고준위방사성폐기물 심층처분을 위한 고압 팽창계를 활용한 심부 암반의 현지 응력 산정
Assessment of In-situ Stress at Deep Depth using a Pressuremeter Test for Deep Geological Repository of High-Level Radioactive Waste
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초록
심부 암반의 현지 응력 평가는 고준위방사성폐기물 처분시설의 안정성과 건설 가능성에 핵심적인 요소 이다. 본 연구에서는 고압 팽창계(High-Pressure Dilatometer, HPD)를 이용한 공동 수축 크립(Cavity Contraction Creep, CCC) 시험을 통해 심부 암반의 현지 응력을 평가하였다. 현지 응력 평가는 원주 지 역의 757.3 m 심도 시추공에서 수행되었으며, Cambridge Insitu 사의 73 mm 고압 팽창계를 사용하 여 450 m 심도까지 5개 지점에서 시험을 실시하였다. 공동 수축 크립 시험은 공동 벽면의 압력과 변위 를 측정하여 크립 크기와 크립 속도를 분석함으로써 현지 응력을 산정하는 방법으로, 암반의 변형계수의 측정과 동시에 현지 응력을 평가할 수 있는 장점이 있다. 시험 결과, 심도 101.5 m에서 최대 수평응력 3.29 MPa, 최소 수평응력 2.06 MPa, 심도 449 m에서 최대 수평응력 12.63 MPa, 최소 수평응력 8.83 MPa로 심도 증가에 따른 응력 증가 경향을 확인하였다. 동일 지역에서 수행된 수압파쇄시험 결과 와 비교한 결과, 공동 수축 크립 시험에서 상대적으로 낮은 수평응력 값이 산정되었는데, 이는 암반 파괴 를 유도하지 않는 공동 수축 크립 시험의 특성에 기인하는 것으로 분석되었다. 비록 공동 수축 크립 시험 이 크립 해석의 주관성과 장비 보정의 중요성 등 한계점을 가지고 있으나, 기존 수압파쇄법과 함께 심부 암반 현지응력의 범위를 산정하는 유용한 대안적 방법으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Abstract
In-situ stress evaluation of deep rock masses is a critical factor for the stability and constructability of high-level radioactive waste disposal facilities. In this study, in-situ stress in deep rock masses was evaluated through Cavity Contraction Creep (CCC) tests using a High-Pressure Dilatometer (HPD). The in-situ stress evaluation was conducted in a borehole at 757.3 m depth in the Wonju, using a 73 mm High-Pressure Dilatometer manufactured by Cambridge Insitu. Tests were performed at five locations up to 450 m depth. The CCC test is a method for determining in-situ stress by measuring pressure and displacement at the cavity wall and analyzing creep movement and creep rate. This method has the advantage of simultaneously evaluating in-situ stress while measuring the deformation modulus of rock masses. Test results showed maximum horizontal stress of 3.29 MPa and minimum horizontal stress of 2.06 MPa at 101.5 m depth, and maximum horizontal stress of 12.63 MPa and minimum horizontal stress of 8.83 MPa at 449 m depth, confirming the trend of increasing stress with depth. When compared with hydraulic fracturing test results conducted in the same area, the CCC tests yielded relatively lower horizontal stress values, which was attributed to the characteristic of CCC tests that do not induce rock failure. Although CCC tests have limitations such as subjectivity in creep analysis and the importance of equipment calibration, they can be utilized as a useful alternative method for determining the range of in-situ stress in deep rock masses in conjunction with conventional hydraulic fracturing methods.