지진 시 공동구용 수직구-터널 접속부 거동에 대한 경계면 강성 계수의 영향 = Effects of interface stiffness on dynamic behavior of connections between vertical shafts and tunnels under earthquake

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A great interest in the seismic performance evaluation of small size tunnel structures such as utility tunnel has been taken since recent earthquakes at Pohang and Gyeongju in Korea. In this study, the three-dimensional dynamic analyses of vertical shaft and horizontal tunnel under seismic load were carried out using FLAC3D. Especially, parametric analyses was performed to investigate the effects of interfacial stiffness on interfacial behavior between soil and structure. The parametric analysis showed that the interfacial stiffness scarcely gave an effect on the global dynamic behavior of the structure, while had a significant effect on the local displacement behavior of the connections. The magnitude of the interfacial stiffness was inversely proportional to the displacement, while the magnitude of interface stiffness was proportional to the normal and shear stresses. The results of this study suggest the limitations of the existing empirical equations for interfacial stiffness and emphasize the need to develop new interfacial stiffness models.

국문 초록 (Abstract)

최근 발생한 포항과 경주 지진 이후 공동구와 같은 소단면 터널 구조물에 대한 내진 성능 평가에 대한 관심이 증가하고 있다. 이 연구에서는 유한 차분법 기반의 FLAC3D를 사용하여 지진 하중에 대한 수직구와 수평 터널 구조물에 대한 3차원 동적 해석을 수행하였다. 특히 지반과 구조물 사이 경계면 특성을 고려한 지반-구조물 상호 해석 시 중요 인자인 경계면 강성 계수의 영향 을 분석하기 위한 매개변수 해석을 수행하였다. 매개변수 해석을 통해 경계면 강성 계수는 지하 구조물의 전체 동적 거동에는 큰 영향을 미치지 않지만 접속부의 국부적인 변위 거동에는 큰 영향을 미치는 것을 확인 할 수 있었다. 경계면 강성 계수의 크기는 접속부에서의 변위와 반비례하는 경향을 보였으며, 수직 응력 및 전단 응력에 대해서는 비례하는 경향을 확인하였다. 연구 결과 수치 해석에서 주로 사용되고 있는 경계면 강성 계수에 대한 경험적 식의 한계를 제시할 수 있었으며, 새로운 경계면 강성 계수 모델 개발의 필요성을 확인하였다.

참고문헌 (Reference)

1 장동인, "해저터널 내진성능 향상을 위한 Flexible segment 효용성 연구" 사단법인 한국터널지하공간학회 19 (19): 503-515, 2017

2 최우용, "이음부 강성계수가 세그먼트 설계에 미치는 영향" 사단법인 한국터널지하공간학회 16 (16): 61-72, 2014

3 김용민, "응답변위법을 적용한 수직구의 내진설계" 대한토목학회 30 (30): 241-253, 2010

4 김용민, "다층지반에서의 수직구 동적 거동 분석" 대한토목학회 31 (31): 109-116, 2011

5 Grigoli, F., "The November 2017 Mw 5. 5 Pohang earthquake : A possible case of induced seismicity in South Korea" 360 (360): 1003-1006, 2018

6 Kulhawy, F. H., "Stress deformation properties of rock and rock discontinuities" 9 (9): 327-350, 1975

7 Seed, H. B., "Soil moduli and damping factors for dynamic response analyses" Earthquake Research Center, University of California 48-, 1970

8 Mylonakis, G., "Seismic soil-structure interaction : beneficial or detrimental?" 4 (4): 277-301, 2000

9 Likar, J., "Seismic influences on underground structures" 1-11, 2015

10 Pitilakis, D., "Numerical simulation of dynamic soil-structure interaction in shaking table testing" 28 (28): 453-467, 2008

11 Rayhani, M. H., "Numerical modeling of seismic response of rigid foundation on soft soil" 8 (8): 336-346, 2008

12 Aguilar-Téllez, M. A., "Mexico City deep eastern drainage tunnel" 1 : 175-191, 2012

13 Yu, Y., "Influence of choice of FLAC and PLAXIS interface models on reinforced soil-structure interactions" 65 : 164-174, 2015

14 Bandis, S. C., "Fundamentals of rock joint deformation" 20 (20): 249-268, 1983

15 Itasca, F., "Fast lagrangian analysis of continua in 3 dimensions"

16 Yamazaki, Y., "Evaluation of earthquake resistance of shield-tunnel/vertical-shaft connections and countermeasure technology" 11 (11): 1-6, 2013

17 Sawada, M., "Estimation of surface fault displacement by high performance computing" 12 (12): 1841003-, 2018

18 Davy, P., "Elastic properties of fractured rock masses with frictional properties and power law fracture size distributions" 123 (123): 6521-6539, 2018

19 Saxena, N., "Effects of slip and separation on seismic SSI response of nuclear reactor building" 241 (241): 12-17, 2011

20 Saxena, N., "Effects of embedment including slip and separation on seismic SSI response of a nuclear reactor building" 247 : 23-33, 2012

21 Ohbo, K., "Dynamic behavior of super deep vertical shaft during earthquake" 5031-5036, 1992

22 Li, W., "Determination of coal-rock interface strength by laboratory direct shear tests under constant normal load" 77 : 60-67, 2015

23 Tuladhar, R., "Cyclic behavior of laterally loaded concrete piles embedded into cohesive soil" 37 (37): 43-59, 2008

24 Rosso, R. S., "A comparison of joint stiffness measurements in direct shear, triaxial compression, and in situ" 13 (13): 167-172, 1976

25 김정태, "3차원 수치해석을 이용한 지진 시 수직구-터널 접속부 동적 거동 분석" 사단법인 한국터널지하공간학회 20 (20): 887-897, 2018