일반화된 Hoek-Brown 암반에 굴착된 원형터널의 내공변위 특성 분석 Numerical Investigation of the Radial Convergence of Circular Tunnel Excavated in Rock Mass for Generalized Hoek-Brown원문보기
일반화된 Hoek-Brown(GHB) 파괴조건식은 GSI 지수를 통해 현장 암반의 절리상태를 체계적으로 고려하여 암반의 강도를 예측하는 파괴함수로서 암반공학적 설계에 널리 활용되고 있다. 이 연구에서는 절리성 암반에 굴착된 원형터널의 내공변위 특성을 분석하기 위하여 GHB 파괴조건식을 항복함수로 활용한 2차원 탄소성 유한요소해석을 수행하였다. 이 과정에서 소성포텐셜 함수의 가정이 탄소성 변위 해석결과에 미치는 영향도 고찰하였다. 탄소성 해석에서는 넓은 범위의 측압비(K) 변화와 암반의 양호성을 나타내는 GSI 값의 변화가 동시에 고려되었다. 각 측압비에 대해 GSI 값의 변화에 따른 측벽변위/천정변위 비를 계산하여 내공변위 발생특성을 분석하였다. 해석결과 측벽변위/천정변위 비는 측압비의 크기뿐만 아니라 GSI 값의 범위에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 특히 GSI 값이 매우 작은 불량한 암반의 경우 탄소성해석으로 계산한 측벽변위/천정변위 비는 탄성이론으로 계산한 결과와 반대의 경향을 보였다. 또한 소성포텐셜 함수의 형태에 따른 측벽변위/천정변위 비 변화는 대체로 유사한 경향성을 보이는 것으로 나타났다.
일반화된 Hoek-Brown(GHB) 파괴조건식은 GSI 지수를 통해 현장 암반의 절리상태를 체계적으로 고려하여 암반의 강도를 예측하는 파괴함수로서 암반공학적 설계에 널리 활용되고 있다. 이 연구에서는 절리성 암반에 굴착된 원형터널의 내공변위 특성을 분석하기 위하여 GHB 파괴조건식을 항복함수로 활용한 2차원 탄소성 유한요소해석을 수행하였다. 이 과정에서 소성포텐셜 함수의 가정이 탄소성 변위 해석결과에 미치는 영향도 고찰하였다. 탄소성 해석에서는 넓은 범위의 측압비(K) 변화와 암반의 양호성을 나타내는 GSI 값의 변화가 동시에 고려되었다. 각 측압비에 대해 GSI 값의 변화에 따른 측벽변위/천정변위 비를 계산하여 내공변위 발생특성을 분석하였다. 해석결과 측벽변위/천정변위 비는 측압비의 크기뿐만 아니라 GSI 값의 범위에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 특히 GSI 값이 매우 작은 불량한 암반의 경우 탄소성해석으로 계산한 측벽변위/천정변위 비는 탄성이론으로 계산한 결과와 반대의 경향을 보였다. 또한 소성포텐셜 함수의 형태에 따른 측벽변위/천정변위 비 변화는 대체로 유사한 경향성을 보이는 것으로 나타났다.
Since the generalized Hoek-Brown (GHB) function predicts the strength of the jointed rock mass in a systematic manner by use of GSI index, it is widely used in rock engineering practices. In this study, a series of 2D elasto-plastic FE analysis, which adopts the GHB criterion as a yield function, wa...
Since the generalized Hoek-Brown (GHB) function predicts the strength of the jointed rock mass in a systematic manner by use of GSI index, it is widely used in rock engineering practices. In this study, a series of 2D elasto-plastic FE analysis, which adopts the GHB criterion as a yield function, was carried out to investigate the radial convergence characteristics of circular tunnel excavated in the GHB rock mass. The effect of the plastic potential function on the elasto-plastic displacement was also examined. In the analysis, the wide range of both the $K(={\sigma}_h/{\sigma}_v)$ and GSI values are considered. For each K value, the variation of the ratio of sidewall displacement to roof displacement was calculated with varying GSI values and the obtained displacement patterns were analysed. The calculation results show that the displacement ratio significantly depends not only on the K value but also on the range of GSI value. In particular, for lower range of GSI value, the displacement ratio pattern calculated in the elasto-plastic regime is opposite to that predicted by the elasticity theory. In addition, the variation of the radial displacement ratio with GSI value for different types of plastic potential function showed similar trend.
