복합지반에서 기반암의 깊이와 절리경사에 따라 흙막이벽체에 작용하는 토압
Earth Pressure on the Braced Wall in Composite Ground Depending on Depth and Joint Dips of Base Rocks.
초록/요약
토사층 하부에 절리암반층이 존재하는 복합지반을 굴착하고 설치하는 흙막이 구조물의 안정성은 굴착면의 배면에 작용하는 토압에 의해 결정된다. 보통 복합지반에서는 암반층을 토사로 간주하고 암반층의 지반강도 정수를 적용하여 경험적으로 토압을 구하는데, 암반층의 불연속면을 고려하지 않기 때문에 대개 실제 작용 토압보다 작게 산정된다. 복합지반에서 토사층과 암반층의 구성 비율 및 암반층의 절리경사에 따라 흙막이 벽체에 작용하는 토압의 크기와 분포형태를 규명고자, 대형 2축재하시험기(높이 3.0m, 길이 3.0m 폭 0.5m)에서 축척 1/14.5로 2차원 대형 모형시험을 수행하고 같은 조건으로 수치해석을 수행하였다. 시험지반은 토사층과 암반층의 분포비가 각각 65%:35%와 50%:50%가 되도록 조성하였고, 암반층의 절리는 굴착측으로 0°, 30°, 45°, 60° 각도로 구성하여 지반을 굴착하면서 흙막이벽체에 작용하는 토압과 지표변위를 측정하였고 수치해석으로 비교하였다. 그 결과 흙막이 벽체에 작용하는 토압과 굴착면 배면지표지반의 침하 그리고 암반층의 흙막이 벽체 변위가 암반층 절리 경사각(J)이 커질수록 증가 하였으며, 암반층 비율이 증가함에 따라 암반층에 작용하는 토압이 증가하였다. 암반층에 작용하는 토압은 암반층의 비가 50%(R50)이고, 암반층의 절리 경사각이 60°일 때 가장 크게 발생하였다. 대형모형시험 결과를 바탕으로 모든 시험조건에 대해 가장 경제적이면서도 안전성을 가질 수 있는 토압의 형태를 반복적으로 검토한 결과 시험 값의 약 130%에 해당하는 토압이 적정한 것으로 나타났다. 굴착단계별 토압의 변화와 굴착배면 지표침하의 관계를 분석하여 토압과 굴착배면지반의 침하관계를 기술하였다. 또한 암반층 비율과 암반층 절리경사 각도를 변수로 하여 최대토압의 위치를 구할 수 있도록 하였다. 따라서 임의 복합지반을 굴착할 때 발생하는 토압을, 최상단 버팀대토압과 최대토압 및 굴착하단을 꼭짓점으로 하는 사각형분포로 이상화하고, 암반층비율과 절리경사 각도를 고려하여 토압을 구할 수 있는 토압식을 제안하였다.
more목차
제 1 장 서론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구내용 및 범위 2
제 2 장 이론적 배경 5
2.1 토압이론 5
2.1.1 변위조건에 따른 토압상태 5
2.1.2 특수한 조건의 토압 6
2.1.3 경험토압 9
2.1.4 강성벽체에 대한 토압론에 근거한 삼각형토압 11
2.1.5 암반층 토압 14
2.1.6 흙막이 벽체에서의 토압 14
2.1.7 흙막이벽체 배면 지표지반의 침하 17
2.2 암반의 절리면 전단강도 21
2.2.1 암반의 절리면 전단강도와 영향인자 21
제 3 장 대형모형시험 23
3.1 대형모형시험 개요 23
3.2 대형모형시험 지반의 공학적인 특성 24
3.3 대형모형시험장치 27
3.3.1 대형 시험장치 27
3.3.2 모형 흙막이벽체 27
3.3.3 계측기기 29
3.4 계측위치와 종류 32
3.4.1 흙막이 벽체 32
3.4.2 흙막이벽체 배면지반 33
3.5 대형모형시험 방법 34
3.5.1 대형모형시험의 굴착 지반조성 및 굴착지반 조건 36
3.5.2 굴착순서 39
제 4 장 대형모형시험의 결과 41
4.1 개요 41
4.2 최종 굴착단계에서 대형모형시험 결과 57
4.2.1 토압의 분포 41
4.2.2 복합지반의 굴착 시 굴착배후 지표지반의 침하 62
4.2.3 토압과 굴착면 배후지반지표의 침하관계 분석 81
4.2.4 토압과 흙막이벽체의 변위 85
제 5 장 수치해석 91
5.1 개요 91
5.2 해석프로그램 및 해석조건 91
5.3 해석방법 및 입력 물성치 93
5.4 암반층 비율(R)과 암반층 절리경사각도(J)별 수치해석 결과 95
5.4.1 토압 95
5.4.2 복합지반의 굴착 시 굴착배후 지표지반의 침하 108
5.4.3 수치해석 결과분석 125
제 6 장 대형모형시험과 수치해석 결과의 비교 127
6.1 개요 127
6.2 암반층 비율에 따른 토압 127
6.2.1 암반층 비율 35%(R35) 127
6.2.2 암반층 비율 50%(R50) 138
6.3 암반층 비율에 따른 지표침하 147
6.3.1 암반층비율 35%(R35) 147
6.3.2 암반층비율 50%(R50) 149
6.4 대형모형시험과 수치해석의 비교 151
6.4.1 토압의 크기 151
6.4.2 지표침하 153
제 7 장 토압 계산식 제안 155
7.1 개요 155
7.2 토압의 형태 및 크기의 결정 155
7.3 토압 계산식 제안 156
7.3.1 최대 토압과 최상단 버팀대 작용토압의 계산식 제안 156
7.3.2 복합지반의 토압합력 160
7.4 제안식 검증 161
제 8 장 결론 164
참고문헌 166
부 록 171
I. 실험조건별 계측기 위치 172
II. 실험조건별 지표침하 결과 177
III. 굴착단계별 토압의 변화 184
IV. 단계별 굴착시 작용 토압의 변화 205
V. 굴착단계별 지표침하량의 경향 226
VI. 굴착단계별 계측기별 지표침하량의 경향 237
VII. 암반층 비율 15, 80% 조건시 토압분포 248
Abstract 250
감사의 글 252
