뒤채움재 설계안에 따른 다중방벽시스템의 열-수리-역학적 상호작용 특성 평가
Assessment of Thermal, Hydraulic, and Mechanical Interaction Characteristics in a Multi Barrier System based on Backfill Material Designs
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초록
본 연구에서는 벤토나이트/규사 혼합비가 다른 세 가지 뒤채움재의 설계안이 한국형 기준 처분시스템 (KRS+) 내 다중방벽시스템의 열-수리-역학적 상호작용에 미치는 영향을 평가하였다. 수치모델링 결과, 처분시스템의 온도 변화는 뒤채움재 설계안에 거의 영향을 받지 않았으나, 포화도 변화는 뒤채움재의 물 성에 따라 유의미한 차이를 보였다. 벤토나이트 혼합비가 증가할수록 뒤채움재 자체의 포화는 빨라졌으 나 완충재의 포화는 다소 지연되는 경향을 나타냈다. 완충재 융기 제어 성능은 뒤채움재의 팽윤압과 강성이 증가할수록 우수해지는 결과가 도출되었다. 다만, 팽윤압 증가보다 강성의 증가가 완충재 융기 제 어에 더 효과적인 것으로 나타나, 뒤채움재 설계 시 성능 기준을 충족시키는 팽윤압을 유지하면서도 상 대적으로 높은 강성을 갖도록 적절한 혼합비를 산정할 필요가 있다. 뒤채움재의 팽윤압은 굴착면에 가해 지는 구속압과 이에 따른 암반의 강도를 증가시켜 뒤채움재 내 벤토나이트 혼합비가 증가할수록 근계 암 반의 파괴 영역이 감소하는 것으로 나타났다.
Abstract
This study investigates the effects of three backfill material designs with varying bentonite- silica sand mix ratios on the thermal, hydraulic, and mechanical interactions in the multi- barrier system of the Improved Korean reference disposal system (KRS+). Numerical modeling results reveal that while the backfill material designs have minor effect on the temperature evolution within the repository, the saturation evolution shows notable differences based on the backfill properties. Specifically, increasing the bentonite content in the backfill accelerates backfill saturation, yet delays buffer saturation. The capability of the backfill to restrain upward movement of the buffer is enhanced by higher swelling pressure and stiffness of the backfill. However, stiffness increases tend to be more effective than additional swelling pressure for restaining upward movement of the buffer. Consequently, Designing an optimal mix ratio is crucial to ensure sufficient swelling pressure, fullfill performance criteria, and maintain relatively high stiffness. The backfill swelling pressure can act as a confining stress on the excavation surfaces, thereby enforcing the rock mass strength and reducing the extent of failure in the near-field rock mass, as the bentonite content in the backfill increases.