Since the generalized Hoek-Brown (GHB) function predicts the strength of the jointed rock mass in a systematic manner by use of GSI index, it is widely used in rock engineering practices. In this study, a series of 2D elasto-plastic FE analysis, which adopts the GHB criterion as a yield function, was carried out to investigate the radial convergence characteristics of circular tunnel excavated in the GHB rock mass. The effect of the plastic potential function on the elasto-plastic displacement was also examined. In the analysis, the wide range of both the $K(={\sigma}_h/{\sigma}_v)$ and GSI values are considered. For each K value, the variation of the ratio of sidewall displacement to roof displacement was calculated with varying GSI values and the obtained displacement patterns were analysed. The calculation results show that the displacement ratio significantly depends not only on the K value but also on the range of GSI value. In particular, for lower range of GSI value, the displacement ratio pattern calculated in the elasto-plastic regime is opposite to that predicted by the elasticity theory. In addition, the variation of the radial displacement ratio with GSI value for different types of plastic potential function showed similar trend.
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문제 정의
이 연구에서는 GHB 암반에 원형터널이 굴착되었을 때 발생되는 내공변위 특성을 살펴보기 위하여 측압비와 GSI 값을 변화시키면서 2차원 탄소성 해석을 수행하였다. 이 과정에서 소성포텐셜 함수의 선택이 탄소성변위 해석결과에 미치는 영향도 살펴보았다. GHB 파괴함수를 기반으로 하는 탄소성 구성법칙을 적용한 유한요소해석을 실행하기 위하여 사용자 구성모델 실행기능을 제공하는 범용 유한요소코드인 ABAQUS가 해석에 사용되었다.
이 연구는 GHB 파괴함수로 표현되는 암반에 굴착된 원형터널의 내공변위를 계산하기 위한 탄소성 해석 과정에서 GHB 파괴함수 및 M-C 파괴함수 형태의 소성포텐셜 함수를 적용하고 그 결과의 차이를 분석하였다. 이 경우 GHB 함수 기반의 소성포텐셜 함수에 대응하는 M-C 함수 형태의 소성포텐셜 함수를 선정하기 위해서는 GHB 암반의 등가마찰각 계산이 필요하다.
이 연구에서는 GHB 암반에 원형터널이 굴착되었을 때 발생되는 내공변위 특성을 살펴보기 위하여 측압비와 GSI 값을 변화시키면서 2차원 탄소성 해석을 수행하였다. 이 과정에서 소성포텐셜 함수의 선택이 탄소성변위 해석결과에 미치는 영향도 살펴보았다.
이 연구에서는 측압비 및 GSI 값의 변화가 탄소성 내공변위 발생특성에 미치는 영향을 분석하기 위해 GHB파괴함수로 표현되는 암반에 굴착되는 심부 원형터널을 가정하고 탄소성 유한요소해석을 실시하였다. GHB 파괴함수를 적용한 탄소성 구성법칙을 수치해석적으로 실행시키기 위해 상용 유한요소 프로그램인 ABAQUS (Dassault systemes, 2012)에서 제공하는 UMAT 서브루틴(user subroutine to define a material’s mechanical behavior) 기능을 활용하였다.
가설 설정
는 무결암의 일축압축강도를 의미한다. ABAQUS 프로그램에서 채용한 응력부호 규약과 일관성 유지를 위해 식 (1)에서는 압축응력을 음의 값으로 가정하였다. mb, s, a는 현장암반의 특성에 의존하는 강도정수이며 GSI값을 이용하여 아래 식 (2)∼(4)과 같이 계산한다.
항복함수로는 GHB 파괴함수를 활용하였다. 소성포텐셜 함수의 형태로 상관유동법칙의 경우 GHB 파괴함수를 가정하였고, 비상관유동법칙의 경우 항복함수 형태의 식 (8)과 선형화된 GHB 파괴함수 형태인 식 (9)를 소성포텐셜 함수로 적용하였다.
7은 터널 심도의 영향을 살펴보기 위해 전술한 해석과 동일한 입력자료 조건에서 심도를 3가지 경우로 달리하여 해석한 결과이다. 여기서 측압비는 1.5로 가정하였다. 그림에서 볼 수 있듯이 평균응력이 상대적으로 큰 고심도에서는 Fig.
원형터널의 탄소성 해석을 위하여 사용한 입력자료는 Hoek & Brown(1997)에 제시된 값들을 참고하여 Table 1과 같이 가정하였다.
이 연구에서는 최소주응력의 상한값 σ’3max을 계산하기 위해 암반의 단위중량을 0.027MN/m3으로 가정하였으며 원형터널의심도는 370 m로 설정하였다.
