터널의 안전율 평가 기법에 관한 연구 = A Study on the Assessment of Safety Factor of Tunnels

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 터널의 안정성을 정량적으로 평가하기 위해 지반과 지보재의 파괴를 고려한 터널의 안전율에 대한 개념을 정립하고, 안전율을 계산하는 수치해석기법을 정립하고자 하였다. 안전율을 구하기 위해서 지반이 파괴될 때까지 지반의 강도를 감소시켜가며 반복적으로 해석을 수행하는 전단강도 감소기법을 사용하여 지반의 파괴 및 이에 따른 지보재의 파괴를 고려하여 측압계수 및 암반등급에 따른 터널의 안전율을 구하였다. 이 방법을 사용하면 파괴 활동면을 미리 가정하지 않아도 안전율과 파괴 활동면을 동시에 구할 수 있다. 수치해석은 유한 차분법에 기초를 둔 지반해석 프로그램인 FLAC<SUP>2D</SUP>(ver 3.3)을 사용하였으며, 해석 결과로부터 소성영역의 분포와 지보재의 응력분포를 확인하였다. 해석 결과 양호한 l등급과 2등급의 암반에서는 안전율이 높게 나타났으며, 암반등급이 저하될수록 안전율은 낮게 계산되었다. 또한 측압계수 0.5인 경우가 측압계수 2.0인 경우보다 안전율이 더 크게 확보되는 것으로 나타났다. 본 연구에서 정의된 안전율은 터널의 안정성을 나타내는 정량적 지표로 사용될 수 있음을 확인하였으며, 소성영역, 숏크리트 응력, 록볼트 축력을 검토함으로써 터널에 설치되는 지보재의 양과 설치 위치를 조정하는데 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this research is to establish a concept of the factor of safety of tunnels which is a quantitative estimate of the stability of tunnels. Based on this concept, a numerical technique which calculates the factor of safety of tunnels was developed. To obtain the safety factor of a tunnel, the strength reduction technique in which a series of analyses are repeated with reduced ground strength until the tunnel collapses were employed. With this technique, the failure plane, as well as the factor of safety, can be obtained without prescribing the trial failure plane. Analyses were conducted with FLAC<SUP>2D</SUP>(ver3.3), a geotechnical analysis program which is based on the finite difference method. From the result, the location of plastic zones, the maximum convergence and the maximum stress generated in the support system were also analyzed. The result shows that factors of safety are higher for the I st and 2nd rock classes, and lower for the lower rock classes. Furthermore, factor of safety is higher when K₀=0.5 compared to that in case of K₀=2.0. Through this research, it is found that the factor of safety defined in this research can be used as a good quantitative index representing the stability of tunnels. Also, close examination of the results can help adjustment of the quantity and location of additional supports.

목차 (Table of Contents)

• Abstract
• 초록
• 1. 서론
• 2. 터널의 안전율 평가기법
• 3. 해석조건 및 방법
• 4. 대상터널의 안정성 해석
• 5. 안전율의 계산
• 6. 결론
• 사사
• 참고문헌

참고문헌 (Reference)

1 "편재 절리모델을 이용한 절리 암반 사면의 안정성 해석" 8.4, : 287-295, 1998

2 "토목기술자를 위한 암반공학" 한국지반공학회,구미서관 413-458, 2000

3 "터널 막장 주위의 3차원 영향을 모사하는 2차원 해석 모델의 하중분배율에 관한연구" 1993

4 "절편법과 유한차분법에 의한 사면안정해석 비교연구" 15.6 : 263-272, 1999

5 "연약 암반층에 굴착된 터널의 안전율평가" 2.3 : 47- 57, 2000

6 "강섬유보강 숏크리트의 성능향상 및 품질기준정립Ⅱ." 한국도로공사 도로 연구소 2001

7 "State of the Art Limit Equilibrium and Finite-element Analysis of Slopes" 122.3 : 577-596, 1996

8 "Slope Stability Analysis by strength reduction" 49.6 : 835- 840, 1998