 물을 단계적으로 주입하고 이로 인해 유도되는 단층의 탄성거동 및 전단파괴(미끄러짐)에 대해 살펴보았으며, 수리간극의 변화 양상과 원인, 압력 분포와 주입율의 관계 등을 면밀히 검토하였다. 해석 결과, 본 연구에서 개발한 해석기법이 물 주입으로 인한 단층의 미끄러짐 거동을 합리적인 수준에서 재현할 수 있는 것으로 판단할 수 있었다. 본 연구의 해석모델은 Task B에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 연구의 현장시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다. This study presents the research results and current status of the DECOVALEX-2019 project Task B. Task B named ‘Fault slip modelling’ is aiming at developing a numerical method to simulate the coupled hydro-mechanical behavior of fault, including slip or reactivation, induced by water injection. The first research step of Task B is a benchmark simulation which is designed for the modelling teams to familiarize themselves with the problem and to set up their own codes to reproduce the hydro-mechanical coupling between the fault hydraulic transmissivity and the mechanically-induced displacement. We reproduced the coupled hydro-mechanical process of fault slip using TOUGH-FLAC simulator. The fluid flow along a fault was modelled with solid elements and governed by Darcy`s law with the cubic law in TOUGH2, whereas the mechanical behavior of a single fault was represented by creating interface elements between two separating rock blocks in FLAC3D. A methodology to formulate the hydro-mechanical coupling relations of two different hydraulic aperture models and link the solid element of TOUGH2 and the interface element of FLAC3D was suggested. In addition, we developed a coupling module to update the changes in geometric features (mesh) and hydrological properties of fault caused by water injection at every calculation step for TOUGH-FLAC simulator. Then, the transient responses of the fault, including elastic deformation, reactivation, progressive evolutions of pathway, pressure distribution and water injection rate, to stepwise pressurization were examined during the simulations. The results of the simulations suggest that the developed model can provide a reasonable prediction of the hydro-mechanical behavior related to fault reactivation. The numerical model will be enhanced by continuing collaboration and interaction with other research teams of DECOLVAEX-2019 Task B and validated using the field data from fault activation experiments in a further study.