즉, σh/σv로 표시하는 측압비는 9가지 경우(K=0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.5)를 가정하여 해석을 진행하였다.
이 연구에서는 원형터널의 탄소성 해석을 위하여 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS (Dassault systemes, 2012)를 활용하였다. 탄소성 유한요소해석은 2차원 평면변형률 조건을 적용하였으며 탄성-완전소성(elastic-perfectly plastic) 거동을 가정하였다. 원형터널의 내공변위는 GSI 지수를 10∼90까지 변화시키면서 계산하였다.
해석모델은 반경이 일정한 원형터널 이므로 대칭성을 고려하여 전체 모델에서 1/4의 영역만을 해석모델로 설정하였다. 터널의 반경은 5 m로 가정하였으며 모델의 외곽 경계는 터널의 중심으로부터 50 m 떨어진 지점에 위치하도록 설정하였다. 모델의 변위경계조건으로 하부와 좌측 경계면에 롤러 구속조건을 부여하였고 상부와 우경계에는 원하는 초기지압이 발생하도록 압력 하중조건을 부여하였다.
팽창각(dilation angle)은 식 (9)로 표현되는 M-C 소성포텐셜 함수의 입력자료로서 GHB 파괴함수 기반의 소성포텐셜 함수에 사용된 mq에 대응되도록 Φeq/4로 가정하였다.
해석영역은 4절점 4각형 요소를 사용하여 유한요소망으로 분할하였으며 지보압이 없는 무지보 상태의 원형터널을 가정하고 내공변위를 계산하였다. 터널 부분까지도 요소망으로 분할된 정사각형 모델에 측압비에 따른 경계압력을 가하여 초기응력을 발생시켰다.
제안 방법
3. 이 연구에서는 넓은 GSI 값의 범위(GSI=10∼90)와 측압비 범위(K=0.5∼1.5)를 대상으로 GHB 암반에 굴착된 원형터널의 탄소성 변위발생 양상을 분석하였다. 그러므로 이 연구에서 제시된 탄소성변위 해석결과는 실제 현장에서 만날 수 있는 다양한 암질 조건과 측압비 조건을 고려하고 있다.
GHB 파괴함수를 적용한 탄소성 구성법칙을 수치해석적으로 실행시키기 위해 상용 유한요소 프로그램인 ABAQUS (Dassault systemes, 2012)에서 제공하는 UMAT 서브루틴(user subroutine to define a material’s mechanical behavior) 기능을 활용하였다. ABAQUS에 제공하지 않는 재료구성모델인 GHB 항복함수 기반의 탄성-완전소성 구성법칙을 포트란언어를 이용하여 서브루틴으로 코딩한 후 이를 ABAQUS에 이식하였다. 탄소성 해석 시 소성포텐셜 함수가 해석결과에 미치는 영향을 파악하기 위하여 동일한 해석조건에서 M-C 파괴함수 및 GHB 파괴함수 형태의 소성포텐셜 함수를 적용한 해석을 병행하였다.
이후 터널이 위치한 부분의 요소를 제거하는 방식으로 굴착 효과를 주어 변위가 계산될 수 있도록 하였다. K=1.0이 아닌비정수압 상태에서 계산된 내공변위의 경우 측벽과 천정부분의 반경방향 변위 값을 추출하여 측벽변위에 대한 천정변위 비(ratio)의 특성 분석에 활용하였다.
터널의 반경은 5 m로 가정하였으며 모델의 외곽 경계는 터널의 중심으로부터 50 m 떨어진 지점에 위치하도록 설정하였다. 모델의 변위경계조건으로 하부와 좌측 경계면에 롤러 구속조건을 부여하였고 상부와 우경계에는 원하는 초기지압이 발생하도록 압력 하중조건을 부여하였다. 모델 해석 시 비정수압 상태를 형성시키기 위하여 상부 경계압력(σv)을 고정하고 우측 경계압력(σh)조건은 변화를 주었다.
5인 경우에 대해 GSI 값의 변화에 따른 내공변위 변화를 도시하였다. 소성포텐셜 함수로 GHB 형태와 M-C 형태를 모두 고려하였다. 그림에서 볼 수 있는 것처럼 GHB 소성포텐셜 함수로 해석한 경우에서 M-C 소성포텐셜 함수로 해석한 경우보다 더 큰 변위가 계산되었다.
원형터널의 내공변위는 GSI 지수를 10∼90까지 변화시키면서 계산하였다.
