경사지를 통과하는 얕은 터널에서 종방향 하중전이에 대한 실험적 연구
Experimental Study on the Longitudinal Load Transfer in Shallow Tunnel Under the Ground Slope
초록/요약
터널이 시공되는 지반에서 지표형상이 평탄하지 않거나 경사진 경우에 지반 내 응력분포는 물론 얕은 터널 굴착에 따른 종방향 하중전이 특성이 지표 형상에 의해 큰 영향을 받는다. 그 밖에도 얕은 터널을 굴착할 때 종방향 하중전이 발생에 영향을 미치는 인자로는 시공방법이나 지반조건 및 굴진면 변위형태 등이 있지만 이에 대한 연구는 찾아보기 힘들다. 따라서 본 연구에서는 지표면의 경사와 굴진면 변위형태에 따른 얕은 터널 종방향 하중전이 특성을 규명하기 위해 지표면 경사를 0°, ±10°, ±20°, ±30°로 모사하고, 굴진면의 변위형태(상부변위, 등변위, 하부변위)에 따른 굴진면의 토압과 터널 천단 상부와 하부의 종방향 하중전이 특성을 모형실험을 수행하여 측정하였다. 연구결과 지표경사 변화에 따라 굴진면에서 변위가 발생하면 굴진면 토압이 감소하고 터널의 천단과 하부에 하중이 전이되며, 이 전이하중의 크기와 발생경향이 굴진면의 토압 변화량에 따라 결정되었다. 따라서 굴진면의 토압변화가 터널 종방향 하중전이에 직접적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 지표가 굴진방향으로 상향경사인 경우 지표경사가 커질수록 종방향 하중전이는 증가하고 하중 전이영역은 굴진면 상부 앞쪽에 집중되었고, 지표가 하향경사인 경우 지표경사가 낮아질수록 종방향으로 하중전이는 감소하고 하중 전이영역도 감소되는 것으로 나타났다. 또한, 굴진면의 변위형태에 따라 종방향으로 전이되는 하중의 분포경향도 달라지므로 종방향 지반의 응력조건과 굴진면의 변위형태는 터널 종방향 하중전이의 형태와 크기에 영향을 주는 것으로 나타났다.
more초록/요약
Lots of shallow tunnels are constructed in the mountainous areas where the stress distribution in the ground around the tunnel is not simple, also the effects of stress conditions on the longitudinal load transfer characteristics is unclear. Tunnel construction methods and the ground conditions would also affect the longitudinal load transfer characteristics which would be dependant on the displacement patterns of tunnel face. Therefore, in this study, the slope of the ground surface was varied in 0 °, ±10 °, ±20 °, ±30 °, and the longitudinal load transfer depended on the deformation conditions of tunnel face(that were maximum deformation on the top, constant deformation, and maximum deformation on the bottom), and the stress distribution at tunnel face. As results, when the tunnel face deformed, the earth presure on the tunnel face decreased and the load at tunnel crown increased. The load transferred on the crown was influenced by the earth presure on tunnel face. Smaller load would be transfered to the wide areas when the slope of ground surface decreased. When the slope of ground surface became larger, the longitudinal load transfer would be smaller and would be concentrated on tunnelface, In the declined slope, the load would be transferred in the wide range to the longitudinal direction and the small load was longitudinally transferred at the steeper slope, In addition, the shape of the transferred load distribution in the longitudinal direction was dependant on the deformation shape of tunnelface. The deformation shape of tunnelface and stress conditions in longitudinal sections would affect the shape and the magnitude of the load transfer in the longitudinal directions.
