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논문 : 암석 내 공극구조의 평가를 위한 전기임피던스의 적용
추민경 ( Min Kyoung Choo ),송인선 ( In Sun Song ),이희권 ( Hi Kweon Lee ),김태희 ( Tae Hee Kim ),장찬동 ( Chan Dong Chang ) 대한지질공학회 2011 지질공학 Vol.21 No.4
지각의 수리역학작 거동은 유효공극의 크기 및 모양 등의 영향을 많이 받는다. 본 연구에서는 지하 유체의 이동 및 저장소가 되는 암석의 공극 특성을 전기임피던스를 이용하여 규명하였다. 공극의 구조가 서로 다른 3종의 화강암(황등, 포천, 양산)과 2종의 사암(보령, Berea)의 암석 시편(지름 :38-50mm, 길이: 70-100mm)을 전기전도도가 다른 전해질로 순차적으로 포화시킨 다음 시편의 전기임피던스를 측정하였다. 실험 결과 공극수의 염도가 증가할수록 전기비저항은 감소하고, 전기용량은 증가하는 뚜렷한 경향을 보였다. 또한 같은 염도의 공극수 조건 하에서 암석의 공극률이 증가할수록 전기비저항과 formation factor는 감소하지만, 전기용량 값은 증가하는 경향을 보였다. 이방성을 갖는 Berea 사암에서는 층리와 수직 방향의 임피던스를 측정했을 때 저항이 가장 크게 나왔으며, tortuosity와 cementation factor 값도 가장 높게 산정 되었다. 이는 층리의 수직 방향으로 공극의 연결성이 떨어진다는 것을 의미한다. 따라서 본 연구의 실험 결과는 암석의 전기적 특정이 공극률 뿐 아니라 공극의 구조와도 관련이 있음을 보여준다. The hydro-mechanical behavior of the Earth`s crust is strongly dependent on the fractional volume and geometrical structure of effective pore spaces. This study aims to understand the characteristics of pores using electrical impedance. We measured the electric impedance of core samples (diameter, 38-50 mm; length, 70-100 mm) of three types of granite (Hwangdeung, Pocheon, and Yangsan) and two types of sandstone (Boryung and Berea) with different porosities and pore structures, after saturation with saline water of varying salinities. The results show that resistance decreases but capacitance increases with increasing salinity of the pore fluid. For a given salinity, the resistivity and formation factor are reduced with increasing porosity of the rocks, and the capacitance increases. Berea sandstone shows anisotropy in resistance, tortuosity, and cementation factor, with these factors being highest normal to bedding planes. This result indicates that the connectivity of pores is weakest normal to bedding. In conclusion, the electrical characteristics of the tested samples are related not only to their porosity but also to the pore geometry.
이산화탄소 주입공 그라우팅 시멘트의 역학적 물성 및 파괴 거동
박미희 ( Mi Hee Park ),장찬동 ( Chan Dong Chang ),조영욱 ( Yeong Uk Jo ),추민경 ( Min Kyoung Choo ),염병우 ( Byoung Woo Yum ) 대한지질공학회 2011 지질공학 Vol.21 No.2
이산화탄소 지중저장을 위한 주입공의 안정성 및 누출제어에 주요 영향을 미치는 그라우팅 시멘트의 물리, 역학적 물성과 파괴 거동 특성을 실내실험을 통해 규명하였다. 물과 조강 3종 포틀랜드 시멘트를 네 종류의 질량비(각각 0.4, 1, 2, 3)로 배합한 시편을 제작하여 시험하였다. 그라우팅재의 제반 물리, 역학적 물성은 물/시멘트 배합비 0.4와 1 사이에서 급격하게 변화하며 전체적으로 물/시멘트 배합비가 증가함에 따라 공극률은 증가, 탄성파속도, 탄성계수, 압축, 인장강도 등은 감소하는 체계적인 변화양상을 보였다. 특히 일련의 삼축압축실험에서는 시편 성형시 물/시멘트 배합비와 시편에 작용하는 구속압조건에 따라 취성파괴와 연성변형의 경계가 명확히 구분되었다. 규명된 물성 및 파괴거동은 이산화탄소 주입공 주변의 암반응력과 주입압 조건에 따라 발생할 수 있는 그라우팅재의 일차적 변형, 파괴, 균열 등의 모델분석에 주요 입력인자로 활용될 수 있을 것으로 기대한다. We conducted laboratory experiments to determine the physical and mechanical properties, and the failure behaviors, of cements for use as grouting material in a CO2-injection borehole. Samples with four different ratios of water to cement mass (0.4, 1, 2, and 3) were tested. The analyzed properties (porosity, sonic velocity, modulus, and compressive and tensile strengths) varied systematically as a function of the ratio of water to cement (w/c), showing a sharp change between w/c ratios of 0.4 and 1. Triaxial compression tests revealed a clear boundary between brittle and ductile failure depending on the w/c ratio and confining pressure. The present results can be utilized as input parameters for numerical models to understand the initial deformation and failure behavior of grouting cements in a CO2-injection borehole.