이 연구에서는 Clausen (2007), Clausen & Damkilde (2008)가 개발한 GHB 항복함수 기반의 탄소성 구성모델을 응용하여 GHB 항복함수를 기반으로 하는 탄소성 해석을 수행하였다.
이 연구에서는 GHB 파괴함수를 항복기준식으로 활용하였다. GHB 함수는 절리성 현장암반의 파괴기준을 설정하기 위한 목적으로 Hoek & Brown (1980a, b)이 제안한 경험적 암석 파괴함수를 수정･보완한 것이다(Hoek et al.
터널 부분까지도 요소망으로 분할된 정사각형 모델에 측압비에 따른 경계압력을 가하여 초기응력을 발생시켰다. 이후 터널이 위치한 부분의 요소를 제거하는 방식으로 굴착 효과를 주어 변위가 계산될 수 있도록 하였다. K=1.
ABAQUS에 제공하지 않는 재료구성모델인 GHB 항복함수 기반의 탄성-완전소성 구성법칙을 포트란언어를 이용하여 서브루틴으로 코딩한 후 이를 ABAQUS에 이식하였다. 탄소성 해석 시 소성포텐셜 함수가 해석결과에 미치는 영향을 파악하기 위하여 동일한 해석조건에서 M-C 파괴함수 및 GHB 파괴함수 형태의 소성포텐셜 함수를 적용한 해석을 병행하였다.
GHB 파괴함수를 기반으로 하는 탄소성 구성법칙을 적용한 유한요소해석을 실행하기 위하여 사용자 구성모델 실행기능을 제공하는 범용 유한요소코드인 ABAQUS가 해석에 사용되었다. 해석에서는 GHB 파괴함수를 항복함수로 활용하였으며 소성포텐셜 함수로 GHB 파괴함수 기반의 소성포텐셜 함수와 M-C 파괴함수 형태의 소성포텐셜 함수가 동시에 고려되었다.
이론/모형
변위 계산 값에 큰 영향을 미치는 변형계수(Em)는 Hoek et al.(2002)에서 제시한 다음 경험식을 활용하여 계산하였다.
이 과정에서 소성포텐셜 함수의 선택이 탄소성변위 해석결과에 미치는 영향도 살펴보았다. GHB 파괴함수를 기반으로 하는 탄소성 구성법칙을 적용한 유한요소해석을 실행하기 위하여 사용자 구성모델 실행기능을 제공하는 범용 유한요소코드인 ABAQUS가 해석에 사용되었다. 해석에서는 GHB 파괴함수를 항복함수로 활용하였으며 소성포텐셜 함수로 GHB 파괴함수 기반의 소성포텐셜 함수와 M-C 파괴함수 형태의 소성포텐셜 함수가 동시에 고려되었다.
GHB 파괴함수를 적용한 탄소성 구성법칙을 수치해석적으로 실행시키기 위해 상용 유한요소 프로그램인 ABAQUS (Dassault systemes, 2012)에서 제공하는 UMAT 서브루틴(user subroutine to define a material’s mechanical behavior) 기능을 활용하였다.
이 연구에서는 원형터널의 탄소성 해석을 위하여 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS (Dassault systemes, 2012)를 활용하였다. 탄소성 유한요소해석은 2차원 평면변형률 조건을 적용하였으며 탄성-완전소성(elastic-perfectly plastic) 거동을 가정하였다.
이 연구에서는 탄소성 내공변위 해석을 위해 범용 유한요소코드인 ABAQUS가 이용되었다. 그러나 원형터널의 내공변위 계산을 위하여 활용한 GHB 항복모델은 ABAQUS 에서는 제공하지 않는 모델이다.
성능/효과
1. GHB 암반에 굴착된 원형터널의 탄소성변위 해석 결과 측벽변위/천정변위 비의 변화 양상은 탄성해로 예측되는 양상과 차이를 보였다. 측압비가 1보다 작은 경우 탄성해는 측벽변위보다 큰 천정변위를 계산하지만, 탄소성거동을 가정한 경우 암질이 불량하면 탄성해의 경우와 반대의 결과가 나타날 수 있는 것으로 해석되었다.
2. 탄소성 해석을 통해 계산된 터널 내공변위 크기는 선택한 소성포텐셜 함수의 형태에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. GHB 파괴함수 기반의 소성포텐셜 함수를 적용한 변위 해석결과는 M-C 파괴함수 형태의 소성포텐셜 함수를 적용한 경우에 비해 지압조건과 암반 양호도에 더 민감하게 반응하는 것으로 나타났다.
