3차원 지하공동 굴착 및 지보의 진행에 따른 암반의 응력경로에 관한 연구
The Stress Path of the Rock Mass due to the Advance of 3-D Underground Excavation and Support
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초록
본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 통하여 지하공동 굴착 및 지보의 진행에 따른 암반의 응력경로를 분석하였다. 지보작업 모델링은 숏크리트와 록볼트에 대하여 각각 수행하였고 측압계수(K=0.62, 2.44, 4.26) 변화에 따른 응력경로를 분석하였다. 그 결과 지보설치로 인하여 지하공동 굴착면의 최종 응력상태는 무지보일 경우보다 최소주응력이 1.4배～2배 증가한 삼축응력상태를 나타내었다. 굴착 및 지보의 진행에 따른 지하공동 주변의 안정성 평가를 위하여 응력경로와 파괴포락선의 관계를 나타내는 추세이격비와 추세각의 개념을 도입하였다. 무지보일 경우와 비교하면 추세이격비는 숏크리트 타설로 인하여 6.8%～9.1% 록볼트 설치로 인하여 6.4%～11% 증가하였고, 불안정한 영역으로 진입하는 추세각의 빈도는 숏크리트 타설로 인하여 8%～12% 록볼트 설치로 인하여 3%～11% 감소함으로써 지하공동의 안정성이 향상되었다.
Abstract
This study presents the 3 dimensional finite element analysis of the stress path of the rock mass around an underground opening i.e. a tunnel, while the excavation and support are progressed. The effects of shotcrete and rockbolt supports on the stress path are analyzed, while the lateral coefficient of earth pressure K is varied from 0.62, 2.44 to 4.26. Compared to the unsupported excavation, the shotcrete and rockbolt supports increase the minor principal stress around the excavation surface by 1.4 to 2 times, resulting a triaxial stress state. In this study the concept of trend distance ratio and trend angle are also used to analyze the stability assessment of the rock mass around an underground opening. It is noted that the shotcrete and rockbolt supports improve the stability of the underground opening by the amount of 6.8%～9.1% and 6.4%～11% in terms of the trend distance ratio, 8%～12% and 3%～11% in terms of the trend angle, compared with the unsupported case.
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