황해와 동지나해의 해수순환에 관한 수치모의 실험을 실시하였다. 해저지형을 포함한 1층 모형 바다위에 여덟방위의 바람을 차례로 불려 나타나는 해상순환을 비교하였다. 바람의 영향만을 보기 위하여 해류가 존재하지 않는 폐쇄된 바다 위에 바람을 불린 결과 황해의 순환은 풍향에 따라 크게 달라짐을 볼 수 있었다. 대체로 남서풍 성분이 탁월해지면 시계방향의 순환이 우세해지고 북동풍 성분의 풍향하에서는 반시계 방향의 순환이 우세해짐을 볼 수 있다. 그러나 동지나해의 대륙사면을 따라 쿠로시오 해류를 포함시키면 남쪽 동지나해 부근에서는 풍향에 관계없이 시계방향의 순환이 우세해지고 북쪽 황해내부에서는 풍향에 의한 영향이 감소함을 볼 수 있다.

Disposal cover as an engineered barrier of a near-surface disposal facility for low and very low-level radioactive waste is composed of a multi-layer to isolate radioactive waste from environmental influences for the long term. To acquire a realistic forecast for the post-closure period of the disposal facility, it is essential to carry out long-term experimental research in a similar condition to the actual disposal environment. Hence, a performance test facility of the disposal cover was constructed in Gyeongju low and intermediate level radioactive waste disposal center in 2022. The constructed performance test facility has differences from the material properties presented in the design. These differences are factors that affect the prevent rainfall infiltration, which is one of the important roles of the disposal cover. Therefore, in this study, a numerical simulation of rainfall infiltration into the performance test facility was performed for the designed case and the actual constructed case. To simulate the behavior of water infiltration, the FEFLOW software based on the finite element method is used. Through the analysis of numerical simulation results, it is confirmed that the hydraulic conductivity of the material constituting the multi-layer of the disposal cover greatly influences the amount of water infiltration.

Gases such as hydrogen can generate from the disposal canister in high-level radioactive waste disposal systems owing to the corrosion of cooper container in anoxic conditions. The gas can be accumulated in the voids of bentonite buffer around the disposal canister if gas generation rates become larger than the gas diffusion rate of bentonite buffer with the low-permeability. Continuous gas accumulations result in the increase in gas pressure, causing sudden dilation flow of gases with the gas pressure exceeding the gas breakthrough pressure. Given that the gas dilation flow can cause radionuclide leakage out of the engineered barrier system, it is necessary to consider possible damages affected by the radionuclide leakage and to properly understand the complicated behaviors of gas flow in the bentonite buffer with low permeability. In this study, the coupled hydro-mechanical model combined with the damage model that considers two-phase fluid flow and changes in hydraulic properties affected by mechanical deformations is applied to numerical simulations of 1-D gas injection test on saturated bentonite samples (refer to DECOVALEX-2019 Task A Stage 1A). To simulate the mechanical behavior of microcracks which occur due to the dilation flow caused by increase in gas pressure, a concept of elastic damage constitutive law is considered in the coupled hydro-mechanical model. When the TOUGH-FLAC coupling-based model proposed in this study is applied, changes in hydraulic properties affected by mechanical deformations combined with the mechanical damage are appropriately considered, and changes in gas injection pressure, pore pressures at radial filters and outlet, and stress recorded during the gas injection test are accurately simulated.

Discontinuum-based numerical methods can contain the multiple discontinuities in a model and reflect the thermal, hydraulic and mechanical characteristics of discontinuities. Therefore, discontinuum methods can be appropriate to simulate the model which require the detailed analysis of the coupled thermo-hydro-mechanical processes in fractured rock such as geothermal energy, CO2 geo-sequestration, and geological repository of the high-level radioactive waste. TOUGH-3DEC, the three-dimensional discontinuum simulators for the coupled thermo-hydro-mechanical analysis, was developed by linking the integral finite difference method TOUGH2 and the explicit distinct element method 3DEC to describe the coupled thermo-hydro-mechanical processes in both porous media and discontinuity. TOUGH2 handles thermo-hydraulic analysis by the internal simulation module, and 3DEC performs mechanical study based on the constitutive models of porous media and discontinuity with coupling the thermal and hydraulic response from TOUGH2. The thermal and hydraulic couplings are the key processes and should be carefully verified by sufficient cases, so this study performed the thermomechanical and hydro-mechanical simulations which are modelling the analytic solutions including the uniaxial consolidation, fracture static opening, and the heating of a hollow cylinder problems. Each thermo-mechanical and hydro-mechanical verification case is also validated by comparing with the results of the other continuum and discontinuum-based numerical methods. TOUGH-3DEC results follow the analytic solutions and show better accuracy than the continuum-based numerical methods in the static fracture opening problem. The developed TOUGH-3DEC simulator can be expanded to coupled thermo-hydro-mechanical-chemical analysis in fractured rock mass, and the simulator needs to be verified by more complicated coupled processes problems which require in the chemical coupling.

