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일축압축 한계변형률에 의한 암반터널 변위기준 적용성 평가
Evaluation for Applications of Displacement Criterion by the Critical Strain of Uniaxial Compression in Rock Mass Tunnel 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, C. 지반공학, 터널공학, v.29 no.6C, 2009년, pp.321 - 329  

김영수 (경북대학교 공과대학 건설공학부 토목공학전공) ,  김대만 (경북대학교 공과대학 건설공학부)

초록
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국내 암석의 일축응력상태와 삼축응력상태의 한계변형률 특성을 연구하고자 국내에 분포하는 6종류의 암석을 대상으로 실내 일축 및 삼축압축시험을 실시하였다. 일축압축실험에 의한 일축압축강도는 대부분 1~100MPa의 범위이었고, 한계변형률도 0.1~1.0%에 위치하여 전반적으로 Sakurai(1982)가 제시한 상 하부 경계선 내에 분포하였다. 그리고 암석의 파괴/한계변형률의 비(${\varepsilon}_f/{\varepsilon}_0$)는 일축강도에 따라 1.0~1.8의 범위로 모두 1.0 이상 나타났다. 삼축압축실험에 의한 한계변형률은 모든 암석에서 0.8%이하로 일축압축실험에서의 최대 한계변형률 1.0% 보다 작은 값을 보였으며, 일축 및 삼축압축실험로부터 산정된 값은 거의 대부분의 암석시료에서 1.0~8.0정도의 범위였다. 본 연구를 통하여 삼축응력상태인 암반의 파괴변형률(${\varepsilon}_{f3}$)은 일축응력상태의 파괴변형률(${\varepsilon}_{f1}$)에 비하여 1.0~8.0배 정도 크고, ${\varepsilon}_{f1}$은 일축응력상태의 한계변형률(${\varepsilon}_{01}$)보다 1.0~1.8배정도 크게 나타나 암반터널 변위계측에 의한 안정성 기준치를 일축강도에 따른 한계변형률(${\varepsilon}_{01}$)로 규정하는 것은 안정측 관리기준이 되는 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Laboratory compressive test was conducted on 6 different types of rock in order to investigate the characteristic of critical strain under uniaxial and triaxial stress condition. The results of uniaxial compressive test mostly ranged within 1~100MPa, the critical strain was also located between 0.1~...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 국내의 대표적 암석들을 채취하여 일축압축실험을 실시하였고, 그 결과를 한계변형률 도표에 나타냄으로서 국내 암석에 대한 한계변형률 도표의 범위를 제시하고, Sakurai 한계변형률 도표와 비교 고찰하였다. 또한 암석의 일축압축상태 실험결과를 암반의 최소주응력에의한 구속압력과 굴착 후 즉시 타설되는 숏크리트와 같은 지보재의 반력으로 인해 구속압력 등을 받게 되는 암반에 적용하기 위해서는 삼축응력조건에서의 구속압에 따른 한계변형률의 변화를 살펴보아야 한다.
  • 본 논문에서는 국내 암석의 일축응력상태와 삼축응력상태의 한계변형률 특성을 연구하고자 국내의 다양한 암석을 대상으로 실내 일축 및 삼축압축시험을 실시하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
  • 0배 정도 더 큰 값을 보이는 것으로 조사되었다. 이러한 조사결과는 암석의 한계변형률을 터널시공관리 기준치로 활용함에 있어서 안정성을 확보할 수 있는 타당한 근거를 제시하는 것이다. 그림 2의 Sakurai 한계변형률 도표에서 나타난 상·하한 경계치를 활용하여 그림 3과 같이 굴착중인 터널에서 계측된 굴착변위를 암석의 일축강도와 연계하여 상·하한 경계치(level 1, 3)와 중간 경계치(level 2)로 구분하여 터널의 안정성을 평가할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
터널과 같은 지하구조물이 설계 및 시공에 있어서 특별한 주위가 요구되는 이유는 무엇인가? 터널과 같은 지하구조물은 일반구조물과는 달리 지중에 시공되므로 설계 및 시공에 있어서 특별한 주위가 요구된다. 터널을 구성하는 원지반 재료의 특성과 지보재의 상호거동이 고려된 터널의 시공안정성을 판단하기 위해서 막장의 지반굴착과 더불어 변위 및 응력과 관련된 계측을 실시하도록 규정하고 있다(대한터널협회, 1999).
터널안정성 판단에 변위계측의 활용성이 크지 않은 이유는 무엇인가? 그리고 응력 계측에 비하여 터널굴착에 따른 주변지반의 변위를 계측하는 것이 좀더 단순하고 계측지점도 손쉽게 확보할 수 있으므로 터널안정성 판단에 변위계측을 활용하는 것이 훨씬 경제적으로유리하다. 그러나 변위계측은 선행변위에 대한 불확실성과국내터널현장에서 변위계측관리 기준치를 설정함에 있어서일관된 지침이 될 수 있는 뚜렷한 기준이 부재한 실정이기때문에 응력계측에 비하여 터널의 안정성을 판단하는 중요인자로써 그 활용성이 크지 않은 편이다(천병식 등, 1996). 이러한 문제점을 개선하여 변위계측관리를 터널현장의 안정성 기준치로 활용하기 위하여 도입된 개념이 바로 한계변형률(critical strain) 개념이다.
터널을 구성하는 원지반 재료의 특성과 지보재의 상호거동이 고려된 터널의 시공안정성을 판단하기 위해서 규정하고 있는 것은 무엇인가? 터널과 같은 지하구조물은 일반구조물과는 달리 지중에 시공되므로 설계 및 시공에 있어서 특별한 주위가 요구된다. 터널을 구성하는 원지반 재료의 특성과 지보재의 상호거동이 고려된 터널의 시공안정성을 판단하기 위해서 막장의 지반굴착과 더불어 변위 및 응력과 관련된 계측을 실시하도록 규정하고 있다(대한터널협회, 1999). 그리고 응력 계측에 비하여 터널굴착에 따른 주변지반의 변위를 계측하는 것이 좀더 단순하고 계측지점도 손쉽게 확보할 수 있으므로 터널안정성 판단에 변위계측을 활용하는 것이 훨씬 경제적으로유리하다.
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참고문헌 (9)

