축소모형실험을 통한 지하철 병설터널의 안정성평가 사례연구
Case study for Stability Estimation of Subway Twin Tunnels Using Scaled Model Tests
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초록
본 연구에서는 일정한 방향의 층리가 발달한 퇴적암에 굴착된 지하철 병설터널을 모델링하여 축소모형실험을 실시하였다. 연구대상 터널의 규격은 6.2 m×6.8 m이고 필러 폭은 4 m이다. 차원해석을 통해현장암석에 적합한 모형재료를 선정하였고, 이를 사용하여 이방성 모형시험체를 제작하였으며 이축압축시험을 통해 터널의 파괴 및 변형거동을 알아보았다. 모형시험체에 하중을 증가시킴에 따라 필러의 중앙부에서 병설터널 사이를 가로지르는 최초의 균열이 발생하였고, 터널 천정부와 바닥부에서도 점차 파괴가 진행되었다. 필러부의 모든 균열은 기존의 층리면을 따라 발생하여 암반의 층리면이 필러 파괴의주요 원인으로 나타났다. 또한, FLAC의 유비쿼터스 절리모델을 사용하여 실험 조건에 대한 수치해석을실시함으로써 실험의 결과를 검증해 보았다. 여기서 얻어진 소성영역의 분포경향은 모형실험의 결과와대체로 부합하여 실험의 신뢰성을 확인하였다.
Abstract
A scaled model test was performed to evaluate the stability of subway twin tunnels excavated in the sedimentary rocks with subhorizontal bedding planes. The size of studied tunnel was 6.2 m×6.8 m and pillar width was 4 m. The anisotropic model test specimen was manufactured with the modeling materials suitable for in-situ rocks by way of dimensional analysis. Fracture and deformation behaviors of tunnels according to applied loads were investigated through the biaxial compression test. As the load was increased on the model specimen, the first crack occurred in the middle part of the pillar across twin tunnels and the gradual fractures progressed at crown and floor of twin tunnels. All the cracks in pillar were generated along the existing bedding planes so that they were found to be the main cause of the pillar failure. In addition, the test results were verified by numerical analysis on the experimental conditions using FLAC ubiquitous joint model. The distribution of plastic regions obtained from numerical analysis were in general agreement with test results, confirming the reliability of the scaled model test conducted in this study.
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