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[국내논문] 원자력연구원 내 지하처분연구시설의 암반 손상대 발생영향 분석
An Assessment of the Excavation Damaged Zone in the KAERI Underground Research Tunnel 원문보기

화약·발파 = Explosives & blasting, v.27 no.1, 2009년, pp.21 - 31  

김진섭 (한국원자력연구원 방사성폐기물기술개발부) ,  권상기 (한국원자력연구원 방사성폐기물기술개발부) ,  조원진 (한국원자력연구원 방사성폐기물기술개발부)

초록
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터널의 굴착이나 응력 재분포에 의해 터널 주변에는 암반 손상대(EDZ) 구간이 발생하게 되며, 이는 암반의 역학적 수리적 물성변화를 초래하여 추가적인 균열발생 및 지하수의 주요 공급로 역할을 하게 된다. 본 연구에서는 방사성폐기물 처분연구시설(KURT)을 대상으로 현장실험을 통해 암반변형계수를 측정하였고, 이를 바탕으로 손상대 영역을 세분화하여 FLAC2D를 이용한 전산해석을 실시하였다. 실험결과 KURT 주변에는 측정지점에 따라 0.6~1.8m의 손상영역이 발생하였으며, 손상대 구간의 변형계수 값은 주변 암반 변형계수의 약 40%에 해당하였다. 암반손상대로 인해 KURT 내 터널변위는 약 65%의 추가변위가 발생하였고, 최대 주응력은 58% 감소되었음을 확인하였다. 또한 손상대 영역의 고려로 인해 터널의 좌 우측 하단부에 발생되었던 소성 영역이 터널의 천정 및 바닥부근으로 확대되는 경향을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

An excavation damaged zone (EDZ) is created by fracturing, excavation or stress redistribution of tunnels. In this zone the mechanical and hydraulic properties of rock are changed, which makes additional cracks and serves as a dominant pathway of groundwater flow. In this study, an assessment on an ...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 KURT 시설 내에서 측정한 암반손상대의 변형계수값과 선행연구로 수행되었던 손상영역에 서의 물성변화를 바탕으로 전산해석을 하였다. 이와 더불어 손상대 영역에서의 지하수의 영향, 열하중 (thermal loading)에 의한 투수계수 및 이동특성의 변화, 그리고 암반의 비등방 성질(암반, 절리/단층, 응력 재분포 등)로 인한 손상대 특성과의 연관성 등에 대한 연구가 추가적으로 필요하며, 이는 고준위폐기물 처분시설의 안전성 및 안정성 평가에 큰 도움을 줄 것으로 판단된다.

가설 설정

  • )을 이인모(2004)에 제시된 다음의 식(3)∼(6)를 이용하여 계산하였다. 이때 숏크리트와 록볼트는 동시에 설치되었다는 가정을 하였으며 탄성론에 기반을 두고 도출된 식이다. 숏크리트의 경우에는
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
앞서 전산모델을 이용한 해석결과 중 최대 변위가 손상대 고려 시 0.95mm임을 고려할 때 터널의 현재 조건에서는 숏크리트와 록볼트가 동시에 지보역할을 하고 있음을 알 수 있다고 한 이유는? 7mm이다. 즉 터널의 최대 변위가 7.2mm일 때까지는 숏크리트와 록볼트가 동시에 지보역할을 하며, 변위가 7.2mm ∼33.7mm 사이에서는 숏크리트가 항복을 하고 주로 록볼트가 지보재로서의 역할을 수행하게 된다. 따라서 앞서 전산모델을 이용한 해석결과 중 최대 변위가 손상대 고려 시 0.
방사성폐기물 처분장과 같은 지하구조물의 특징은? 방사성폐기물 처분장과 같은 지하구조물의 경우 발파충격이나 굴착 이후의 응력의 재분포에 의해 구조물 주변 암반의 물성이 변함에 따라 암반의 역학적・수리적・지화학적 특성에 변화가 발생하며, 이는 구조물의 장・단기적 기능을 저하시킬 수 있다. 이러한 측면에서 손상대(EDZ, Excavation damaged zone)의 발생이 암반 거동에 미치는 영향을 파악하는 것은 구조물의 장기적 안정성 측면에서 중요하다(권상기와 조원진, 2007).
터널 주변에는 암반 손상대(EDZ) 구간이 발생하게 되는 이유는? 터널의 굴착이나 응력 재분포에 의해 터널 주변에는 암반 손상대(EDZ) 구간이 발생하게 되며, 이는 암반의 역학적 수리적 물성변화를 초래하여 추가적인 균열발생 및 지하수의 주요 공급로 역할을 하게 된다. 본 연구에서는 방사성폐기물 처분연구시설(KURT)을 대상으로 현장실험을 통해 암반변형계수를 측정하였고, 이를 바탕으로 손상대 영역을 세분화하여 FLAC2D를 이용한 전산해석을 실시하였다.
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참고문헌 (23)

