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실내모형시험을 통한 얕은 기초 하부에서 터널굴착 시 지하수위 위치에 따른 지반거동
Ground behaviour according to ground water locations due to tunnelling below shallow foundation by laboratory model test 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.20 no.3, 2018년, pp.575 - 592  

이현구 (서울과학기술대학교 건설시스템공학과) ,  공석민 (서울과학기술대학교 건설시스템공학과) ,  오동욱 (서울과학기술대학교 건설시스템공학과) ,  이용주 (서울과학기술대학교 건설시스템공학과)

초록
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최근 도심지 지상 구조물의 포화와 함께 극심한 교통난에 대한 해결책으로 터널과 같은 지하공간 개발의 중요성이 커지고 있다. 이러한 이유로 현재 국내의 많은 지역에서 터널 시공이 이루어지고 있으며, 다양한 터널 확충 정책이 건설계의 화두가 되고 있다. 하지만, 터널굴착에 의한 지반거동을 사전에 분석하는 것은 다양한 조건을 해석하고 고려해야 하므로 매우 어려운 일이다. 기존의 구조물 하부 터널굴착에 대한 연구는 많은 연구자에 의해 수행되었지만, 대부분의 연구에서는 지하수위의 영향을 거의 고려하지 못하였다. 지하수위에 따라 발생되는 간극수압은 지반의 전단강도에 지대한 영향을 미치므로, 지하수 고려 여부에 따라 지반의 거동은 크게 달라질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제점을 고려하지 못한 기존 연구의 한계에서 나아가, 얕은 기초 아래 터널굴착 시 지하수위 위치가 지반거동에 미치는 영향을 효과적으로 분석하고자 한다. 이에 따라 지하수위를 고려할 수 있는 새로운 시험 장치를 개발하였으며, 실내모형시험과 함께 근거리 사진계측을 사용하여 분석을 실시하였다. 또한, 수치해석을 통해 소성해석과 연계해석을 수행하여 실내모형시험 결과와 비교하였다. 두 가지의 수치해석 방법과 실내모형시험 결과를 비교하여 실제 도심지 터널 굴착 모델에 적합한 모델을 제시하고자 한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Tunnelling is getting more important solutions for problems induced by the growth population in urban areas. Many studies on tunnelling below existing structure are carried out by many researchers. In general, however, ground water condition is ignored for most of researches using laboratory model t...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만, 기존 터널굴착 관련 연구의 대부분은 지하수위를 고려하지 않은 상태에서 수행함으로써, 실제 지반조건과는 상이한 조건의 연구가 수행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 지하수위를 고려하였을 뿐만 아니라, 지하수위를 달리하여 터널굴착에 따른 지반거동을 분석하고자 한다.
  • 기초의 규격의 경우, 구조물기초와 지반의 강성도비 K (relative stiffness)를 구하여 강성기초의 거동이 이루어지도록 설계하였다(Table 1). 본 연구에서는 기초의 형상대로 지반이 변형되고 침하는 균등하게 발생하는 강성기초를 모델로 실내 모형 시험을 실시하였다.
  • 본 연구에서는 지하수위 및 저하를 모사하기 위한 모형토조를 제작하였으며, 간극수압계를 통해 간극수압의 변화를 계측하였다. 또한, 지표면에 설치한 LVDT (Linear Variable Differential Transformer)를 이용하여 지표 침하를 측정하였으며, 실내모형시험과 동시에 근거리 사진계측 및 이미지 프로세싱을 실시하여 지반의 거동을 분석하였다.

가설 설정

  • 10(a)와 같은 reference point를 Fig. 10(b)와 같이 부착하였으며, 토조 내부 조성된 지반 사이 직경 5 mm의 알루미늄 봉을 삽입하여 흙입자로 가정하였다. 알루미늄 봉 전면에는 직경 3 mm의 target point 반사점이 부착되어 있으며, 고정되어 있는 reference point 기준으로 지반 거동과 동시에 움직이는 target point를이미지로 얻는다.
  • 상대밀도 계산결과 모든 깊이에서 약 30%로 측정되었으며, 이는 Lambe and Whitman (1979) (Table 3)의 연구결과에 따라 느슨한 사질토 지반으로 가정되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
BBM 모델의 수식화를위해 사용하는것은? 이 중 BBM (Barcelona Basic Model)은 대표적인 구성모델이다. BBM 모델의 수식화는 순응력과 흡인력을 사용하며, 흡인력의 증가에 의한 선행압밀하중의 변화를 정의하기 위해 LC (loading-collapse)를 Fig. 1에서 나타낸 항복면을 사용한다(Alonso et al.
연계해석의 장점은 무엇인가? 이러한 한계점을 고려하기 위해서는 연계해석이 필요하다. 연계해석은 수리적 경계조건에 대한 응력의 변화를 고려할 수 있기 때문에 지하수위 저하의 영향을 검토할 수 있으며, 부분적으로 포화된 지반에 서의 변형 및 간극압을 동시에 분석할 수 있다. 본 연구와 같은 지하수위를 고려한 해석의 경우, 불포화 지반에 대한 역학적 해석을 위한 구성모델이 필요하다.
소성해석의 한계는 무엇인가? 소성해석의 경우 압밀을 고려하지 않는 일반적 소성해석을 의미한다. 이러한 해석의 경우 대부분의 실제 지반공학적 해석에 적합하지만, 간극 수압 변화를 고려하지 않는 해석이기 때문에 실제 지반의 거동을 분석하는데 한계가 있으며, 지하수위 저하 효과를 고려할 수가 없다. 이러한 한계점을 고려하기 위해서는 연계해석이 필요하다.
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참고문헌 (10)

  1. Alonso, E.E., Gens, A., Josa, A. (1990), "A constitutive model for partially saturated soils", Geotechnique, Vol. 40, No. 3, pp. 405-430. 

  2. Atkinson, J.H., Mair, R. J. (1981), "Soil mechanics aspects of soft ground tunneling", Ground Engineering, July, Vol. 14, No. 5, pp. 20-26. 

  3. Das, B.M. (2009), "Principles of geotechnical engineering (7th edition)", Cengage learning, Boston, pp. 43. 

  4. Kim, S.M. (2011), "Hydraulic and hydrological study on the change in groundwater level during tunnel construction", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 13, No. 2, pp. 97-114. 

  5. Kim, Y.S., Ko, H.W., Kim, J.H., Lee, J.G. (2012), "Dynamic deformation characteristic of Joomunjin Standard sand using cyclic triaxial test", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol. 28, No. 12, pp. 53-64. 

  6. Kwon, H. J. (2014), "Foundation engineering", Goomibook, Seoul, pp. 69-74. 

  7. Lambe, T.W., Whitman, R.V. (1979), "Soil mechanics", John Willey & Sons, Hoboken, pp. 29-39. 

  8. Lee, S. D. (2011), "Foundation engineering", Saeron Books, Seoul, pp. 65-67. 

  9. PLAXIS (2016), "2D reference manual", PLAXIS, pp. 195-198. 

  10. Yoo, C. (2004), "Investigation on tunnelling and groundwater interaction using a 3D stress-pore pressure coupled analysis", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol. 20, No. 3, pp. 33-46. 

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