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점토질 퇴적암 내 굴착영향영역 투수특성의 시간경과 변화 파악을 위한 수치해석기법에 대한 고찰

Review of Numerical Approaches to Simulate Time Evolution of Excavation-Induced Permeability in Argillaceous Rocks

박의섭|김형목
한국암반공학회 (Korean Society for Rock Mechanics and Rock Engineering)|2020.12|터널과 지하공간 (TUNNEL AND UNDERGROUND SPACE)|제30권 제6호|pp. 519-539

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Self-healingPermeability투과계수자기치유EDZ굴착영향영역점토질 퇴적암자기밀봉Argillaceous Sedimentary rockSelf-sealing
주제분류자원공학

초록

본 고에서는 점토질 퇴적암 부지에 건설되는 처분갱도 주변 굴착영향영역에서의 투수특성을 평가하기위한 수치해석기법을 검토하였다. 팽창성 점토를 함유한 퇴적암에 형성된 굴착영향영역 내 균열은 포화과정에서 점진적으로 간극을 상실하고 주변 모암의 투수계수에 수렴해 가는 자기 치유(self-healing) 혹은 자기 밀봉(self-sealing) 특성을 보이는 것으로 알려져 있다. 본고에 소개된 수치해석기법은 실내 및현장실험을 통해 관측된 균열의 자기 치유 거동을 고려함으로써 처분장 건설 후 장기 운영과정에서 예상되는 굴착영향영역 투수계수의 시공간적 변화를 파악할 수 있는 특징이 있다. 지하연구시설 내 굴착 갱도 주변에서 현장투수시험을 통해 획득한 투수계수 측정치와 수치해석에 의한 결과를 비교 분석함으로서 활용타당성을 검증하였다.

Abstract

We reviewed numerical approaches to assess a hydraulic properties of excavation-disturbed zone (EDZ)created in argillaceous sedimentary rocks. It has been reported that fractures in the sedimentary rocks containing expansive clays are gradually closing due to swelling and their permeabilities are evolving to the level of in-tact rock, which is known as a self-healing or self-sealing process. The numerical approaches introduced here are capable of simulating spatio-temporal variation of EDZ permeability during long-term operation of a repository by including the self-healing characteristics of fractures, which wa observed in laboratory as well as in-situ experiments, The applicability of the numerical approaches was verified from the comparison to in-situ measurements of EDZ permeability at underground research laboratories.

참고문헌 (34)

