차민수 연구실
토목공학과
차민수
차민수 연구실은 토목공학 분야에서 지반공학을 중심으로 다양한 첨단 연구를 수행하고 있습니다. 연구실은 지반 내에서 발생하는 물리적, 화학적, 역학적 변화가 지반의 거동과 안정성에 미치는 영향을 실험적, 이론적, 수치적으로 분석하는 데 주력하고 있습니다. 특히, 미네랄 용해, 입자 간 상호작용, 지반의 체적 변화 등 미시적 현상과 이로 인한 거시적 지반 거동의 연관성을 규명하는 연구를 활발히 진행하고 있습니다.
연구실의 또 다른 핵심 연구 분야는 극저온(크라이오제닉) 기반의 지반 및 암반 파쇄 기술 개발입니다. 액체질소와 같은 극저온 유체를 활용하여 암반이나 토양에 열적 충격을 가해 균열을 유도하는 이 기술은, 기존의 수압파쇄 대비 환경적 부담을 줄이고, 물 사용량을 최소화할 수 있는 혁신적 방법으로 주목받고 있습니다. 연구실은 실험실 규모의 극저온 파쇄 실험 시스템을 자체 개발하여, 다양한 조건에서의 파쇄 메커니즘을 정밀하게 분석하고 있습니다.
이와 함께, 지반 내에서의 화학적 변화와 역학적 거동의 상호작용(chemo-hydro-mechanical coupling), 지반함몰 예방, 지하 토사 손실 모니터링, 지반의 전단강도 및 침하 특성 평가 등 실질적인 토목공학 문제 해결을 위한 응용 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 다양한 국책과제와 산학연 협력을 통해 연구 결과를 실제 현장에 적용하고, 안전하고 지속가능한 토목 인프라 구축에 기여하고 있습니다.
연구실은 또한, 지반의 전단파 속도, 침투 저항, 기초 침하 등 다양한 실험적 기법과 수치해석을 결합하여, 지반의 특성 변화와 구조적 안정성 평가에 대한 새로운 이론과 해석 방법을 제시하고 있습니다. 이러한 연구는 터널, 지하 저장소, 에너지 개발, 도시 인프라 등 다양한 분야에서의 실질적 문제 해결에 중요한 역할을 하고 있습니다.
차민수 연구실은 앞으로도 지반공학의 기초 이론 발전과 첨단 응용기술 개발을 통해, 안전하고 친환경적인 토목공학 실현에 앞장설 것입니다. 지속적인 연구와 혁신을 통해 국내외 학계와 산업계에 기여하고, 미래 사회의 지속가능한 발전을 위한 핵심 기술을 제공하는 연구실로 자리매김하고 있습니다.
Grain Dissolution
Foam Stability
Cryogenic Fracturing
지반공학과 지반 내 물리·화학적 변화의 거동 분석
지반공학은 토양과 암반 등 지반 재료의 물리적, 화학적, 역학적 특성을 연구하는 학문 분야로, 차민수 연구실은 특히 지반 내에서 발생하는 다양한 변화와 그로 인한 거동을 심도 있게 분석합니다. 연구실에서는 미네랄 용해, 입자 간 상호작용, 지반의 체적 변화 등 미시적 현상이 지반 전체의 안정성과 구조적 특성에 미치는 영향을 실험적·수치적으로 규명하고 있습니다. 이를 위해 입자 기반 해석(Discrete Element Method)과 같은 첨단 시뮬레이션 기법을 활용하여, 실제 현장에서 발생할 수 있는 다양한 지반 변화 시나리오를 재현하고, 그 결과를 정량적으로 분석합니다.
특히, 지반 내 미네랄 용해가 지반의 공극률, 강도, 침하 거동 등에 미치는 영향을 집중적으로 연구하고 있습니다. 용해가 진행됨에 따라 입자 간 접촉 구조가 변화하고, 이로 인해 지반의 전단강도, 압축성, 침하 특성 등이 달라집니다. 연구실은 실험실 규모의 기초 침하 실험, 침투 저항 실험, 전단파 속도 측정 등 다양한 실험을 통해 용해 전후의 지반 특성 변화를 체계적으로 분석하고 있습니다. 이러한 연구는 지반함몰, 기초 침하, 지하 구조물의 안정성 평가 등 실질적인 토목공학 문제 해결에 중요한 기초 자료를 제공합니다.