  1. 권상기, 조원진, 2007, 발파에 의한 터널주변 암반 손상대 발생 평가, 대한화약발파공학회지, Vol. 25, No. 1, pp.15-29 

  2. 권상기, 조원진, 2008, 지하처분연구시설에서의 암반 손상대 발생 및 영향평가, 한국원자력연구원, KAERI/TR-3533, pp.1-86 

  3. 벽산엔지니어링, 2004, 지하처분 연구시설 부지조사 및 설계용역 실시설계보고서, 한국원자력연구원, 대전, pp.25-149 

  4. 유근환, 장찬동, 2006, 다양한 시험법으로 규명된 암반 탄성계수 비교, 대한지질공학회지, Vol. 16, No. 1, pp.1-14 

  5. 이인모, 2004, 터널의 지반공학적 원리, 새론출판사, 서울, pp.7-77 

  6. 이창수, 전석원, 권상기, 조원진, 서영호, 박현익, 2006, 한국원자력연구소 내 지하처분 연구시설에서의 암반손상대 평가, 한국암반공학회 특별심포지움, pp.15-24 

  7. ASTM Committee on Standards, 1994, Standard test method for deterimining the in situ modulus of deformation of rock using the diametrically loaded 76-mm (3-in.) borehole jack, The American society for testing and materials, D 4971-89, pp.21-26 

  8. Backblom, G. and C.D. Martin, 1999, Recent experiments in hard rocks to study the excavation response: Implications for the performance of a nuclear wast geological repository, Tunnelling and underground space technology, Vol. 14, No. 3, pp.377 -394 

  9. Bieniawski, Z. T., 1978, Determining rock mass deformability- experience from histories, Int. J. Rock Mech., Min. Sci., Vol. 15, pp.237-247 

  10. Chandler, N., 2004, Developing tools for excavation design at Canada's Underground Research Laboratory, Int. J. Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol. 41, pp.1229-1249 

  11. Tsang, C., F.Bernier and C. davies, 2005, Geohydromechanical processes in the Excavation Damaged Zone in crystalline rock, rock salt, and indurated and plastic clays-in the context of radioactive wast disposal, Int. J. Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol. 42, pp.109-125 

  12. JNC, 1998, Proceedings of an international workshop for the Kamaishi In situ experiments, Kamaishi, Japan 

  13. Kwon, S., C.S. Lee, S.J. Cho, S.W. Jeon and W.J. Cho, 2009, An investigation of the excavation damaged zone at the KAERI underground research tunnel, Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 24, pp.1-13 

  14. Kwon, S., S.I. Park, J.H. Park, W.J. Cho and P.S. Han, 2005, An underground research tunnel for the validation of high-level radioactive waste disposal concept, Int. symposium on radiation safety management, Korea, pp.381-391 

  15. Malmgren, L. and E. Nordlund, 2008, Interaction of shotcrete with rock and rock bolts - A numerical study, Int. J. Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol. 45, pp.538-553 

  16. Martino, J. B., 1985, A review of excavation damage studies at the Underground Research Laboratory and the results of the excavation damage zone study in the Tunnel Sealing Experiment, Ontario Power Generation, Nuclear Waste Management Division 06819-REP-01200-10018-R00 

  17. Martino, J. B. and N.A. Chandler, 2004, Excavation -induced damage studies at the Underground Research Laboratory, Int. J. Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol.41, pp.1413-1426 

  18. Read, R. S., 1996, Characterizing excavation damage in highly-stressed granite at AECL's Underground Research laboratory, Proceedings of the EDZ Workshop, Designing the excavation disturbed zone for a nuclear repository in hard rock, Winninpeg, MB. September 20 

  19. Read, R. S., 2004, 20 years of excavation response studies at AECL's underground research laboratory, Int. J. Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol. 41, pp.1251-1275 

  20. Saiang, D., 2004, Damaged rock zone around excavation boundaries and its interaction with shotcrete, Lic. thesis, Division of Rock Mechanics, Lulea Univ. of Technology, Sweden 

  21. Sato, T., T. Kikuchi and K. Sugihara, 2000, In-situ experiments on an excavation disturbed zone induced by mechanical excavation in Neogene sedimentary rock at Tono mine, cetral Japan, Engineering Geology, Vol. 56, pp.97-108 

  22. Sheng, Q., Z.Q. Yue, C.F. Lee, L.G. Tham and H. Zhow, 2002, Estimating the excavation disturbed zone in the permament shiplock slopes of the Three Gorges Project, China, Int. J. Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol. 39, pp.165-184 

  23. Trueman, R., 1998, An evaluation of strata support technique in dual life gateroads, Ph.D. Thesis, Univ. of Wales, UK 

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