more목차
제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.3 연구목적 및 필요성 2
1.4 연구내용 및 범위 3
제 2 장 이론적 배경 5
2.1 개 요 5
2.2 얕은 터널 5
2.2.1 얕은 터널의 정의 5
2.2.2 얕은 터널의 지표침하 6
2.3 터널굴착 주변지반의 거동특성 8
2.3.1 굴착지반 주변의 아칭현상 8
2.3.2 터널 굴착지반의 굴진면 거동특성 10
2.4 굴진면의 변위형태 11
2.4.1 현장실험에 대한 굴진면 변위형태 연구 11
2.4.2 토압에 따른 벽체의 변위형태와 분포 12
2.5 터널의 종방향 거동특성에 대한 연구 13
2.5.1 종방향 아칭의 고찰 13
2.5.2 터널굴진면의 안정 및 파괴거동 연구 14
제 3 장 모형 시험 및 방법 18
3.1 개 요 18
3.2 시험지반 18
3.2.1 시험지반의 물리적 특성 18
3.2.2 시험지반의 역학적 특성 19
3.2.3 시험지반의 시료 실험결과 20
3.3 모형시험기 21
3.3.1 모형 토조 21
3.3.2 모형 터널 21
3.3.3 계측기 종류 22
3.3.4 시험변수 및 용어 23
3.4 시험 절차 24
3.4.1 모형터널의 지반조성 25
3.4.2 계측장치 설치 25
3.4.3 지반 안정화 26
3.4.4 시험실행 27
제 4 장 실험결과 28
4.1 개 요 28
4.2 굴진면의 거동특성 분석(상향경사) 28
4.2.1 굴진면 변위와 토압변화 28
4.2.2 굴진면 전방지반의 변형형태 32
4.3 터널 천단상부의 하중전이 특성(상향경사) 34
4.3.1 개 요 34
4.3.2 상부변위 형태에서의 하중전이 34
(1) 지표경사 0도 (UDT10H-A00) 34
(2) 지표경사 10도 (UDT10H-A10) 35
(3) 지표경사 20도 (UDT10H-A20) 37
(4) 지표경사 30도 (UDT10H-A30) 38
4.3.3 등변위 형태에서의 하중전이 40
(1) 지표경사 0도 (UCD10H-A00) 40
(2) 지표경사 10도 (UCD10H-A10) 40
(3) 지표경사 20도 (UCD10H-A20) 42
(4) 지표경사 30도 (UCD10H-A30) 43
4.3.4 하부변위 형태에서의 하중전이 44
(1) 지표경사 0도 (UDB10H-A00) 44
(2) 지표경사 10도 (UDB10H-A10) 45
(3) 지표경사 20도 (UDB10H-A20) 46
(4) 지표경사 30도 (UDB10H-A30) 47
4.4 지표침하(상향경사) 49
4.4.1 굴진면 한계변위 이전의 지표침하(0.50) 49
4.4.2 굴진면 한계변위에서의 지표침하(1.00) 50
4.5 굴진면의 거동특성 분석(하향경사) 52
4.5.1 굴진면 변위와 토압변화 52
4.5.2 굴진면 전방지반의 변형형태 55
4.6 터널 천단상부의 하중전이 특성(하향경사) 57
4.6.1 개 요 57
4.6.2 상부변위 형태에서의 하중전이 57
(1) 지표경사 10도 (DDT10H-A10) 57
(2) 지표경사 20도 (DDT10H-A20) 58
(3) 지표경사 30도 (DDT10H-A30) 59
4.6.3 등변위 형태에서의 하중전이 61
(1) 지표경사 10도 (DCD10H-A10) 61
(2) 지표경사 20도 (DCD10H-A20) 62
(3) 지표경사 30도 (DCD10H-A30) 63
4.6.4 하부변위 형태에서의 하중전이 65
(1) 지표경사 10도 (DDB10H-A10) 65
(2) 지표경사 20도 (DDB10H-A20) 66
(3) 지표경사 30도 (DDB10H-A30) 67
4.7 지표침하(하향경사) 69
4.7.1 굴진면 한계변위 이전의 지표침하(0.50) 69
4.7.2 굴진면 한계변위에서의 지표침하(1.00) 70
제 5 장 결과분석 및 고찰 71
5.1 개 요 71
5.2 굴진면의 거동특성 분석 71
5.2.1 지표경사별 굴진면의 하중변화 71
5.3 지표경사에 따른 종방향 하중전이 특성분석 73
5.3.1 지표경사에 따른 변위형태별 분석(상향경사) 73
(1) 상부변위 73
(2) 등변위 74
(3) 하부변위 76
5.3.2 지표경사에 따른 변위형태별 분석(하향경사) 77
(1) 상부변위 77
(2) 등변위 79
(3) 하부변위 80
5.3.3 지표경사별 최대 하중전이량 계산공식 제안 83
(1) 지표경사별 한계변위 상태에서 최대 하중전이량 계산공식 제안 83
5.3.4 지표경사별 굴진면 변위형태 비교 85
(1) 상향경사 30도(1.0D) 85
(2) 하향경사 30도(1.0D) 87
5.3.5 굴진면 토압과 터널 천단 상부의 하중변화 관계(상향경사) 89
5.3.6 굴진면 토압과 터널 천단 상부의 하중변화 관계(하향경사) 91
5.4 지표경사에 따른 지표침하 93
제 6 장 결 론 96
참고문헌 99
부 록 104
Abstract 109
