이동 경화 모델을 활용한 압축 벤토나이트 완충재의 동적 거동 평가에 관한 기초연구

초록

심층 처분 시스템은 지하 500m 이상의 대심도에 설치되어 고준위 방사성폐기물을 영구적으로 격리기 위한 시설이다. 이 시스템은 심층 암반으로 구성된 천연방벽과 고준위 폐기물이 저장된 용기를 감싸는 공학적 방벽으로 구성되며, 후자는 완충재로 압축 벤토나이트 적용이 검토되고 있다. 최근 국내에서 지진 발생 빈도가 증가함에 따라, 반영구적인 수명이 요구되는 심층 처분장의 대규모 지진에 대한 안정성 평가의 중요성이 부각되고 있다. 본 연구는 압축 벤토나이트 완충재의 대규모 지진에 대한 동적 거동을 평가하기 위한 기초연구로서, 유한요소법을 기반으로 탄소성 거동 및 지진파 특성을 반영한 동적 수치해석을 수행하였다. 특히, 반복 하중에 따른 완충재의 비선형 거동을 보다 합리적으로 모사하기 위하여 이동 경화 소성 모델을 적용하였으며, 극한 시나리오를 고려하여 최대 진폭이 0.05g에서 0.5g까지의 10종의 보정 지진파를 입력하여 시간이력해석을 수행하였다. 해석 결과, 완충재 내에서 동적 하중에 의한 응력-변형 이력 현상과 더불어 팽윤 특성이 관찰되었으며, 국내에서 발생한 실제 지진파에 대해서는 비교적 안정적인 응력-변형 거동을 유지함을 확인하였다.

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