[논문]Voronoi 절리모델에 의한 터널 주변 굴착손상권(EDZ)의 해석 사례

박의섭; 신중호

[국내논문] Voronoi 절리모델에 의한 터널 주변 굴착손상권(EDZ)의 해석 사례
Numerical Evaluation of Excavation Damage Zone Around Tunnels by Using Voronoi Joint Models 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.18 no.5 = no.76, 2008년, pp.328 - 337

박의섭 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부 지하공간환경연구실) , (앨버타대학교 토목환경공학과) , 신중호 (한국지질자원연구원 정책협력부)

초록
AI-Helper

굴착손상권의 특성 및 범위를 규명하는 것은 방사성 폐기물의 이동 및 확산의 위험을 최소화하는 지하공동의 기밀에 영향을 받는 방사성폐기물 처분사업에선 중요하다. 캐나다 AECL의 URL에선 터널기밀시험(TSX)이 수행되었고, 굴착손상권(EDZ)의 발달 가능성을 최소화하기 위하여 응력장을 고려하여 터널 형태 및 방향을 선택하였다. EDZ의 특성 및 범위는 방사상의 시추공내에서의 탄성파 속도와 투수율 측정을 통하여 파악되었다. 이 결과는 EDZ의 범위를 추정하는 본 연구의 모델링작업에 사용되었다. 이를 위하여 UDEC 코드내에 손상모델을 형성하고, 실내실험 물성에 맞추었다. 이 모델은 TSX 터널 주변의 균열 개시와 성장범위를 예측하는데 사용되었고, 해석결과는 실제 측정된 손상과 비교되었다. 수치모델내 손상권의 발달은 현장 측정결과의 잘 일치하는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

Quantifying the extent and characteristics of the excavation damage zone(EDZ) is important for the nuclear waste industry which relies on the sealing of underground openings to minimize the risk for radionuclide transport. At AECL's Underground Research Laboratory(URL) the Tunnel Sealing Experiment(TSX) was conducted and the tunnel geometry and orientation relative to the stress field had been selected to minimize the potential for the development of an EDZ. The extent and characteristics of the EDZ was measured using velocity profiling and permeability measurements in radial boreholes. The results from this EDZ characterization are used in this paper to evaluate a modeling fir estimating the extent of the EDZ. The methodology used a damage model formulated in the Universal Distinct Element Code and calibrated to laboratory properties. This model was then used to predict the extent of crack initiation and growth around the TSX tunnel and the results compared to the measured damage. The development of the damage zone in the numerical model was found to be in good agreement with the field measurements.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 고에서는 TSX Experiment(캐나다 AECL)의 현장시험자료를 근거로 굴착손상권의 형성에 영향을 주는 인자들을 조사하였다. TSX Experiment 현장에서 발생된굴착손상권의 범위를 정량화하기 위해 사용한 기법 중의 하나는 속도 측면도(velocity profiling) 이고, 시추공 반경 방향으로 수행된 탄성파 속도의 측면도를 가지고 있다.
이러한 형태의 해석은 현장 투수율 시험동안 포화도 복구뿐만 아니라 시간에 따른 반복적인 기록을 통해 점진적인 파괴와 포하도 저하를 관즉하는데 적용가능하다. 본 연구에서는 TSX 터널 주위의 탄성파 속도와 응력 분포간의 상관관계를 조사하였다.

제안 방법

TSX Experiment 현장에서 발생된굴착손상권의 범위를 정량화하기 위해 사용한 기법 중의 하나는 속도 측면도(velocity profiling) 이고, 시추공 반경 방향으로 수행된 탄성파 속도의 측면도를 가지고 있다. TSX 시험터널 주변의 응력과 측정 속도간의 상관관계를 추론하고자 다음 접근법을 사용하였다.
UDEC-DM내의 결함(defect) 길이에 따른 영향을 평가하기 위하여, 그림 4와 같이 결함 길이가 각각 3, 4, 6 mm일 때의 해석을 각각 수행하였다.
TSX 터널 주변의 굴착손상권을 측정하는데 사용된 속도 탐지기는 굴착면으로부터 주변암반으로의 간격 속einterval velocity) 변화를 시추공을 따라 측정하여 굴착손상권을 특성화하는 간편한 측정기법을 위해 설계되었다. 속도 탐지기는 NQ-3(직경 76 mm) 시추공 내에 맞춘 금속판으로 구성되어 있다.
, 2005) 탄성 모델로부터 각각 구한 평균응력과 최소응.력을 각각 비교하였다. 그림으로부터 보는 바와 같이, UDEC-DM 모델은 압축응력 영역(MVP-1)에선 터널벽면으로부터 매우 근접한 거리에서 탄성해와 큰 차이를 보여 손상을 받았음을 알 수 있으나, 응력이완영역(MVP-3)에선 탄성응력과 차이가 거의 없으므로 암반이 탄성거동을 보임을 알 수 있다.
TSX 터널 주위로 설치된 속도탐지기로 구한 탄성파 속도와 UDEC-DM 해석으로 구한 평균응력을 각각의 위치에서 서로 비교하였다. 그림 13에서 보는 바와 같이 MVP-I, MVP-3에서 구한 탄성파 측선도는 터널 경계면 근처에서 속도가 감소함을 보여주었다.
지하공동 주변에 발생하는 응력이완과 같은 제하(un. loading)에 반응함으로써 EDZ의 생성을 모사하는 손상 모델을 UDEC 코드에서 사용가능하도록 개발하였다. 개발된 모델의 검증을 위하여 캐나다 AECL의 TSX 시험 터널의 실험결과와 비교하였다.