  1. 대한터널협회(2007) 건설교통부제정 터널표준시방서. 구미서관, 서울, pp. 72-84. 

  2. 박시현, 신용석(2007) 한계변형률 개념을 활용한 터널 안정성 평가에 관한 연구. 한국지반공학회 논문집, 한국지반공학회, 제23권, 제5호, pp. 29-41. 

  3. 천대성, 박의섭, 박철환, 박찬(2008) 국내 암석의 역학적 특성 분석과 DB구축을 위한 기본연구. 터널과 지하공간, 한국암반공학회, 제18권, 제5호, pp. 317-327. 

  4. 천병식, 남순성(1996) 서울지하철 터널의 계측관리 기준치에 관한 연구. 대한토목학회 논문집, 대한토목학회, 제16권, 제III-1호, pp. 47-59. 

  5. 井春 (1986) NATMにける現場計測と管理基準値. 土と基礎, 第34券, 第2號, pp. 5-10. 

  6. Duncan, J. M. and Chang, C. Y. (1970) Nonlinear analysis of stress and strain in soils. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, SM5, pp. 1629-1954. 

  7. Sakurai, S. (1982) An evaluation technique of displacement measurements in tunnels. Journal of Geotechnical Engineering, JSCE, Vol. 317, pp. 93-100. 

  8. Sakurai, S. (1997) Lessons Learned from Field Measurements in Tunnelling. Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 12, No. 4, pp. 453-460. 

  9. The British Tunnelling Society and The Institution of Civil Engineers (2004) Tunnel lining design guide. Thomas Telford, pp.184. 

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