Through constructing statistical fracture network model based on discrete element method, the evolution characteristics of the fracture aperture had been directly simulated and evaluated caused by redistributed stress after the borehole excavation. This study focuses on the size effect of the discrete element method for the analysis of the effective distance of fracture aperture change after the borehole excavation. A two-dimensional trace-type domain with a maximum size of 1.1 m2 was created using a discrete fracture network with stochastic information of KURT. A total of eight domains with different sizes were constructed from the largest domain area to the 0.4 m2 analysis area. The aperture change ratio which can be depending on the domain size was examined. The ratio was investigated by comparing the aperture size before and after the simulation of borehole excavation. In addition, the effective range of aperture changes was analyzed by comparing the re-distribution distance from the center of the borehole. Based on dimensional analysis, input variables (borehole radius, occurrence distance of aperture changes, domain size) were modeled using exponential distribution form. Through the analysis model, two dimensionless variables were derived to investigate the expected distance of the aperture changes and appropriate DFN domain size for simulating bole excavation. As an application example of the 3-inch borehole simulation, the analysis model predicted that the range of aperture changes could occur within a radius of about 0.98 m from the borehole center, and the suitable size of the model had been inferred as about 5 × 5 m for minimizing the domain size effect.

실시간 그래픽스 응용에서 연체의 움직임을 효율적으로 생성하기 위해 다양한 방법이 제안되었다. 연 체 구성 요소들의 위상을 유지하기 위해서는 서로를 묶는 힘이 존재할 수밖에 없으며, 이는 강직도 (stiffness)로서 수치적분의 시간간격의 크기를 제한하고 효율성을 떨어트린다. 이를 해결하기 위해 시간간 격을 늘릴 수 있는 암시적 적분이 제안되었지만, 대규모 행렬이 포함된 선형시스템을 풀어야 해서 계산복 잡도가 크게 높아진다. 이 문제를 개선한 근사 기법들은 댐핑 효과의 증가와 정확성의 손실을 초래할 수 밖에 없다. 본 논문에서는 선형시스템을 풀지 않고도 안정성은 크게 높이기 위해 조화진동에 근거하여 스 프링 힘을 적분하고, 이를 근사 암시적 기법과 결합하여 안정성을 극대화 하는 방법을 제안한다. 이 기법 은 GPU를 통한 병렬화가 용이하여 거대한 규모를 가진 연체 객체의 움직임을 실시간에 생성할 수 있다.

본 연구에서는 중층 밀도류를 모의할 수 있는 k-ε 난류모형의 지배방정식을 제시하고 수치모의를 수행하였다. 깊은 수체에 모형을 적용하여 중층 밀도류를 모의하고 게산된 유속과 초과밀도 분포를 분석하였다. 밀도류의 주 흐름방향을 따라 물 연행으로 인해 유속이 감소되는 것과 Richardson 수의 증가로 인해 유속 변화율이 감소되는 것을 관찰하였다. 유속과 초과밀도의 유사성을 확인하였으나, 난류운동에너지와 소산율의 유사성에서는 보이지 않았다. k-ε 모형의 모의 결과를 이용하여 중층 밀도류의 층적분 모형에서 사용될 수 있는 형상계수를 계산하였다. 또한, 층적분 모형을 이용하여 k-ε 모형에서 사용되는 부력관련 모형상수 (c₃ɛ)와 부피팽창계수 (β0)를 계산하였다.

본 연구에서는 저수지에 유입된 부유사 밀도류에 의해 유사가 포집되는 현상을 모의하기 위한 수치모형을 제시하였다. 개발된 모형을 Toniolo and Schultz (2005)의 실내 실험에 적용하여, 부유사 밀도류의 전파, 하도형태의 변화, 그리고 댐에 의한 유사의 포집현상을 모의하였다. 삼각주 의 전면층에서 침강된 밀도류가 빠르게 댐까지 전파된 후, 댐에 의해 차단되고 두께가 증가되어 상류로 영향을 전파하는 일련의 과정을 모의하였 다. 또한, 소류사와 부유사에 의해 저수지 삼각주에서 전면층이 전진하고, 부유사에 의해 기저층의 두께가 상승하는 현상을 잘 모의하였다. 댐 취수 구의 높이에 따른 밀도류의 최대 두께와 내부 도수 발생 위치를 확인하였다. 유사 포집 효율은 수치모형으로 실측 결과의 값을 적절히 모의하였으 나, 실험의 한계로 인해 댐 취수구의 높이와 포집 효율과의 관계는 찾아볼 수 없었다. 수치모의 결과를 이용하여 유사 포집 효율의 민감도 분석을 수 행한 결과 부유사의 입자 크기가 포집 효율에 가장 민감하게 작용하는 것을 확인할 수 있었다.

