$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

터널 굴착으로 인한 터널인접 절리암반 투수계수 감소를 고려한 터널 내 지하수 유입량 산정방법

Groundwater inflow rate estimation considering excavation-induced permeability reduction in the vicinity of a tunnel

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.15 no.3, 2013년, pp.333 - 344  

문준식 (경북대학교 공과대학 토목공학과)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

본 연구에서는 절리 암반 내 터널굴착 시 지하수 유출량 예측량이 실제 계측치와 큰 차이가 나는 이유 중 하나인 터널주변 절리암반의 투수계수의 감소 현상에 대해 논의하였다. 현재 터널 설계 시 일반적으로 사용되고 있는 지하수 유출량 산정식은 터널주변 암반이 등방, 균질하고 일정한 투수계수를 유지한다고 가정한다. 하지만, 실제로는 터널주변 절리암반의 투수계수는 터널주변 유효응력 상태에 따라 변화하며, 절리 내 지하수 흐름에 따라 다시 터널주변 유효응력 분포가 영향을 받는 수리-역학적 상호거동을 보인다. 터널굴착 직후 터널 접선방향 유효응력이 응력집중과 간극수압 감소로 인해 급증하고 그에 따라 절리의 닫힘현상이 발생하며, 결과적으로 터널인접 절리암반 링 구간에서 투수계수가 급격히 감소하게 된다. 이러한 터널인접 링 구간 내에서 상당히 큰 간극수압 감소가 발생하게 되어 터널주변 간극수압 분포는 등방 균질의 절리암반으로 가정한 산정식과 큰 차이를 보인다. 본 연구에서는 절리암반의 수리-역학적 상호거동의 개념을 도입하여 터널주변 간극수압 분포와 터널 내 지하수 유입량 산정방법을 제안하고 이를 수치해석을 통해 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper discussed about the effect of permeability reduction of the jointed rock mass in the vicinity of a tunnel which is one of the reasons making large difference between the estimated ground-water inflow rate and the measured value. Current practice assumes that the jointed rock mass around a...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 특히 이러한 수리-역학적 상호거동을 고려한 해석은 최근 이슈화되고 있는 하·해저 터널 설계 시 터널시공 안전에 매우 중요한 요소가 되지만, 현재 실무에서 적용되고 있는 각종 터널해석 프로그램 기능의 제한성 및 해석 모델링의 기술적인 어려움 등으로 인해 터널굴착과 지하수의 상호작용이 고려된 해석을 설계에 적절하게 반영한 예는 거의 없는 실정이다. 본 연구에서는 현재 일반적 으로 적용되고 있는 암반터널 내 지하수 유입량의 예측방법이 고려하지 못하는 주요한 요인 중 터널 굴착으로 인한 터널 주변 절리암반의 투수계수 감소 현상과 그에 따른 간극수압 분포의 변화에 대해 설명하고자 한다.
  • 터널인접 절리암반 내 유효응력의 증가는 절리의 간극을 감소시키고, 투수계수의 감소로 이어진다. 이로 인해 터널 내 지하수 유입량이 감소하는 현상이 발생하는데, 본 연구에서는 이러한 현상을 고려한 터널 내 지하수 유입량과 인접지반 내 간극수압 산정방법을 제안하였다.
  • 절리암반의 간극은 주로 절리의 수직응력에 좌우되지만 절리의 전단응력에도 영향을 받는다. 하지만, 전단 응력을 받는 절리의 투수계수는 탄성론에 근거하는 응력조건에 따른 영향뿐만 아니라 절리에 구속압으로 작용하는 수직응력 크기에 대한 절리면의 상대적인 강도, 절리면의 거칠기, 지질학적 특성 등 여러 추가적인 요인에 크게 영향을 받을 수 있으므로 본 연구에서는 고려하지 않았다.

