전기비저항을 이용한 단일 절리 내 충진물의 공극률 평가 :Evaluation model for porosity of fillings in single rock fracture using electrical resistivity

공태현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 공태현 (부산대학교, 부산대학교 대학원)

지도교수: 오태민

발행연도: 2022

저작권: 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수14

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

전기비저항을 이용한 단일 절리 내 충진물의 공극률 평가

공태현 사회환경시스템공 2022.01 학위논문

2020

고온 조건에서 암반절리 내 공극수의 전기비저항 특성

공태현 , 오태민 , 이종원 외 1명 대한토목학회 학술대회 2020.10 학술대회자료

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고준위 핵폐기물을 관리하는 심층 처분장 자연방벽에서 균열(e.g. 절리)이 발생하면 절리 면의 지하수를 따라 핵종이 유출된다. 절리 면 내부 충진물의 공극률은 지하수 흐름을 결정하는 요인이다. 따라서 핵종 유출을 감시하기 위해서는 충진물의 공극률에 대한 모니터링이 필수적이다. 전기비저항 측정 기술은 대상물에 손상을 주지 않고 공극률을 평가할 수 있으며, 장기간 모니터링에 유용한 기술이다. 심층 처분장은 대심도(500 m ? 1 km)에 건설되어 처분장 주변 환경은 고온(e.g. 60℃)을 유지하며, 절리 내 공간은 공극수(지하수 및 해수)로 인해 포화상태를 유지한다. 또한, 풍화가 진행됨에 따라 절리 면의 기하학적 특성(절리 크기, 충진물 입자 크기, 공극률)이 변화된다. 따라서 전기비저항을 이용하여 충진물의 공극률을 평가하기 위해서는 환경과 절리 면의 기하학적 특성이 전기비저항에 미치는 영향을 고려해야 한다. 본 연구에서는 환경(온도, 공극수 전기비저항) 및 기하학적(절리 크기, 충진물 입자 크기, 공극률) 특성에 따라 전기비저항 실내 실험을 수행하였다. 또한, 충진물의 공극률 평가모델을 검증하기 위해 검증 실험을 수행하였다. 실험결과, 온도 영향 실험에서 온도가 20℃에서 60℃로 3배 증가함에 따라 전기비저항 값은 최대 47% 감소하는 것으로 확인되었다. 절리 크기 영향 실험에서는 절리 크기가 4 mm에서 14 mm로 3.5배 증가함에 따라 전기비저항 값은 최대 61% 감소하였다. 실험 결과를 통해 온도와 절리 크기가 고려된 공극률 평가모델을 제시하였다. 검증 실험에서 공극률 평가모델로 산정된 공극률과 실제 공극률으 오차는 13±9%로 확인되었다. 전기비저항을 이용하여 공극률 평가가 가능한 것으로 분석되었다. 본 연구 결과는 향후 심층 처분장에서 전기비저항을 이용한 공극률을 평가모델을 통해 장기간 모니터링을 위한 기초자료로 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

#전기비저항 #단일 절리 #충전물 #공극률 #영향인자 보정

제 1장 서론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 논문의 구성 5
제 2장 이론적 배경 6
2.1 전기비저항 이론 6
2.2 전기비저항에 영향을 미치는 요인 9
2.2.1 온도 9
2.2.2 공극수 11
2.2.3 절리 크기 13
2.2.4 입자 크기 14
2.2.5 공극률 15
2.3 전기비저항 모델(Archie’s law) 16
3장 실험 준비 18
3.1 전기비저항 측정 셀 및 시편 준비 18
3.1.1 전기비저항 측정 셀 18
3.1.2 시편 준비 20
3.2 실험장치 및 보정 24
3.2.1 실험장치 24
3.2.2 전극 위치 영향 검증 27
3.2.3 주파수 스위핑 29
3.2.4 전기비저항 측정 셀 보정 35
3.3 실험방법 36
3.3.1 충진물의 공극률 산정 38
3.3.2 환경 영향 실험방법 39
3.3.3 기하학적 영향 실험방법 40
4장 실험결과 및 분석 41
4.1 환경 영향에 따른 전기비저항 변화 41
4.1.1 온도 영향 실험결과 및 분석 41
4.1.2 공극수 영향 실험결과 및 분석 42
4.2 기하학적 영향에 따른 전기비저항 변화 44
4.2.1 절리 크기 영향 실험결과 및 분석 44
4.2.2 입자 크기 영향 실험결과 및 분석 48
4.2.3 공극률 영향 실험결과 및 분석 50
4.3 소결 51
5장 영향인자를 고려한 충진물의 공극률 평가모델 제안 및 검증 52
5.1 충진물의 공극률 평가모델 제안 52
5.1.1 온도 영향 보정 모델 52
5.1.2 절리 크기 영향 보정 모델 55
5.1.3 영향인자가 고려된 공극률 평가모델 58
5.2 충진물의 공극률 평가모델 검증 실험 60
5.2.1 검증 실험을 위한 시편 준비 60
5.2.2 검증 실험방법 65
5.2.3 검증 실험 데이터 수집 67
5.3 충진물의 공극률 평가모델 검증 70
5.3.1 온도 영향이 보정된 전기비저항 70
5.3.2 절리 크기 영향이 보정된 전기비저항 72
5.3.3 온도와 절리 크기 영향이 보정된 형상계수(Formation factor) 74
5.3.4 모델을 이용한 공극률 평가 75
5.4 소결 77
6장 결론 및 고찰 78
6.1 결론 78
6.2 고찰 및 추후 연구과제 79
참고문헌 80
Abstract 86

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