  1. Alcolea, A, "Radioactive Waste Confinement: Clay in Natural and Engineered Barriers" (2016), Geological Society
  2. Armand, G., "Geometry and properties of the excavation-induced fractures at the Meuse", Haute-Marne URL drifts, 2014, pp.47, 21~41
  3. Aoyagi, K., "Field observation and failure analysis of an Excavation Damaged Zone in the Horonobe Underground Research Laboratory", J MMIJ, 133, pp.25~33 (2017)
  4. Aoyagi, K., "A Method for Estimating the Highest Potential Hydraulic Conductivity in the Excavation Damaged Zone in Mudstone", Rock Mechanics and Rock Engineering, pp.1007~ (2018)[DOI]
  5. Autio, J., "Effect of excavation damaged zone on gas migration in a KBS-3H type repository at Olkiluoto", Physics and Chemistry of the Earth, 31, pp.649~653 (2006)
  6. Bieniawski, ZT, "Mechanism of brittle fracture of rock, parts I, II and III", Int J Rock Mech Min Sci, 4, pp.395~430 (1967)
  7. Birkholzer, J. T., "25 years of DECOVALEX – Scientific advances and lessons learned from an international research collaboration in coupled subsurface processes", Int. J. Rock Mech. Min. Sci, 122, pp.103995~ (2019)
  8. Bossart, P., "Geological and hydraulic characterization of the excavation disturbed zone in the Opalinus Clay of the Mont Terri Rock Laboratory", Eng Geol, 66, pp.19~38 (2002)
  9. Bossart, P., "Structural and hydrogeological characterization of the excavation-disturbed zone in the Opalinus Clay (Mont Terri Project, Switzerland)", Appl Clay Sci, 26, pp.429~448 (2004)
  10. Baechler, S., "Characterisation of the hydraulic properties within the EDZ around drifts at level?490 m of the Meuse", Haute-Marne URL: a methodology for consistent interpretation of hydraulic tests, 2011, pp.36, 1922~1931
  11. 최승범, "고준위방사성폐기물 심층처분 부지조사를 위한 암반공학적 요소: 국내외 현황 및 사례 조사", 터널과 지하공간, 30(2), pp.136~148 (2020), 한국암반공학회
  12. Ishii, E., "Estimation of the highest potential transmissivity of discrete shear fractures using the ductility index", International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 100, pp.10~22 (2017)
  13. Itasca Consulting Group Inc, "FLAC3D Fast Lagrangian analysis of continua in 3 dimensions user’s guide", Itasca Consulting Group Inc, ~ (2009)
  14. Horonobe Underground Research Laboratory project plans for surface-based investigations (Phase 1), "JNC", JNX, ~, pp.JNX TN55102003-002 (2003)
  15. Kwon, S, "The influence of an excavation damaged zone on the thermalmechanical and hydro-mechanical behaviors of an underground excavation", Engineering Geology, 101(3-4), pp.110~123 (2008)
  16. 권새하, "DECOVALEX-2019 Task G 소개: EDZ Evolution – 굴착손상영역 평가를 위한 수리전도도 및 투수량계수 측정의 신뢰도, 적합성 및 중요성", 터널과 지하공간, 30(4), pp.306~319 (2020), 한국암반공학회
  17. Lajtai, EZ, "Brittle fracture in compression", Int J Fract, 10, pp.525~536 (1974)
  18. 이희석, "방사성폐기물 처분장 주변 암반의 손상 특성 고찰을 위한 벤치마크시험 모델 해석", 터널과 지하공간, 17(1), pp.32~42 (2007), 한국암반공학회
  19. Lisjak, A., "Hybrid Finite-Discrete Element Simulation of the EDZ Formation and Mechanical Sealing Process Around a Microtunnel in Opalinus Clay", Rock Mechanics and Rock Engineering, 49(5), pp.1849~1873 (2015)[DOI]
  20. Marschall, P., "Hydro-Mechanical evolution of damaged zones around a microtunnel in a claystone formation of the Swiss Jura mountains", 42nd US Rock Mechanics Symposium (USRMS) (2008)
  21. Marschall, P., "Hydro-mechanical evolution of the EDZ as transport path for radionuclides and gas : insights from the Mont Terri rock laboratory(Switzerland)", Swiss Journal of Geosciences, 110(1), pp.173~194 (2017)[DOI]
  22. Martin, C. D., "Measurement of in-situ stress in weak rocks at Mont Terri Rock Laboratory, Switzerland", International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 40(7-8), pp.1077~1088 (2003)
  23. Production, consumption and transport of gases in deep geological repositories according to the Swiss disposal concept, "Nagra", Nagra, ~, pp.NTB 16-03 (2016)
  24. Excavation Damaged Zones Assessment, "NUMO", NWMO, ~, pp.NWMO DGR-TR-2011-21 (2011)
  25. 박승훈, "고준위방사성폐기물 처분 기술개발을 위해 건설된 해외 지하연구시설에서의 암반손상대 연구 현황", 화약 발파, 35(3), pp.31~54 (2017), 대한화약발파공학회
  26. Perras, MA, "A review of the tensile strength of rock : concepts and testing", Geotech Geol Eng, 32, pp.525~546 (2014)
  27. Phillips, T., "Controls on the intrinsic flow properties of mudrock fractures: A review of their importance in subsurface storage", Earth-Science Reviews, pp.103390~ (2020)[DOI]
  28. Sato, T., "In-situ experiments on an excavation disturbed zone induced by mechanical excavation in neogene sedimentary rock at tono mine, central Japan", Eng Geol, 56, pp.97~108 (2000)
  29. Shao, H., "EDZ development in indurated clay formations?in situ borehole measurements and coupled HM modeling", Phys Chem Earth, 33, pp.5388~5395 (2008)
  30. Tsang, C. F., "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(1), pp.109~125 (2005)
  31. Voltolini, M., "The Sealing Mechanisms of a Fracture in Opalinus Clay as Revealed by in situ Synchrotron X-Ray Micro-Tomography", Frontiers in Earth Science, 8, pp.00207~ (2020)[DOI]
  32. Wileveau, Y., "Complete in situ stress determination in an argillite sedimentary formation", Physics and Chemistry of the Earth, 32(8-14), pp.866~878 (2007)
  33. Yong, S, "A three-dimensional analysis of excavation-induced perturbations in the Opalinus Clay at the Mont Terri Rock Laboratory", Ph.D, pp.2007
  34. Zhang, C. -L, "Experimental evidence for self-sealing of fractures in claystone", Physics and Chemistry of the Earth, Parts A, C, pp.2011, 36(17-18)[DOI]

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