가설 설정

  • (1965), Fernandez and Alvarez (1994)가 제안한 Image Tunnel 방법을 통해 산술식으로 유도될 수 있다. Image Tunnel 방법은 Fig. 1과 같이 지하수위로부터 실제 터널과 같은 거리에 recharge 터널이 존재한다고 가정함으로서, 복잡한 반무한 경계조건의 문제를 상대적으로 산술식 유도가 간단한 무한 경계조건으로 변환할 수 있다. Image Tunnel 방법을 이용하여 터널 단위길이 당 지하수 유입율은 식 (1)과 같이 유도될 수 있다.
  • q L은 q O와 마찬가지로 터널깊이에서 절리 암반의 등가투수계수 k m 을 적용하고, 터널 인접 링구간에서 감소된 투수계수 k L 을 적용하여 식 (12)를이용하여 산정되었다. k L은 수치해석 결과를 분석하여 산정하였고 링 구간은 터널반경 두께로 가정하였다.수치해석을 통한 q N 과 제안된 산술식을 이용한 q L 의값이 상당히 유사하게 얻어졌고, 두 산정값의 차이는링 구간을 제외한 구간에서는 균질 등방 절리암반으로 가정하여 깊이에 따른 투수계수 감소현상을 고려 치않은 이유인 것으로 사료된다.
  • 여러 종류의 암반에 대한 실내시험을 통해 구해진 값을 참조하여 초기 절리간극은 100~300 μm, 초기 강성도는 1.6× 10-3 ~1.6×10-2 MPa/μm으로 가정하였다(Alvarez, 1997; Bandis et al., 1983).
  • 절리의 간격은 3 m로서 터널직경과 동일 하게 하였고 터널은 직교하는 두 절리의 교차점에 위치하는 것으로 모델링하였다. 지하수는 절리를 따라서만흐른다고 가정하였으며, 절리 내 지하수 흐름 량은 유효응력에 따라 결정되는 절리간극 a h 의 3승에 비례하는 입방법칙에 의해 결정되었다. 여러 종류의 암반에 대한 실내시험을 통해 구해진 값을 참조하여 초기 절리간극은 100~300 μm, 초기 강성도는 1.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
터널 시공 중 지하수 유입문제는 어떠한 문제를 야기할 수 있는가?  터널 시공 중 지하수 유입문제는 지반유실, 낙석, 과다굴착, 지반침하 등 안전사고와 공사비 증가의 주요한 원인이 된다. 또한, 터널 계획단계에서 지하수 유입량의 적절한 예측은 터널노선, 지하수유입 대책 공법, 라이닝 설계, 시공계획 및 공사비 산정에 있어 매우 중요하다.
Fernandez and Alvarez (1994)가 제안한 Image Tunnel 방법은 무엇을 가정하는가? Image Tunnel 방법은 Fig. 1과 같이 지하수위로부터 실제 터널과 같은 거리에 recharge 터널이 존재한다고 가정함으로서, 복잡한 반무한 경계조건의 문제를 상대적으로 산술식 유도가 간단한 무한 경계조건으로 변환할 수 있다. Image Tunnel 방법을 이용하여 터널 단위길이 당 지하수 유입율은 식 (1)과 같이 유도될수 있다.
균질 등방성의 암반 내 터널주변의 간극수압 분포와 지하수 유입량 산정 방법은 어떻게 유도할 수 있는가? 균질 등방성의 암반 내 터널주변의 간극수압 분포와 지하수 유입량 산정은 Harr (1962), Goodman et al. (1965), Fernandez and Alvarez (1994)가 제안한 Image Tunnel 방법을 통해 산술식으로 유도될 수 있다. Image Tunnel 방법은 Fig.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (16)

  1. Alvarez, T.A, Cording, E.J., Mikhail, R. (1995), "Hydromechnical behavior of rock joints, A re-interpretation of published experiments", Proc. 35th U.S. Symposium on Rock Mechanics, Daemen & Schultz, Eds., pp. 665-671. 

  2. Bandis, S.C., Lumsden, A.C., Barton, N. (1983), "Fundamentals of rock joint deformation", Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr., Vol. 20, No. 6, pp. 249-268. 

  3. Barton, N., Bandis, S. (1982), "Effects of block size on the shear behavior of jointed rock", 23rd U.S. Symp. on Rock Mechanics, Keynote Lecture, Univ. of California, Berkeley. 

  4. Buehler, Ch., Heitz, D., Trick, Th., Frieg, B. (2003), "In situ Self-Sealing of the EDZ as a consequence of loading, impact of the excavation disturbed or damaged zone (EDZ) onthe performance of radioactive waste geological repositories", A European Commission CLUSTER Conference and Workshop, Luxembourg, 3 to 5 November 2003. 

  5. Fernandez, G., Alvarez, T.A. (1994), "Seepageinduced effective stresses and water pressures around pressure tunnels", Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 120, No. 1, pp. 108-128. 

  6. Gale, J.E., Raven, K.G. (1980), "Effect of sample size on stress-permeability relationship for national fractures", Technical Information Report No. 48, LBL-11865, SAC-48, UC-70. 

  7. Goodman, R.E. (1974), "The mechanical properties of joints", Proc. 3rd Congr. ISRM, Denver, Vol. 1A, pp. 127-140. 

  8. Goodman, R.E., Moye, D.G., Van Schalkwyk, A., and Javandel, I. (1965), "Groundwater inflows during tunnel driving", Eng. Geol., Vol. 2, No. 1, pp. 39-56. 

  9. Harr, M.E. (1962), Groundwater and Seepage, Chap. 10, pp. 249-264. 

  10. Heuer, R.E. (1995), "Estimating rock tunnel water inflow", Rapid Excavation and Tunneling Conference, Chap. 3, pp. 41-60. 

  11. Heuer, R.E. (2005), "Estimating rock tunnel water inflow", Rapid Excavation and Tunneling Conference, Chap. 3, pp. 41-60. 

  12. Iwai, K. (1976), Fundamental Studies of Fluid Flow Through a Sigle Fracture, Ph.D. Thesis, Univ. of California, Berkeley, p. 208. 

  13. Pusch, R., Borgesson, L., Ramqvist, G. (2003a), "Hydraulic characterization of EDZ in a blasted tunnel in crystalline rock-Measurements and excavation, impact of the excavation disturbed or damaged zone (EDZ) on the performance of radioactive waste geological repositories", A European Commission CLUSTER Conference and Workshop, Luxembourg. 

  14. Pusch, R., Liedtke, L. (2003b), "EDZ formation in crystalline rock by TBM drilling and related alteration of hydraulic conductivity, impact of the excavation disturbed or damaged zone (EDZ) on the performance of radioactive waste geological repositories", A European Commission CLUSTER Conference and Workshop, Luxembourg. 

  15. Snow, D.T. (1972), "Fundamentals and in-situ determination of hydraulic conductivity", Proc. Symp. On Percolation Through Fissured Rock. 

  16. Zhang, L., Franklin, J.A. (1993) "Prediction of water flow into rock tunnels: an analytical solution assuming an hydraulic conductivity gradient", International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstract, Vo. 30, No. 1, pp. 37-46. 

저자의 다른 논문 :

LOADING...
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트