본 연구의 목적은 판의 경계에 대한 그리기와 면담의 결과를 바탕으로 정신모형의 유형별 분석 준거를 도출하고 이를 근거로 고등학생들의 정신모형을 밝히는데 있다. 이를 위하여 고등학교 2학년 학생을 대상으로 충돌형, 섭입형, 발산형 판의 경계에 대한 그리기 과제와 개별 면담을 병행하여 실시하고 그 결과를 정성적으로 분석하였다. 본 연구의 결과, 판의 경계에 대한 고등학생들의 정신모형의 유형은 소박한 모형(naive model), 불안정 모형(unstable model), 인과적 모형(causal model), 개념적 모형(conceptual model)의 4가지로 분류되었다. 이러한 정신모형에 대한 분석 준거는 판과 맨틀을 구분하는지, 판과 하부 맨틀의 이동을 파악하는지, 판의 경계 지형의 특징을 인식하는지, 맨틀의 대류와 지형의 특징을 관련짓고 있는지 등의 요인이다. 판의 경계에 대한 '소박한 모형'과 '불안정 모형'을 지닌 학생들은 맨틀의 대류와 지형의 생성원인을 관련짓지 못한 반면, '인과적 모형'과 개념적 모형'을 지닌 학생들은 판의 경계에서 맨틀 대류와 지형의 생성과의 인과 관계를 인식하고 있었다. 정신모형 유형에 따라 꼭꼭 획득의 방법에 관한 학생들의 믿음을 조사한 결과, 소박한 모형과 불안정 모형을 지닌 학생들은 외부적인 권위에 의존하는 경향을 나타내었다.

최근 원자력의 사용이 증가함에 따라 핵폐기물을 효과적으로 처리하는 문제에 관심이 집중되고 있다. 이러한 핵폐기물을 지층내에 저장할 경우 고온의 열에 의해 핵폐기물 구조체에 지대한 영향을 미치므로 지반의 열력학적 거동을 분석할 필요성이 요구된다. 본 연구는 지반내에 처분된 고온의 사용후 핵연료에 의한 열역학적인 응력이 집중되어 비선형 거동이 예상되는 저장구조체 주변에는 비선형 유한요소를 적용하고 선형거동이 예상되는 무한영역에는 선형경계요소를 사용하여, 일반적인 역학적 계와 동일한 방법으로 비선형 유한요소와 경계요소를 조합한 프로그램을 개발하였다. 사용후 핵연료 폐기구조체와 같이 국부적인 비선형거동이 예상되는 구조물에서는 조합방법이 전 영역을 비선형 유한요소로 모형화하여 해석하는 것보다 효율적임을 알 수 있었다. 또한, 지층내 지반에 영향 미치는 주요 지반계수를 변화시킨 경우, 터널경계의 변위에 이러한 계수들이 어떠한 영향을 미치는가를 개발된 방법을 사용하여 검토하였다. 검토결과, 다른 계수들의 변화보다 열팽창계수의 변화가 터널주위의 변위에 상당한 영향을 미침을 알 수 있었다.