더불어, 지반 내에서 발생하는 화학적 변화와 그로 인한 역학적 거동의 상호작용(chemo-hydro-mechanical coupling)에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 예를 들어, 탄산염 지반에서의 용해 현상, 지하수 흐름과의 연계, 응력 조건 변화에 따른 지반 구조의 변화 등을 다각적으로 분석하여, 지반공학적 문제의 근본적인 원인과 해결책을 제시하고 있습니다. 이러한 연구는 지하 저장소, 터널, 기초공사 등 다양한 토목 인프라의 안전성 향상에 크게 기여할 수 있습니다.
극저온(크라이오제닉) 기반 지반 및 암반 균열 기술 개발
차민수 연구실은 극저온(크라이오제닉) 기술을 활용한 지반 및 암반 균열(파쇄) 공정에 대한 선도적 연구를 수행하고 있습니다. 극저온 유체(예: 액체질소)를 이용해 암반이나 토양에 급격한 온도 구배를 유도함으로써, 내부에 강한 열적 인장 응력을 발생시키고, 이를 통해 새로운 균열을 생성하거나 기존 균열을 확장시키는 기술입니다. 이 기술은 기존의 수압파쇄(hydraulic fracturing) 대비 물 사용량을 획기적으로 줄일 수 있으며, 환경적 영향도 최소화할 수 있다는 장점이 있습니다.
연구실에서는 실험실 규모의 극저온 파쇄 실험 시스템을 자체적으로 개발하여, 다양한 암석 및 토양 시료에 대해 실제 현장 조건을 모사한 실험을 수행하고 있습니다. 실험에서는 3축 응력 조건, 온도 분포, 압력 변화, 음향 및 파괴 특성 등을 정밀하게 측정하여, 극저온 파쇄의 메커니즘과 효율성을 과학적으로 규명합니다. 또한, 수치해석(3D 모델링)과 연계하여 균열의 생성, 성장, 분포 특성을 예측하고, 최적의 파쇄 조건을 도출합니다.
이러한 극저온 기반 파쇄 기술은 비전통적 에너지 자원(셰일가스, 타이트 샌드스톤 등) 개발, 지하 저장소(이산화탄소 저장, 폐기물 저장 등) 건설, 지반 개량, 터널 굴착 등 다양한 토목 및 에너지 분야에 적용될 수 있습니다. 연구실은 국내외 산학연 협력 및 대형 국책과제를 통해 기술의 현장 적용 가능성을 높이고, 지속적으로 관련 기술을 고도화하고 있습니다.
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Experimental study of cryogenic treatment of Karaganda coal samples
차민수, Lei Wang, Nurzhan Yessenbayev, Xinchuang Yan, Iliyas Sarmalayev, Dichuan Zhang, Randy D. Hazlett
Petroleum Research, 2024
2
3D modeling of cryogenic cracking by liquid nitrogen in coal under true triaxial stresses
Mian Umer Shafiq, Bowen Yao, Yu-Shu Wu, Lei Wang, Songcai Han, Xinchuang Yan, 차민수
INTERNATIONAL JOURNAL OF THERMAL SCIENCES, 2024
3
Modeling of cryogenic cracking behavior of tight sandstone under confinement
차민수, Lei Wang, Xinchuang Yan, Bo Gou, Songcai Han, Jingchun Zhang
Geomechanics for Energy and the Environment, 2024
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지반함몰 예방을 위한 지하 토사 손실 모니터링 기법 개발
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(지능형서비스)[3-3] 스마트 건설 SOC 디지털 안전관리 기술개발
3
3단계 산학연협력 선도대학(LINC 3.0) 육성사업_수요맞춤성장형