대상 데이터

8 참조). 하나의 차단벽은 AECL에서 개발한 저열 고성능(low heat high perfomance) 콘크리트로 채워졌고, 다른 하나는 70% Kunigel 벤토나이트와 30% 모래로 구성된 9000개의 개별 블록으로 만들어진 점토 차단벽이다. 시험실의 크기(높이 3.

데이터처리

loading)에 반응함으로써 EDZ의 생성을 모사하는 손상 모델을 UDEC 코드에서 사용가능하도록 개발하였다. 개발된 모델의 검증을 위하여 캐나다 AECL의 TSX 시험 터널의 실험결과와 비교하였다. 이를 통하여 Martin (2006)은 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

이론/모형

2004). 이러한 암석의 거동을 모델링하고자 UDEC 코드내에 있는 Voronoi tesellation 구성모델을 이용하여 비균질 크기의 다각형 블록을 생성하였다(Itasca, 2000). 이 모델링 기법은 응력이완이 빌생하고 응력재분배가 일어날 때, 암석이 인장 또는 전단 균열로 파괴되는 것을 모사할 수 있다.
Lac du Bonnet 화강암 시료의 실내실험결과가 UDEC 손상모델의 물성을 결정하는데 사용되었다. 실내실험 결과는 Lau & Gorski에 의해 수행된 단축 및 삼축 압축시험 결과 보고서(CANMET, 1992)를 참조하였다.
실내실험 결과는 Lau & Gorski에 의해 수행된 단축 및 삼축 압축시험 결과 보고서(CANMET, 1992)를 참조하였다.

성능/효과

지를 보여준다. 예상대로 점착력이 증가할수록 단축 압축강도도 증가하는 경향을 보여주었다.
보여주었다. 이에 반하여 모델 크기가 큰 경우엔 변형률 곡선이 비선형적으로 변화하는 지점이 더 빨리 나타나고, 최대 강도에 일부 영향을 미치는 것으로 나타났다.
4 m)는 차분장에서의 실규모 굴착을 대표하는 것이디(Martino & Chandler, 2004). 또한 알려진 현지암반 응력하에서의 굴착 손상권을 억제하기 위하여 타원형 단면으로 폭과 높이 비가 1.25로 결정되었다. 터널의 방향은 최대압축응력의 집중을 줄이기 위해 주응력에 평행하다.
8개의 NQ 직경을 가진 시추공의 배열은 콘크리트 차단벽 근처에 위치하고(8 m 배열), 다른 하나는 점토 차단벽 근처에 위치한다(32 m 배열). 각각의 굴착손상권 규명법의 결과는 TSX 터널 주위로 특정한 두께를 가진 손상권이 존재한다는 것을 알려주었다(그림 9 참조). Martino & Chandler(2004)에 의하면, 굴착손상권의 외부영역보다 속도가 급격히 감소하고 투수율이 급격히 증가하는 특성을 가진 내부 손상권이 터널벽면으로부터 0.
1) Voronoi 절리 모델개념을 도입한 UDEC 해석은 응력 이완이 발생되고 재분배가 발생될 때 인장 또는 전단 균열에 의해 파괴되는 암반 모델링을 가능케 하였다.
2) TSX 터널 주변의 탄성응력과 UDEC 손상모델에서 얻은 응력과의 비교를 통하여 본 모델이 굴착 손상권을 제대로 모사하였음을 밝혔다.
4) 결론적으로 본 연구에서 개발된 UDEC 손상모델은 결함을 가지고 있는 현지 암반을 모사하는데 적합한 것으로 나타났다.
3) TSX 시험터널 주변 굴착손상권의 탄성파 속도 측선도 는 UDEC 손상모델에서 구해진 평균 응력과 매우 잘 일치하는 경향을 보여주었다.

후속연구

향후 SKB의 Aspo HRL 시험터널(심도 450 m)에서 구해진 탄성파 속도자료와 비교를 통하여 현지응력 수준이 크지 않은 균열암반의 손상을 특성화하는데 본 UDEC 손상모델이 적용될 예정이다.

참고문헌 (11)

Brady, B.H.G. and E. Brown, 1985, Rock mechanics for underground mining, George Allen & Unwin. 527p
CANMET, 1992, Uniaxial and triaxial compression tests on URL rock samples from boreholes 207-045-GC3 and 209 -069-PH3. Canada Center for Mineral and Energy Technology. Division report. MRL92-025 (TR)
Cundall, P.A., 1976, Explicit finite difference methods in geotechnics. In Proc. the EFconference on numerical methods in geomechanics. Virginia. 11: 132-150
Hoek, E. and E. Brown, 1997, Practical estimates of rock mass strength. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 34(8):1165- 1186
Itasca Consulting Group Inc., 2000, UDEC-Universal Distinct Element Code in 2Dimensions, Minneapolis: Itasca
Martin, C.D., 2006, Quantifying the ezxcavation damaged zone (EDZ) in a fractured rock mass, University of Alberta Progress report (Year 1) to KIGAM, Korea. Issued as KIGAM Report No. JCA2003011-2006(2)
Martino, J. and N. Chandler, 2004, Excavation-induced damage studies at the underground research laboratory. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 41(8):1413-1426

상세보기
Maxwell, S., R. Young and R. Read, 1998, A micro-velocity tool to assess the excavation damage zone. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 35(2):235-247

상세보기
Potyondy, D. and P. Cundall, 2004. A bonded-particle model for rock. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 41:1329-1364

상세보기
Rocscience Inc., 2005, Phase2 v6.0 - a two-dimensional finite element analysis program
Tsang, C. et al., 2005, Geohydromechanical processes in the Excavation Damaged Zone in crystalline rock, rock salt, and indurated and plastic clays - in the context of radioactive waste disposal Int. J. Rock Mech. Min. Sci, 42: 109-125

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증