In-DEBS 운영 초기 열-수리-역학적 복합거동 수치해석

이창수,이재원,이재완,조원진,김건영 한국방사성폐기물학회 2019 방사성폐기물학회지 Vol.17 No.Special

Coupled thermo-hydraulic (TH) behavior is expected owing to a decay heat from high-level radioactive waste and water intake from rockmass in high-level radioactive waste disposal system. And coupled thermo-hydro-mechanical (THM) behavior is expected in high-level radioactive waste disposal system owing to thermal stress and swelling pressure generated by changes in temperature and saturation. Since 2016, an in-situ demonstration of an engineered barrier system (In-DEBS) at the KAERI Underground Research Tunnel (KURT) has been performed to investigate the coupled THM behavior in the high-level radioactive waste disposal system and nearby rockmass. In this study, a numerical simulation using TOUGH-MP/FLAC3D and an axisymmetric model was carried out to analyze the in-situ experimental data and estimate the coupled THM behavior. In addition, input parameters and THM models used in this study are evaluated and the practical applicability of TOUGH2-MP/FLAC3D to THM simulations is examined by comparison of in-situ data with calculation results. Temperature and relative humidity evolutions are well captured in the numerical simulation. In addition, even though the calculated displacement is relatively small, its evolution trend shows agreement with the in-situ data. The axisymmetric model was useful for analyzing coupled THM behavior in the In-DEBS experiment however, a 3D analysis including a consideration of the effect of KURT geometry is necessary to thoroughly investigate coupled THM behavior in the rockmass. The input parameters and the THM models in this study can be applied to predict the long-term behavior in the In-DEBS experiment and to carry out a performance assessment of the coupled THM behavior in a high-level radioactive waste disposal system. 고준위방사성폐기물 처분시스템에서는 방사성 핵종의 붕괴열과 암반으로부터의 지하수 유입으로 열응력 및 팽윤압의 발생으로 열-수리-역학적 복합거동(coupled thermo-hydro-mechanical behavior)이 예상되기 때문에 한국원자력연구원은 처분시스템 및 근계암반에서의 열-수리-역학적인 복합거동 특성을 평가하기 위해서 지하처분연구시설(KAERI Underground Research Tunnel, KURT)에서 2016년부터 현장시험(In-situ Demonstration of Engineered Barrier System, In-DEBS)을 수행 중에 있다. 본 연구에서는 In-DEBS 현장시험 데이터 분석하고 벤토나이트 완충재와 화강암반에서의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하기 위해 TOUGH2-MP/FLAC3D을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 또한 벤토나이트 블록과 KURT 화강암의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하기 위해 사용된 각각의 열, 수리, 그리고 역학적 모델의 적합성을 평가하고자 현장시험에서 계측된 온도, 상대습도, 그리고 변위의 결과와 수치해석으로 계산된 결과를 비교하였다. 온도와 상대습도의 계산 결과를 현장 데이터와 비교·분석한 결과, 전체적으로 유사한 경향을 보일 뿐만 아니라 시간에 따라 변화하는 정량적인 값 역시 유사하게 나타났다. 역학적 해석 결과를 살펴보면, 계산된 변위의 전반적인 경향은 유사하지만 해석 결과가 계측 값에 비해 상대적으로 작게 나타났다. 축대칭 모델을 이용하여 In-DEBS 현장시험에서 관측된 열-수리-역학적 복합거동특성을 전반적으로 평가할 수 있었지만, 벤토나이트 블록 및 KURT 암반에서의 열-수리-역학적 복합거동을 면밀히 살펴보기위해서는 추후 터널의 형상과 주변 KURT 터널의 영향을 반영한 3차원 해석이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서 사용된입력 물성과 열-수리-역학적 모델은 추후 In-DEBS 장기 거동 및 처분시스템에서의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하고 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

블레이드-와류 간섭 현상에 대한 로터 전산구조동역학/전산유체역학 결합 해석의 상호 비교 연구

박재상,유영현,사정환,정성남,박수형 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4

본 연구는 회전익 항공기의 저속 하강 비행 시에 발생하는 블레이드-와류 간섭 (BVI: Blade-Vortex Interaction) 현상에 대하여 두 종류의 로터 전산구조동역학/전산유체역학 연성 결합 해석의 결과를 상호 비교한다. 로터 전산 구조동역학 해석을 위하여 회전익 통합해석 코드인 CAMRAD Ⅱ 와 비선형 유연 다물체 동역학 코드인 DYMORE Ⅱ 를 각각 사용하며, 로터 전산유체역학 해석을 위하여서는 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) CFD 코드인 KFLOW 를 이용한다. CAMRAD Ⅱ/KFLOW 및 DYMORE Ⅱ/KFLOW 연성 결합해석을 HART (Higher harmonic control Aeroacoustic Rotor Test) Ⅱ 에 대하여 수행하여 각각의 공력하중, 로터 트림, 블레이드 끝단 변형, 구조하중 및 후류 위치 등의 해석 결과를 풍동 시험 결과와 비교할 뿐만 아니라 두 종류의 연성 결합 해석 결과를 상호 비교하여 유사점과 차이점을 연구한다. This paper conducts the code-to-code comparison study of rotor CSD (computational structural dynamics)/CFD (computational fluid dynamics) coupled analyses for BVI (blade-vortex interaction) phenomenon in low speed descending flight. The two different rotorcraft CSD codes, a rotorcraft comprehensive analysis code, CAMRAD Ⅱ and a nonlinear flexible multibody dynamics code, DYMORE Ⅱ, are used. RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) code, KFLOW, as a rotor CFD code is loosely coupled with CAMRAD Ⅱ and DYMORE Ⅱ, respectively. The two sets of the coupled analyses, CAMRAD Ⅱ/KFLOW and DYMORE Ⅱ/KFLOW, are compared with the measured airloads, trimmed pitch control angles, blade tip deformations, blade structural loads, and vortex positions of the HART (Higher harmonic control Aeroacoustic Rotor Test) Ⅱ. Through the comparison between CAMRAD Ⅱ/KFLOW and DYMORE Ⅱ/KFLOW analyses, the similarity and the difference of the prediction results are investigated.

