초록 ▼

국내의 지하공동 및 터널 굴착작업은 대부분 저심도 경암구역에서 수행되어져서 응력파괴 보다는 암반블록의 붕락현상이 굴착과정에서 극복되어야 하는 주된 문제이다. 본 연구에서는 지하공동 굴착 대상지반의 구조적 특성 분석방법과 3차원 블록형성 및 거동양상을 결정론적으로 해석하는 대수학적 알고리즘을 정립하였으며, 정보화 시공을 위해 현장에서 활용될 수 있는 전산화된 블록해석모델을 개발하였다. 결정론적 3차원 블록해석모델의 정보화 시공에 대한 활용성을 극대화시키기 위한 해석체계 구축을 위해 (1) 결정론적 블록해석이론, (2) 정량적 지반구조

국내의 지하공동 및 터널 굴착작업은 대부분 저심도 경암구역에서 수행되어져서 응력파괴 보다는 암반블록의 붕락현상이 굴착과정에서 극복되어야 하는 주된 문제이다. 본 연구에서는 지하공동 굴착 대상지반의 구조적 특성 분석방법과 3차원 블록형성 및 거동양상을 결정론적으로 해석하는 대수학적 알고리즘을 정립하였으며, 정보화 시공을 위해 현장에서 활용될 수 있는 전산화된 블록해석모델을 개발하였다. 결정론적 3차원 블록해석모델의 정보화 시공에 대한 활용성을 극대화시키기 위한 해석체계 구축을 위해 (1) 결정론적 블록해석이론, (2) 정량적 지반구조 조사기법, (3) 불연속면의 전단거동 특성, (4) 블록모델의 현장적용성에 대한 연구를 수행하였다. 절리면 전단강도 특성분석을 위하여 하중 크기에 따른 전단강도 변화, 절리표면의 거칠기에 따른 전단거동 특성, 전단거동에 의한 asperity 변화양상을 분석하고 있다. 블록해석모델 개발을 위한 이론적 방법론을 수립하기 위하여 블록 형성 및 거동해석 이론을 단계별로 확장시켰다: 수평 천장면에서의 블록 해석 → 경사면에서의 블록 해석 → 복수 개착면에 연계된 블록 해석. 터널 천장 및 좌ㆍ우 벽면에서의 사면체 블록 형성을 불연속면의 영속성(persistence)을 고려하여 판별하며, 블록 규모를 산정하고, 블록 안정성을 불연속면의 역학적 강도 특성을 고려하여 종합적으로 분석할 수 있는 기능을 전산해석모델에 부가시켰다. 특히, 굴착 진행에 따른 블록 형성 및 거동 양상을 결정론적으로 예측하는 기법을 개발하고, 실제 터널 굴착 현장에 적용하여 정보화 시공 능력을 극대화하였다.

Abstract ▼

Most underground openings in Korea are constructed at shallow depth in hard rock ground and consequently collapse of rock block, rather than stress-induced failure, has to be prevented during the excavation period. In this study, algebraic algorithm for the deterministic three cimensional block anal

Most underground openings in Korea are constructed at shallow depth in hard rock ground and consequently collapse of rock block, rather than stress-induced failure, has to be prevented during the excavation period. In this study, algebraic algorithm for the deterministic three cimensional block analysis has been developed by utilizing the quantitatively assessed structural characterisics of excavated rock mass and block model indispensible for the information-oriented construction planning has been established. To maximize the field applicability of deterministic block analysis system the following research objects has been fully studied: (1) deterministic block analysis theory, (2) quantitative investigation methods for rock structure, (3) shear behavior of joint with different surface roughness, (4) field applicability of block model. Effects of normal stress magnitude, surface roughness and degradation of asperity subject to shear displacement on the joint shear strength are being analyzed. The scope of block theory has been extended step by step: block modelling on the horizontal surface → block modelling on the inclined excavation surface → modelling of block formed on the multiple excavation surfaces. Extents of blocks located on the left and right walls, roof and/or excavation face are predicted by considering the persistence of discontinuity planes. Ability to recognize the block position and calculating block volume and stability considering the mechanical strength of block-forming discontinuities is also equipped to the block model. Especially, a deterministic algorithm for delineating the unstable blocks in each excavation stage has been devised to yield the results which can be directly utilized for designing the optimum excavation-reinforcement pattern.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구계획 요약문 ... 5
• 1. 국문요약문 ... 5
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ... 6
• 1. 국문요약문 ... 6
• 2. 영문요약문 ... 7
• Ⅲ. 연구내용 및 결과 ... 8
• 1. 연구개발과제의개요 ... 8
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 2.1 암반구조 조사기술 ... 10
• 2.1.1 조사선기법 ... 10
• 2.1.2 시추공 영상분석 기법 ... 11
• 2.1.3 Discontinuity Orientation Measurement(DOM) 시추기법 ... 12
• 2.2 절리면 전단강도 측정기술 ... 13
• 2.3 블록 해석기술 ... 17
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 20
• 3.1 지반구조 조사기법 ... 20
• 3.1.1 DOM 시추기법 및 시추공 영상촬영기법 ... 20
• 3.1.2 3차원 레이져 스캐너기법 ... 23
• 3.1.3 사진측량 기법을 활용한 불연속면 조사 ... 27
• 3.1.4 트레이스 추적 기법 ... 32
• 3.1.5 대수학적 절리면 투영기법 ... 34
• 3.2 법선응력을 고려한 절리면 전단거동 특성 고찰 ... 37
• 3.3 3차원 블록해석 모델 ... 53
• 3.3.1 수평 천장면에서의 블록형성 ... 53
• 3.3.2 경사면에서의 블록형성 ... 57
• 3.3.3 지하공동 복수 굴착면에서의 블록해석 ... 60
• 3.3.4 블록해석 모델 ... 87
• 3.3.5 블록해석 사례 ... 91
• 3.3.6 상용프로그램 Unwedge 기능 분석 ... 96
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 102
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 105
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 107
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 113
• 8. 참고문헌 ... 114
• 9. 연구성과 ... 119
• 10. 기타사항 ... 122
• ◎ 자체평가의견서 ... 128