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문제 정의
- 평형상태의 지반에 지하공동이 형성되면 지반응력상태에 변화가 발생하고, 이 불균형상태를 해소하기 위해 응력의 재배열 및 지반의 변형이 발생하는데 이 변형의 정도는 위의 3가지 영향 인자에 좌우된다. 따라서 본 연구에서는 풍화토, 풍화암, 연암 그리고 경암의 지반 물성치, 구형지하공동의 직경 및 심도 3가지 영향인자가 지표침하에 미치는 영향을 분석하기 위하여 다양한 조건을 고려하여 해석을 수행하였다.
- Kim and Umm (2013)은 지하수유출에 의해 액상화 된 토사가 유출되고 이로 인해 공동으로 확장되는 사례를 보고하였다. 따라서 이러한 지하공동의 유무를 조사하기 위하여 터널굴착 시 전방지반의 탐사를 수행하는 것을 제안하였다.
- 본 연구에서 지반물성치, 구형공동의 크기 및 심도 3가지의 특성인자가 지하공동에 의한 지표침하에 미치는 영향을 분석하고자 수치해석을 수행하였다. 본 연구는 구형지하공동과 지반조건에 따른 지반침하특성 분석을 통해 지하공동의 안정성을 평가하고 지하공동의 보강유무를 결정하기 위한 근간을 제시하고자 한다.
- 본 연구를 통해 지반물성치, 공동의 심도 및 크기에 따라 발생하는 지반침하량의 경향을 파악할 수 있었다. 이를 통해 지하공동을 평가하고 지표침하의 정도를 예측할 수 있는 근간을 제시하였다.
- 0은 지하공동 주변부에서 발생하는 지반의 파괴거동과 지표침하를 효과적으로 분석할 수 있기 때문이다. 본 연구에서 지반물성치, 구형공동의 크기 및 심도 3가지의 특성인자가 지하공동에 의한 지표침하에 미치는 영향을 분석하고자 수치해석을 수행하였다. 본 연구는 구형지하공동과 지반조건에 따른 지반침하특성 분석을 통해 지하공동의 안정성을 평가하고 지하공동의 보강유무를 결정하기 위한 근간을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 물성치의 보정과정 시 목표하는 Young’s modulus를 획득하기 위해서 입자와 결합의 modulus 를 보정했고, 일축압축강도를 획득하기 위하여 결합의 강도에 영향을 미치는 tensile strength와 cohesion 을 보정하였다.
- 본 연구에서는 우선 지표침하에 영향을 미치는 지하공동의 특성인자에 대하여 조사하였다. 지하공동에 의한 지표침하의 시작이 되는 공동붕괴의 발달과정은 지반조건, 공동의 형태, 지반의 이상대 등과 관계가 있다(Suchowerska et al.
- 하지만, 아직까지 그 관계를 명확하게 제시한 방법은 없는 실정이다. 본 연구에서는 지하공동에 의한 지표침하 모델 생성에 앞서 지반조건 별 미시물성치를 결정하기 위해 일축압축시험모델을 PFC로 구성했으며, 목표하는 지반의 탄성계수와 일축압축강도를 만족하는 미시물성치를 획득하였다. 미시물성치의 결정을 위한 일축압축시험 모델은 Fig.
- 이에 그치지 않고 3가지 구형지하공동의 특성인자를 모두 고려하여 지표 침하거동을 분석하였다. 이는 전방지질탐사로부터 획득한 자료를 적극적으로 활용하여 지반의 물성치, 지하공동의 심도 및 크기를 종합적으로 분석한 뒤 보강의 필요성 및 지하공동 주변부에서의 구조물 건설 가능성을 확인하기 위한 근간을 마련하기 위함이다. 4가지의 지반물성(풍화토, 풍화암, 역암, 경암), 10가지의 지하공동심도(1 m, 2 m, …, 9 m, 10 m) 그리고 4가지의 지하공동직경(2 m, 3 m, 4 m, 5 m)을 모두 고려하여 시뮬레이션을 수행하고, 발생한 최대 침하량을 획득했다.
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