For areas with the diverse contamination sources, the change of 4-nitrophenol contamination and impact of potential contamination sources have been evaluated using monitoring data and a numerical model (HydroGeoSphere). The model considered several parameters including land cover, precipitation, and flow rate. And, the model has been performed to investigate the effect of decay rate of 4-nitrophenol. The results of the simulations showed that the influence on 4-nitrophenol in downstream was mainly greater than that in upstream, and the tributaries did not significantly affect the mainstream because of their low flow rates. In addition, the effect of contamination sources was simulated for each section, then the measured data were higher than the corresponding simulated data in most sections of the Geumho river. In particular, the impact of the potential contamination sources in the upstream area was much higher than that in the other area, thus more monitoring data for the upstream area is required.

Based on the theory of the chemical reaction and the Tixier Model, we established a time-varying function of the porosity of concrete. The function, which has taken the filling effect of the ettringite to the capillary porosity into consideration, can obtain the change of the porosity at different stages of the corrosion subjected to external sulfate attack. Numerical simulation is utilized to analyze the distribution of porosity and sulfate ion concentration inside the concrete at different moment of the corrosion.

Waterside structures such as dams or levees are essential for flood protection, and flood induced failures of such structures can cause serious damages. Real-time safety prediction can prevent most of the damages to inland or the consequential economic damages induced by flood hazards. This study introduces a method of real-time safety prediction by evaluating the correlation between numerical simulation, real-time measurement, and geo-centrifuge data.

본 연구에서는 해수-담수-해안대수층의 비선형 상호작용을 직접 해석할 있는 PBM(Porous Body Model) 기반의 3차원 N-S Solver인 LES-WASS-3D ver 2.0을 적용하며, 해안대수층의 해수침투모의를 수행하였다. 이와 같은 N-S Solver를 적용한 해안대수층의 해수침투모의는 국내 최초 수행되는 것일 뿐만 아니라, 국외적으로도 찾아보기 어려운 새로운 수치해석방법이라고 할 수 있다. 먼저 적용하는 수치모델을 검증하기 위하여 해안대수층의 해수-담수 경계면에 관한 수리모형실험결과와 비교·검토 하여 수치모델의 타당성 및 유효성을 확인하였다. 그리고 해수위 및 지하수위 변화를 고려한 해안대수층 내의 해수침투모의를 수행하여 해수위-지하수위 차와 해수위의 비(△h/h)의 증가에 따른 해안대수층 내의 유동장 그리고 해수-담수 경계면 분포 특성에 관하여 논의하였다. 또한 기존의 비확산 수치모델에서 도출할 수 없었던, △h/h에 따른 해안대수층 내의 연직 염분농도로 부터 해수침투 특성을 파악하였으며, 최종적으로 지표화 할 수 있는 △h/h가 해안대수층 내의 해수침투거리에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 이 결과로부터 △h/h가 작을수록 해안대수층 내의 해수침투가 약해지는 메커니즘을 이해할 수 있었다.

본 연구는 식재된 개수로에서 흐름특성을 모의할 수 있는 수심 적분된 2차원 수치모형을 이용하여 원형 식생역 주변의 흐름을 수치모의하였다. 식생영향을 고려하기 위해 식생항력 항을 지배방정식에 추가하였고 다양한 식생체적비율(SVF) 조건에 따른 수치모의를 수행하였다. 흐름이 원형 식생역을 통과하고 하류에 저유속 구간인 후류영역(wake region)을 형성하며 식생체적비율이 0.08 이상이면 재순환 영역이 발생하였다. 재순환 발생위치는 식생체적비율이 감소하면 식생역 에서 더욱 하류로 이동하였다. 후류영역을 지나 원형 식생역 양 측면에서 유발된 전단층들의 상호작용에 의해 von Kármán 와열이 발생하였다. 원형 식생역 하류에서 발생하는 와류는 식생체적비율이 0.08 이상이 되면 나타나기 시작하였고 발생위치는 난류운동에너지가 최대값을 보이는 위치와 일치하였다. 최대 난류운동에너지는 식생체적비율이 감소하면 줄어드는 것으로 나타났고 최대값의 발생위치는 점점 하류로 이동하였다.