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파쇄 암반에 굴착한 터널의 천단변위형상에 따른 상부지반의 이완거동

Behavior of the ground above a tunnel induced by the deformation shapes of tunnel crown in the fragmental rocks

초록/요약

터널을 굴착하면 터널 상부지반의 변위는 지반상태, 터널형상, 굴착순서 등에 따라 등변위형뿐만 아니라 볼록 및 오목곡선형 등으로 발생된다. Terzaghi(1946)는 등변위침하가 발생된다고 가정하고 Trap door 실험을 통해 지반 아칭을 연구하였다. 그러나 볼록 및 오목 곡선형 변위에 따른 터널 상부지반의 변형거동에 대해서는 Trap door 실험을 통해 연구한 예가 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 Trap door 실험을 통해 등변위형 변위, 볼록 및 오목 곡선형 변위 등 변위형상에 따른 주변지반의 아칭효과 및 이완영역을 규명하였다. 모형실험은 1750mm(L)×300mm(W) 크기의 모형토조에 지반을 조성하여 수행하였다. Trap door는 폭을 325mm로 하였고, 3가지 변위형상(등변위형, 볼록곡선형, 오목곡선형)을 모사할 수 있도록 제작하였다. 모형 지반은 크기가 65(W)×50(H)×270mm(L)인 concrete block을 사용하여 수평절리를 포함한 파쇄성 암지반을 모사하여 조성하였고, 토피고는 0.62D(200mm), 0.92D(300mm), 1.23D(400mm), 1.54D(500mm)로 변화시켰다. Trap door의 변위형상을 3가지로 하고 각각에 대해 토피고를 4가지로하여 총 12case에 대해 실험하였다. 본 연구에서 모형실험을 수행하여 Trap door 상부 및 주변지반의 하중과 지중변위 및 지표침하를 측정한 결과 파쇄 암반에 굴착한 터널에서는 천단부 변위 형상에 따라 상부지반의 이완거동이 크게 영향을 받는 것으로 나타났다.

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목차

제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구내용 및 방법 2

제 2 장 이론적 배경 4
2.1 Terzaghi의 이완하중 4
2.1.1 Trap door 실험 4
2.1.2 얕은 터널의 이완하중 6
2.1.3 Terzaghi 수정 이완하중 8
2.2 얕은터널의 거동 9
2.2.1 얕은터널과 깊은터널의 파괴 9
2.2.2 얕은 터널의 굴착에 의한 지표침하 10
2.2.3 터널 상부 지표침하의 특성 11

제 3 장 실내모형실험 12
3.1 실험개요 12
3.2 모형지반 12
3.3 모형 실험기 13
3.3.1 모형 토조 13
3.3.2 트랩도어 (Trap door) 15
3.3.3 계측장치 18
3.4 실험 변수 20
3.5 실험 방법 21
3.5.1 실험기 준비 22
3.5.2 지반 조성 22
3.5.3 Laser 반사판 설치 23
3.5.4 변위 계측기 설치 23
3.6 실험 완료 후 지반상태 24
3.6.1 등변위형 변위 (uniform deformation) 24
3.6.2 볼록곡선형 변위 (Convex deformation) 25
3.6.3 오목곡선형 변위 (Concave deformation) 26

제 4 장 실험결과 분석 27
4.1 하중-침하 곡선 (q-s curve) 28
4.1.1 변위형상에 따른 하중-침하 곡선 28
4.1.2 토피고에 따른 하중-침하 곡선 32
4.1.3 Trap door의 변위형상과 토피고의 영향 분석 36
4.2 하중 전이 (Load transfer) 37
4.2.1 변위형상에 따른 하중 전이 37
4.2.2 토피고에 따른 하중 전이 42
4.2.3 변위형상과 토피고의 영향 분석 45
4.3 지표침하 45
4.3.1 변위형상에 따른 지표침하 45
4.3.2 토피고에 따른 지표침하 50
4.3.3 변위형상과 토피고의 영향 분석 53
4.4 지중변위 54
4.4.1 변위형상에 따른 지중변위 54
4.4.2 토피고 따른 지중변위 55

제 5 장 결 론 58

참고문헌 60

Abstract 61

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