유체 주입에 의한 단층 재활성 해석기법 개발

박정욱(Jung-Wook Park),김태현(Taehyun Kim),박의섭(Eui-Seob Park),이창수(Changsoo Lee) 한국암반공학회 2018 터널과지하공간 Vol.28 No.6

본 논문에서는 국제공동연구 DECOVALEX-2019 프로젝트의 일환으로 수행된 Task B Benchmark Model Test(BMT)의 연구 결과를 소개하였다. Task B는 ‘Fault slip modelling’을 연구주제로 하며, 유체의 주입으로 인해 발생하는 단층의 재활성과 수리역학적 연계거동을 예측할 수 있는 해석기법을 개발하는 데에 목적이 있다. BMT 시나리오 해석은 각 참가팀들의 수치모델이 단층의 수리역학적 연동거동을 적절히 모사할 수 있는지 교차검증함으로써 각 해석코드의 완성도를 높이기 위하여 수행되었으며, 주입압 적용 조건, 단층 물성, 수리역학적 연동해석 조건 등에 따라 7개의 해석 모델로 이루어져 있다. 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석 기법을 이용하여, 역학적 변형으로 야기되는 단층의 수리적 물성변화와 간극의 기하학적 변화를 동시에 반영할 수 있는 수리역학적 커플링 모듈을 개발하였다. BMT 시나리오 해석을 위하여 Task B 1단계(Step 1) 연구에서 개발된 수치모델을 일부 수정하였고, 단층의 변형에 따른 압축률과 투수계수, 단층의 해석 메쉬의 변화가 해석에 반영될 수 있도록 하였다. 단층의 투수량계수와 저류계수가 단층 내 압력 분포, 주입수량, 변위, 응력 등 수리역학적 거동에 미치는 영향을 검토하였으며, 수정된 수치모델을 기수행된 1단계 연구에 적용하여 해석결과를 업데이트하였다. 해석 결과, 본 연구에서 개발한 해석기법이 물 주입으로 인한 단층의 거동을 합리적인 수준에서 재현할 수 있는 것으로 판단할 수 있었다. 본 연구의 해석모델은 Task B에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 연구의 현장시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다. This study presents the research results of the BMT(Benchmark Model Test) simulations of the DECOVALEX-2019 project Task B. Task B named ‘Fault slip modelling’ is aiming at developing a numerical method to predict fault reactivation and the coupled hydro-mechanical behavior of fault. BMT scenario simulations of Task B were conducted to improve each numerical model of participating group by demonstrating the feasibility of reproducing the fault behavior induced by water injection. The BMT simulations consist of seven different conditions depending on injection pressure, fault properties and the hydro-mechanical coupling relations. TOUGH-FLAC simulator was used to reproduce the coupled hydro-mechanical process of fault slip. A coupling module to update the changes in hydrological properties and geometric features of the numerical mesh in the present study. We made modifications to the numerical model developed in Task B Step 1 to consider the changes in compressibility, Permeability and geometric features with hydraulic aperture of fault due to mechanical deformation. The effects of the storativity and transmissivity of the fault on the hydro-mechanical behavior such as the pressure distribution, injection rate, displacement and stress of the fault were examined, and the results of the previous step 1 simulation were updated using the modified numerical model. The simulation results indicate that the developed model can provide a reasonable prediction of the hydro-mechanical behavior related to fault reactivation. The numerical model will be enhanced by continuing interaction and collaboration with other research teams of DECOVALEX-2019 Task B and validated using the field experiment data in a further study.