지하처분연구시설에 대한 3차원 터널 안정성 해석 = Three-dimensional Stability Analysis for an Underground Disposal Research Tunnel

국문 초록 (Abstract)

고준위폐기물의 처분개념 실증을 위해 원자력연구소부지내에 지하연구시설을 건설하는 경우, 지표면 지형의 변화, 두터운 풍화대의 존재가 예상된다. 본 연구에서는 부지 특성과 터널의 경사 및 터널의 크기에 따른 영향 분석과 함께 수백 m의 터널을 단계적으로 굴착하는데 따른 영향을 FLAC3D를 이용한 3차원 구조해석을 통해 분석하였다. 해석결과 굴착을 단계적으로 실시하는데 따르는 응력이나 변위분포에는 차이가 없는 것으로 나타났으며 이는 지하연구시설의 부근에서는 응력재분포에 의한 소성영역의 발생은 없기 때문이다. 최대 응력은 5 MPa로 압축응력이 작용할 것으로 예상된다. 최대응력은 터널의 끝부분에서 20 m 전방으로 터널의 벽면에서 발생할 것으로 예상되며 터널 경사각이나 풍화대의 크기, 터널의 크기변화에 따른 터널에서의 응력과 변위분포 변화는 거의 없는 것으로 나타난다. 진입터널과 연구모듈의 교차지점에 대한 모델링 결과 응력비 K가 3인 경우 구조적으로 가장 취약한 지점에서의 안전계수가 3이상으로 나타난다. 본 연구를 통해 원자력연구소내 예상 부지에 소규모 지하연구시설을 구조적으로 안전하게 건설하는 것이 가능함을 보일 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

If an underground research facility for the validation of disposal concept is constructed in KAERI, it is expected to have a thick weathered zone and varying surface topology. In this study, the influence of different geological conditions, tunnel slope, tunnel size, and sequential excavation is investigated by 3D mechanical analysis using FLAC3D. Around the tunnel, it is not expected to develop any plastic zone and the maximum stress might be as high as 5 MPa. The maximum compressive stress will be developed at about 20 m to the dead end of the tunnel. There is no difference on stress and displacement distributions between the cases with and without sequential excavation. It is expected to have stress release in the roof and floor after the excavation of the tunnel. There is no significant influence of weathered zone size, tunnel size, and tunnel slope on the stress and displacement distributions. The modeling for the intersection shows the minimum factor of safety is above 3, when the in situ stress ratio K is 3. From the study, it was possible to demonstrate that the small scale disposal research tunnel in KAERI will be mechanically stable.

목차 (Table of Contents)

• Abstract
• 초록
• 1. 서론
• 2. 지하처분연구시설의 개요
• 3. FLAC3D를 이용한 안정성 해석
• 4. FLAC3D를 이용한 안정성 해석 결과
• 5. 결론
• 사사
• 참고문헌

참고문헌 (Reference)

• 1 "원자력연구소내 지하처분연구시설 건설을 위한 지반조사 및 개념설계" 14 : 175-189, 2004
• 2 "고준위 방사성폐기물 처분 시스템 엔지니어링 연구 지하처분 모의시험시설의 부지특성 규명연구" 1997
• 3 "Global thermo-mechanical effects from a KBS-3 type repository" 1995
• 4 "Effective elastic properties for a randomly jointed rock mass Int. J. of Rock Mechanics and Mining Sci." 22 : 467-470, 1985