경사지표면 하부에 위치한 종단방향 얕은 터널에서 한쪽 측벽의 변위에 따른 주위지반의 거동
Ground Behavior around the Shallow Tunnel Induced by a Sidewall Displacement of Longitudinal Tunnel under Inclined Groind Surface
초록/요약
얕은 터널에 대한 연구는 수평지반에서 종방향 하중전이와 횡방향 하중전이에 대한 것이 주종을 이루고 있으며, 얕은 터널에서 측벽의 변형에 따른 터널 주위지반의 거동에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 또한, 경사지표면 하부에 위치한 얕은 터널 굴착에 따른 지반거동에 대한 연구는 천단부와 측벽부가 동시에 변형하는 조건에 대한 것은 존재하지만, 측벽부만의 변형에 따른 지반거동을 연구한 경우는 찾아보기 힘들다. 얕은 터널은 상부지반이 함몰파괴 되는 경우가 많다. 특히 경사지표면 하부지반에 경사면 종단방향으로 얕은 터널을 굴착하면, 산측벽 또는 계곡측벽의 변형에 따라 하중전이와 터널 주변지반의 응력 및 지표침하 등이 상이하게 된다. 본 연구에서는 경사지표면 하부지반에 종단 방향으로 굴착한 얕은 터널에서 한쪽 측벽의 변형에 따른 터널 주위지반의 거동을 규명하기 위해 모형시험을 실시하였다. 모형시험에서는 지표면 경사와 토피고를 변화시키면서 모형지반을 조성하고 터널의 한쪽 측벽에 변위을 일으켜서 터널 벽체에 작용하는 하중, 터널 주위지반의 하중, 터널상부의 지표침하, 터널주변의 이완영역 등을 계측하고 분석하였다. 터널 한쪽 측벽이 변형될 때 변형되는 측벽의 하중은 지표면 경사와 토피고에 따라 유사하게 변화하는 경향을 보였고, 미소한 변위에서 지반파괴가 일어나면서 벽체하중이 초기하중보다 감소하였다. 따라서, 작은 벽체변형으로 인한 주변지반의 하중전이를 예측하고 대처할 필요가 크다고 판단된다. 천단부 하중변화는 지표면 경사의 영향을 받아 산측벽이나 계곡측벽 변형의 경우에 최대하중비가 증가하였고 그 변화량은 수평지반에 비해 크지 않았다. 지표침하는 계곡측벽이 변형될 때 넓은 범위에서 크게 발생하였고 그 발생위치는 터널중심축에서 멀어지는 경향을 보였다. 터널 주위지반의 하중전이는 산측벽과 계곡측벽이 변형될 때 상이하게 발생되는 것을 확인하였다. 따라서 설계 및 시공시 계곡측벽 변형에 유의하여 검토와 주의가 필요하다고 판단된다.
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요 약 문 ⅰ
그림목차 ⅴ
표 목 차 ⅷ
제 1 장 서 론 1
1.1 연구목적 및 필요성 1
1.2 연구내용 및 범위 2
제 2 장 이론적 배경 4
2.1 얕은 터널 4
2.1.1 얕은 터널의 정의 4
2.1.2 얕은 터널 주위지반의 변형 5
2.1.3 얕은 터널 주위지반의 하중 11
2.2 얕은 터널의 파괴거동과 주위지반의 이완 15
2.2.1 얕은 터널의 굴진면 파괴 15
2.2.2 얕은 터널의 함몰 파괴 17
2.2.3 얕은 터널의 측벽부 파괴 20
제 3 장 모형시험 23
3.1 개 요 23
3.2 시험변수 24
3.3 모형지반 25
3.4 모형시험기 26
3.4.1 모형시험기 구성 26
3.4.2 모형터널 27
3.5 계측시스템 31
3.6 모형시험의 수행 33
제 4 장 모형시험 결과 36
4.1 개 요 36
4.2 터널측벽 및 천단에 작용하는 하중 38
4.2.1 지표면 경사에 따른 측벽 및 천단하중 38
(1) 수평지반(A00 case) 38
(2) 지표면 경사 10°(A10 case) 40
(3) 지표면 경사 20°(A20 case) 43
4.2.2 토피고에 따른 측벽하중 45
(1) 토피고 0.5D 45
(2) 토피고 1.0D 46
(3) 토피고 1.5D 47
4.3 터널상부 지표면의 침하 49
4.3.1 지표면 경사에 따른 지표침하 50
(1) 수평지반(A00 case) 50
(2) 지표면 경사 10°(A10 case) 51
(3) 지표면 경사 20°(A20 case) 52
4.3.2 토피고에 따른 지표침하 54
(1) 토피고 0.5D 54
(2) 토피고 1.0D 55
(3) 토피고 1.5D 57
4.4 터널 주변지반의 하중전이 59
4.4.1 수평지반 조건(A00 case) 59
4.4.2 지표면 경사 10°조건(A10 case) 60
4.4.3 지표면 경사 20°조건(A20 case) 62
제 5 장 결과분석 및 고찰 64
5.1 개 요 64
5.2 터널 측벽부 하중 65
5.2.1 한계변위 65
5.2.2 측벽부 하중변화 66
5.3 터널 천단부 하중변화 69
5.4 지표침하 거동 72
5.4.1 최대침하범위 및 최대침하 위치 72
5.4.2 최대침하량 분석 75
5.5 하중전이 거동 77
5.6 터널주변 이완영역의 형상 81
5.6.1 토피고 변화에 따른 이완영역 81
5.6.2 지표면 경사 변화에 따른 이완영역 84
제 6 장 결 론 87
참고문헌 89
부 록 93
Abstract 121
