In-DEBS 운영 초기 열-수리-역학적 복합거동 수치해석

• 영문명: Numerical Analysis of Coupled Thermo-Hydro-Mechanical (THM) Behavior of In-situ Demonstration of Engineered Barrier System (In-DEBS) in Early Stage of Operation
• 발행기관: 한국방사성폐기물학회
• 저자명: 이창수 이재원 이재완 조원진 김건영
• 간행물 정보: 『Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology (JNFCWT)』Vol.17 spcecial, 97~110쪽, 전체 14쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2019.03.30

국문 초록

고준위방사성폐기물 처분시스템에서는 방사성 핵종의 붕괴열과 암반으로부터의 지하수 유입으로 열응력 및 팽윤압의 발생으로 열-수리-역학적 복합거동(coupled thermo-hydro-mechanical behavior)이 예상되기 때문에 한국원자력연구원은 처분시스템 및 근계암반에서의 열-수리-역학적인 복합거동 특성을 평가하기 위해서 지하처분연구시설(KAERI Underground Research Tunnel, KURT)에서 2016년부터 현장시험(In-situ Demonstration of Engineered Barrier System, In-DEBS)을 수행 중에 있다. 본 연구에서는 In-DEBS 현장시험 데이터 분석하고 벤토나이트 완충재와 화강암반에서의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하기 위해 TOUGH2-MP/FLAC3D을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 또한 벤토나이트 블록과 KURT 화강암의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하기 위해 사용된 각각의 열, 수리, 그리고 역학적 모델의 적합성을 평가하고자 현장시험에서 계측된 온도, 상대습도, 그리고 변위의 결과와 수치해석으로 계산된 결과를 비교하였다. 온도와 상대습도의 계산 결과를 현장 데이터와 비교·분석한 결과, 전체적으로 유사한 경향을 보일 뿐만 아니라 시간에 따라 변화하는 정량적인 값 역시 유사하게 나타났다. 역학적 해석 결과를 살펴보면, 계산된 변위의 전반적인 경향은 유사하지만 해석 결과가 계측 값에 비해 상대적으로 작게 나타났다. 축대칭 모델을 이용하여 In-DEBS 현장시험에서 관측된 열-수리-역학적 복합거동특성을 전반적으로 평가할 수 있었지만, 벤토나이트 블록 및 KURT 암반에서의 열-수리-역학적 복합거동을 면밀히 살펴보기위해서는 추후 터널의 형상과 주변 KURT 터널의 영향을 반영한 3차원 해석이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서 사용된입력 물성과 열-수리-역학적 모델은 추후 In-DEBS 장기 거동 및 처분시스템에서의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 평가하고 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

영문 초록

Coupled thermo-hydraulic (TH) behavior is expected owing to a decay heat from high-level radioactive waste and water intake from rockmass in high-level radioactive waste disposal system. And coupled thermo-hydro-mechanical (THM) behavior is expected in high-level radioactive waste disposal system owing to thermal stress and swelling pressure generated by changes in temperature and saturation. Since 2016, an in-situ demonstration of an engineered barrier system (In-DEBS) at the KAERI Underground Research Tunnel (KURT) has been performed to investigate the coupled THM behavior in the high-level radioactive waste disposal system and nearby rockmass. In this study, a numerical simulation using TOUGH-MP/FLAC3D and an axisymmetric model was carried out to analyze the in-situ experimental data and estimate the coupled THM behavior. In addition, input parameters and THM models used in this study are evaluated and the practical applicability of TOUGH2-MP/FLAC3D to THM simulations is examined by comparison of in-situ data with calculation results. Temperature and relative humidity evolutions are well captured in the numerical simulation. In addition, even though the calculated displacement is relatively small, its evolution trend shows agreement with the in-situ data. The axisymmetric model was useful for analyzing coupled THM behavior in the In-DEBS experiment however, a 3D analysis including a consideration of the effect of KURT geometry is necessary to thoroughly investigate coupled THM behavior in the rockmass. The input parameters and the THM models in this study can be applied to predict the long-term behavior in the In-DEBS experiment and to carry out a performance assessment of the coupled THM behavior in a high-level radioactive waste disposal system.

키워드

지하처분연구시설 현장시험 열-수리-역학적 복합거동 수치해석 TOUGH2-MP/FLAC3D KAERI Underground Research Tunnel (KURT) In-situ Demonstration of Engineered Barrier System (In-DEBS) Coupled Thermo-Hydro-Mechanical (THM) behavior Numerical modeling TOUGH2-MP/FLAC3D