탄소성 해석을 통해 계산된 터널 내공변위 크기는 선택한 소성포텐셜 함수의 형태에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. GHB 파괴함수 기반의 소성포텐셜 함수를 적용한 변위 해석결과는 M-C 파괴함수 형태의 소성포텐셜 함수를 적용한 경우에 비해 지압조건과 암반 양호도에 더 민감하게 반응하는 것으로 나타났다. 이에 따라 GHB 함수 형태의 소성포텐셜 함수를 적용한 탄소성구성모델이 M-C 함수 형태의 소성포텐셜 함수를 적용한 경우보다 실제 암반의 변형거동을 더 잘 모사할 수 있을 것으로 판단되었다.
이는 GHB 소성포텐셜 함수를 적용한 탄소성 해석이 M-C 소성포텐셜 함수를 적용한 경우에 비해 지압조건과 암반조건에 더 민감하게 반응하고 있음을 말해준다. 결론적으로 GHB 소성포텐셜 함수를 적용한 GHB 암반의 탄소성 구성모델이 M-C 소성 포텐셜 함수를 적용한 구성모델보다 더 정밀한 내공변위 계산에 적합함을 암시해주고 있다.
그러나 GSI 값이 50 이하인 구간에서 계산된 변형계수 값은 상대적으로 작으므로 이 연구에서 설정한 심도에 해당하는 초기응력 조건에서 매우 큰 내공변위 값이 계산된다. 따라서 GSI 값이 10에 근접하는 경우에 계산된 내공변위는 그 크기의 물리적 의미보다 GSI 값의 변화에 따른 내공변위 변화특성을 이해하는 목적으로 활용하는 것이 타당하다고 판단된다.
6에서 볼 수 있었던 변위 발생양상이 역전되는 GSI 값 구간이 저심도의 경우에 비해 상대적으로 넓어지는 것으로 나타났다. 또한 측벽변위/천정변위 비는 심도의 증가에 따라 감소하는 것으로 나타났고, 이는 심도 증가에 따른 소성영역의 확대와 직접적인 관련성이 있는 것으로 판단된다. 이러한 경향성은 GHB 소성포텐셜 함수와 M-C 소성포텐셜 함수를 적용한 두 경우에서 모두 관찰되었다.
측압비가 1보다 작은 경우 탄성해는 측벽변위보다 큰 천정변위를 계산하지만, 탄소성거동을 가정한 경우 암질이 불량하면 탄성해의 경우와 반대의 결과가 나타날 수 있는 것으로 해석되었다. 이러한 변위 발생양상 역전현상은 측벽부의 소성영역 확대와 직접 관련이 있으며 GSI 값이 50 이하인 불량 암반에서 발생 가능성이 큰 것으로 분석되었다.
GHB 파괴함수 기반의 소성포텐셜 함수를 적용한 변위 해석결과는 M-C 파괴함수 형태의 소성포텐셜 함수를 적용한 경우에 비해 지압조건과 암반 양호도에 더 민감하게 반응하는 것으로 나타났다. 이에 따라 GHB 함수 형태의 소성포텐셜 함수를 적용한 탄소성구성모델이 M-C 함수 형태의 소성포텐셜 함수를 적용한 경우보다 실제 암반의 변형거동을 더 잘 모사할 수 있을 것으로 판단되었다.
그러므로 GSI 값이 작은 불량한 암반에 굴착된 원형터널의 경우 연직지압과 수평지압 중 지압의 크기가 작은 방향에서 오히려 더 큰 내공변위가 발생할 수 있음을 해석결과는 말해준다. 전체적으로 GSI 값이 커짐에 따라 즉, 암반의 양호성이 증가함에 따라 변위 발생양상은 탄성적 정해에서 예측되는 양상으로 전환됨을 볼 수 있다. 한편 측압비에 따른 탄성 내공변위 거동양상과 탄소성 내공변위 거동양상의 역전현상은 GHB 소성포텐셜 함수를 적용한 경우 GSI가 약 50 이하인 영역에서 발생하고 있고 M-C 소성포텐셜 함수를 적용한 경우 GSI가 약 30 이하인 영역에서 나타나고 있음을 볼 수 있다.
