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문제 정의
- 3차원적 해석기법으로서 극한이론 중상한 치 이론과 한계평형법(limit equilibrium method)인 쐐기해석(wedge analysis)을, 그리고 2차원적 해석기법으로서 한계평형법인 절편법을 이용하여 지보압을 산정하며, 지하수위 하에서 터널 시공시 지보압 산정에 추가로 고려해야 하는 막장에 작용하는 침투수력은 수치해석 프로그램인 PENTAGON-3D(1998)의 3차원 침투류 해석(seepage analysis)을 통하여 산정하기로 한다. 또한 보강을 하지 않은 터널의 경우에 대해 건조한 지반에서는 Leca와 Dormieux(1990) 가 제안한 상한치 이론의 해와, 정상류 상태의 지하수 흐름 조건에서는 이등(2001)이 산정한 터널 막장에 작용하는 침투 수력과 본 연구의 결과를 비교하여 강관 다단 그라우팅이 터널 막장의 안정에 미치는 효과를 검토하기로 한다. 아울러 지반의 투수계수의 이방성이 터널 막장에 작용하는 침투수력에 미치는 영향을 정량적으로 분석하기로 한다.
- 본 연구에서는 강관 다단 그라우팅으로 보강된 터널의 막장 안정에 필요한 지보압을 산정하는 방법들을 제시하고자 한다. 3차원적 해석기법으로서 극한이론 중상한 치 이론과 한계평형법(limit equilibrium method)인 쐐기해석(wedge analysis)을, 그리고 2차원적 해석기법으로서 한계평형법인 절편법을 이용하여 지보압을 산정하며, 지하수위 하에서 터널 시공시 지보압 산정에 추가로 고려해야 하는 막장에 작용하는 침투수력은 수치해석 프로그램인 PENTAGON-3D(1998)의 3차원 침투류 해석(seepage analysis)을 통하여 산정하기로 한다.
가설 설정
- 또한 이 등(2001)은 두 개의 콘 블록에 의한 붕괴 메카니즘을 고려하여 막장에서의 침투력을 수치해석을 통하여 예측하였으며, 실내시험을 통하여 이의 타당성을 검증하였다. 따라서 본 연구에서는 그림 1 에서 보인 바와 같이 Leca와 Dormieux(1990)가 제시한 두 개의 콘 블록에 의한 붕괴 메카니즘을 수정하여 강관 다단 그라우팅으로 보강된 터널의 막장 지보압을 산정하였으며, 해석의 간편성을 위해 강관과 그라우팅은 터널 굴진방향과 평행하고 그라우팅 상부의 토압은 그라우팅이 지지한다고 가정하였다. 상한치 이론으로부터 터널 막장이 안정하기 위한 조건은 식 (1)과 같다.
- 또한 식 (26)과 같이 절편력의 합력의 방향은 수평이라고 가정하였다.
- 본 고에서는 3차원으로 해석한 쐐기해석(wedge analysis) 및 2차원으로 해석한 두 가지 방법의 절편법으로 강관 다단 그라우팅으로 보강된 터널의 막장 지보압을 산정하였다. 절편법 1 (slice method 1)은 파괴면을 logarithmic spiral로 가정하고, 절편법 2(slice method 2)는 파괴면을 직선으로 가정하였다.
- 연계해석을 위해서 유한요소해석 프로그램인 PENTAGON-3D 를 이용하였으며, 해석에 적용한 지반물성치 및 해석 단면은 각각 표 1 및 그림 12에서와 같다. 해석은 터널의 1회 굴진장을 LOm로 가정하여 20.0m까지의 굴착을 수행하였다. 강관은 약 0.
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