심부 급경사 연약층의 채굴 진생에 따른 주변 암반 거동의 탄소성 해석 및 현장계측
Elasto-plastic Analysis and In-situ Measurement on Rock Behaviors with Stepwise Excavation of the Steep Soft Seam at a Great Depth
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초록
연약층과 견고한 암반층이 습곡형태로 혼재된 지질조건의 지하 심부 채굴 현장을 대상으로, 심부 급경사 연약층의 단계적 굴착 진행에 따른 갱도 및 주변 암반의 거동 양상을 전산해석과 현장계측을 통하여 비교 분석하였다. 전산해석에서는 Hoek & Brown의 경험적 파괴기준 및 변형률연화모델을 적용한 탄소성 해석 기법을 이용하였다. 현장계측에서는 유압캡슐, 지중변위계, 내공변위계를 갱도 및 주변 암반에 설치하여 응력과 변위를 계측하였다. 경험적 파괴조건 및 변형률연화모델을 이용한 탄소성 해석은, 현장 지질조건 및 채굴과정의 복잡함에도 불구하고 현장계측결과와 유사한 양상을 보여주어 타당성을 검증할 수 있었다. 이러한 전산해석 및 현장계측의 비교를 통해 지하 굴착 갱도의 변형 거동 과정을 예측하고 이후의 굴착 및 지보보강 설계의 지침을 제공할 수 있을 것이다.
Abstract
For the deep underground excavation site with the geological complexity of soft seam and hard rock, the numerical analysis and in-situ measurement on the behaviors of roadway and surrounding rock according to stepwise excavation of the steep soft seam are carried out. The strata behavior is modeled using elasto-plastic FEM considering the empirical failure criteria of Hoek & Brown and the strain-softening model. Hydraulic pressure capsule, MPBX and tape extensometer are installed around the roadway for the in-situ measurement of rock stress and deformation. Despite the complexity of geology and excavation procedure, the elasto-plastic analysis considering the empirical failure criteria of Hoek & Brown and the strain-softening model shows good agreement with the in-situ measurement. Comparison of numerical modeling with in-situ measurement enables to predict the behaviors of the roadway and to obtain design parameters for the excavation and support at depth.
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