지중 내 공동 확장에 따른 이완영역 확인을 위한 실험적 연구
Experimental Study for Confirmation of Relaxation Zone in the Underground Cavity Expansion
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최근 도심지에서 인적, 물적 피해를 초래하여 경제적 손실을 수반하는 지반함몰이 빈번히 발생하고 있다. 이는 노후화된 상하수관거의 파손으로 인한 토사유실, 다짐불량, 수평굴착, 수직굴착시 토류벽 차수미흡 등 인위적 요인에 의하여 대다수 발생한다. 지반함몰은 탐사를 통하여 사전 복구 및 보강을 통해 예방이 가능하지만 현존하는 공법으로는 긴급복구에 적용하기에어려움이 있다. 본 연구에서는 비개착식 지반공동 긴급복구 기술 개발을 위해 지하수흐름에 의한 지중 내 공동을 모사하는 모형실험을 진행하였으며, 조성된 공동 주변을 자체제작한 이완영역탐지기를 이용하여 탐지하므로써 이완영역 범위를 추정하였다. 또, 모사지반내 형성된 공동에 석고를 주입함으로써 교란영역과 이완영역을 구분하였다. 지하수 흐름에 의한 지중 공동의 형상은 선행연구 되었던 상수관거 파손시 내부 압력에 의해 조밀한 상대밀도의 지반에서 조성된 파괴모드III와 유사하였으며, 이완영역탐지기를 이용하여 탐지된 공동은 상부에서 아칭형태로 형성됨을 확인 할 수 있었다. 또한, 지반에서 공동 중심상부에서 이완영역과 교란영역의 길이비는 2:1로 형성되며, 외력에 대한 전단저항력의 감소의 차이인해 구분될 수 있음을확인하였다. 즉, 사전보수 및 보강시 주입재로 사용되는 재료의 팽창성을 고려하여 2차 피해가 발생되지 않도록 주의해야함을확인 할 수 있었으며, 추후 추가적인 실험을 통하여 다양한 지반변형 상태를 추가로 실시할 예정이다.
Abstract
Recently, there have been frequent occurrences of ground sink in the urban area, which have resulted in human and material damage and are accompanied by economic losses. This is caused by artificial factors such as soil loss, poor compaction, horizontal excavation due to the breakage of the aged sewage pipe, and lack of water proof at vertical excavation. The ground sink can be prevented by preliminary restoration and reinforcement through exploration, but it can be considered that it is not suitable for urgent restoration by the existing method. In this study, a model experiment was carried out to simulate the in-ground cavities caused by groundwater flow for developing non-excavation urgent restoration in underground cavity and the range of the relaxation zone was estimated by detecting the around the cavity using a relaxation zone detector. In addition, disturbance region and relaxation region were separated by injecting gypsum into cavity formed in simulated ground. The shape of the underground cavity due to the groundwater flow was similar to that of the failure mode III formed in the dense relative density ground due to water pipe breakage in the previous study. It was confirmed that the relaxed region detected using the relaxation zone detector is formed in an arch shape in the cavity top. The length ratio of the relaxation region to the disturbance region in the upper part of the cavity center is 2: 1, and it can be distinguished by the difference in the decrease of the shear resistance against the external force. In other words, it was confirmed that the secondary damage should not occur in consideration of the expandability of the material used as the injecting material in the pre-repair and reinforcement, and various ground deformation states will be additionally performed through additional experiments.
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