5를 적용하고 GSI 값을 변화시키면서 탄소성 변위해석을 수행하여 얻어진 측벽변위와 천정변위의 비를 도시한 것이다. 측압비가 0.5인 경우 GSI 값이 45 이하인 구간에서는 측벽에서 변위가 더 크게 발생하였고 측압비가 1.5인 경우에는 GSI 값이 55이하 일 때 천정에서 발생된 변위가 더 큰 것으로 나타났다. 그러므로 GSI 값이 작은 불량한 암반에 굴착된 원형터널의 경우 연직지압과 수평지압 중 지압의 크기가 작은 방향에서 오히려 더 큰 내공변위가 발생할 수 있음을 해석결과는 말해준다.
GHB 암반에 굴착된 원형터널의 탄소성변위 해석 결과 측벽변위/천정변위 비의 변화 양상은 탄성해로 예측되는 양상과 차이를 보였다. 측압비가 1보다 작은 경우 탄성해는 측벽변위보다 큰 천정변위를 계산하지만, 탄소성거동을 가정한 경우 암질이 불량하면 탄성해의 경우와 반대의 결과가 나타날 수 있는 것으로 해석되었다. 이러한 변위 발생양상 역전현상은 측벽부의 소성영역 확대와 직접 관련이 있으며 GSI 값이 50 이하인 불량 암반에서 발생 가능성이 큰 것으로 분석되었다.
후속연구
그러므로 이 연구에서 제시된 탄소성변위 해석결과는 실제 현장에서 만날 수 있는 다양한 암질 조건과 측압비 조건을 고려하고 있다. 따라서 이 연구결과는 실제 터널설계 시 현장 암반조건에 따라 예상되는 최대변위 발생지점의 예측과 이를 기반으로 하는 터널 지보패턴 결정의 기본 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
이에 따라 GSI 값과 초기응력 측압비의 변화가 GHB 파괴함수로 표현되는 암반에 굴착된 원형터널의 탄소성 변형거동해석 결과에 미치는 영향을 충분히 이해하지 못하고 있는 것이 현실이다. 최근 암반터널의 안정성해석 과정에서 GHB 파괴함수의 활용도가 높아지고 있는 점을 고려할 때 GSI 지수, 초기지압조건, GHB 파괴함수를 적용한 탄소성해석 결과의 상호관계가 체계적으로 연구될 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
암반터널의 설계 과정에서 주어진 지압조건 및 암반상태를 고려하여 계획한 터널단면의 안정성 평가를 위해 어떤 방법을 주로 활용하고 있는가?
이 과정에서 내공변위가 발생하게 되며 이후 적절한 보강이 이루어지지 못하면 계획된 단면형상이 과도하게 변형되어 붕괴를 초래할 수 있다. 그러므로 암반터널의 설계 과정에서는 주어진 지압조건 및 암반상태를 고려하여 계획한 터널단면의 안정성을 평가하는 것이 필수적이며 이를 위해 유한요소법, 유한차분법, 경계요소법 등에 기초한 수치해석적 방법이 주로 활용되고 있다. 수치해석을 통한 안정성 해석결과의 정확성은 응력과 변위 경계조건뿐만 아니라 응력-변형률 관계식 즉, 구성관계식(constitutive law) 정의의 엄밀성에 좌우된다.
일반화된 Hoek-Brown(GHB) 파괴조건식은 무엇에 활용되고 있는가?
일반화된 Hoek-Brown(GHB) 파괴조건식은 GSI 지수를 통해 현장 암반의 절리상태를 체계적으로 고려하여 암반의 강도를 예측하는 파괴함수로서 암반공학적 설계에 널리 활용되고 있다. 이 연구에서는 절리성 암반에 굴착된 원형터널의 내공변위 특성을 분석하기 위하여 GHB 파괴조건식을 항복함수로 활용한 2차원 탄소성 유한요소해석을 수행하였다.
터널굴착에 의해 굴착면 주변에서 초기응력이 교란되어 새로운 평형상태인 유도응력장이 형성될 경우, 초래되는 문제는 무엇인가?
터널굴착에 의해 굴착면 주변에서는 초기응력이 교란되어 새로운 평형상태인 유도응력장이 형성된다. 이 과정에서 내공변위가 발생하게 되며 이후 적절한 보강이 이루어지지 못하면 계획된 단면형상이 과도하게 변형되어 붕괴를 초래할 수 있다. 그러므로 암반터널의 설계 과정에서는 주어진 지압조건 및 암반상태를 고려하여 계획한 터널단면의 안정성을 평가하는 것이 필수적이며 이를 위해 유한요소법, 유한차분법, 경계요소법 등에 기초한 수치해석적 방법이 주로 활용되고 있다.
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