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문제 정의
- 국내･외 문헌조사를 통하여 터널굴착으로 인한 지표면의 변위 특성에 관한 연구경향을 고찰한 결과, 터널굴착으로 인한 지표변위에 대한 수치해석적, 이론적인 연구 사례는 다수 있었으나, 토피고를 변화시켜가며 수행한 모형시험을 통하여 터널굴착 영향에 대한 지표면의 변위를 정량화한 연구사례는 거의 드문 편이다(Lee and Ryu, 2010). 본 연구에서는 점성토지반에서 터널굴착장비를 이용하여 터널을 굴착할때 토피고 변화에 따른 지표변위 등을 고찰하고, 터널 굴착 시 터널주변에 발생하는 지표변위를 측정하여 3차원적으로 발생하는 영향분포를 정량적으로 분석하고자 한다.
- 모형시험의 규모를 실제 현장조건과 유사한 크기로 시험할수록 치수효과에 의한 영향이 적어지며, 시험 결과를 바로 이용할 수 있으나 이를 위해서는 많은 인력과 자원이 필요하기 때문에 시험실에서 시험이 가능한 규모의 크기로 시험을 진행한 후 치수효과를 고려하여 실제와 유사한 결론을 도출하고자 하였다.
- 모형시험의 규모를 실제 현장조건과 동일한 크기로 실험 할수록 치수효과에 의한 영향이 적고 실험 결과를 바로 이용할 수 있으나 실험실에서 실험이 가능한 규모의 크기로 실험을 진행한 후 치수효과를 고려하여 실제와 유사한 결론을 도출하고자 하였다. 터널굴착은 직경 20 cm(터널직경 D)로 선정하여 모형토조의 측벽으로 3.
- 다만, 시험한 모델에 대한 결과의 상호비교를 통하여 상호간의 정성적 비교를 통한 지반의 거동예측은 가능하다고 판단된다. 따라서 제시하는 시험 결과는 상호비교, 또는 정성적인 경향만을 나타내는 한계를 가지고 있음을 밝혀두고자 한다.
- 본 연구는 연약지반 하부를 통과하는 터널의 실제현장을 실내 모형시험에 모사하기 위해 터널굴착 모형시험기를 새로이 고안하였으며, 터널 토피고에 따른 굴착 시 지반의 거동을 분석하였다. 그 결과를정리하면 아래와 같다.
가설 설정
- 또한, 유효응력 변화에 의해 주변지반이 압밀되거나 터널내로 밀려들어와서 지반이 손실되면, 그 영향이 지표면까지 전달되어 지표가 침하된다. 얕은 터널상부지반의 지표침하는 지반이 등체적변형한다고 가정하고 Lame 의 탄성해를 적용하여 구하거나, 지표침하가 Gauss 분포나 포물선형이라고 가정하여 구한다.
- 터널상부 지표위에 있는 임의 지점(x, H) 의 연직 지표침하 uv 는 무게가 없는 탄성체에 있는 터널이 평면변형률상태(원통) 이고 등방압 σv0 이 작용한다고 가정하고 Lame의 해를 적용하여 구할 수 있다.
- 얕은터널 상부지반의 지표침하는 지반이 균질한 탄성체이고 등체적 변형한다고 가정하고, Lame 의 탄성해를 적용하여 계산하거나 Gauss 분포로 가정하여 계산한다.
- 터널상부 지표면의 침하 즉, 연직변위uv 는 횡방향으로는 터널 중심축상에서 가장 크고 좌우 대칭으로 일정한 폭ai 로 발생하고, 종방향으로는 막장을 중심으로 전후방 같은 범위2.5 ai 내에서 발생한다고 가정 한다. 지표의 연직변위uv 는 다음과 같고, 이로 부터 수평변위 uh 를 구할 수 있다.
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