암반터널 안정성 평가를 위한 손상제어실험 기반의 한계변형률에 관한 연구 = A study on critical strain based damage-controlled test for the evaluation of rock tunnel stability

국문 초록 (Abstract)

일반적으로 터널 시공현장에서는 계측된 천단 및 내공변위와 계측관리기준을 비교하여 터널의 안정성을 판단한다. 현재 계측관리기준은 지반조건, 터널단면의 크기, 시공방법, 지보재량 등을 고려한 경험을 통해 세워지고 있는 실정이다. 따라서 새로운 계측관리기준으로 한계변형률을 이용하는 방법에 대한 연구가 다수 수행되었다. 그러나 대부분의 연구는 일축압축강도실험에서 얻어진 한계변형률을 기준으로 삼고 있어 실제 터널 굴착 시 발생하는 응력의 증가 및 종방향 아칭에 의한 암반 손상을 고려하지 않는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 대표 암종인 화강암과 편마암의 한계변형률 특성을 조사하기 위하여 일축압축강도실험과 응력의 증가 및 종방향 아칭을 고려한 손상제어실험을 수행하였다. 손상제어실험에서 얻어진 한계변형률은 일축압축강도실험에서 얻어진 한계변형률보다 다소 작게 나타났다. 이는 일축압축강도실험에서 얻은 한계변형률은 터널 굴착 시의 응력이력을 고려하여 다소 감소시켜야 한다는 것을 의미한다. 또한 대심도 터널에서 흔히 발생하는 취성파괴를 평가하기 위한 손상한계변형률을 제안하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In general, the tunnel stability during excavation is assessed by comparing measured displacements at roof and sidewall to control criteria. The control criteria were established based on the past experience that considered ground conditions, size of the tunnel cross section, construction method, supports, etc. Therefore, a number of researches on the control criteria using the critical strain have been conducted. However, the critical strain obtained from uniaxial compression tests have drawbacks of not taking damage in rock mass due to increase of stress level and longitudinal arching into account. In this paper, damage-controlled tests simulating stress level and longitudinal arching during tunnel excavation were carried out in addition to uniaxial compression tests to investigate the critical strain characteristics of granite and gneiss that are most abundant rock types in Korean peninsula. Then, the critical strains obtained from damage-controlled tests were compared to those from uniaxial compression tests; the former showed less values than the latter. These results show that the critical strain obtained from uniaxial compression tests has to be reduced a little bit to take stress history during tunnel excavation into account. Moreover, the damage critical strain was proposed to be used for assessment of the brittle failure that usually occurs in deep tunnels.

참고문헌 (Reference)

• 1 박시현, "한계변형률 개념을 활용한 터널 안정성 평가에 관한 연구" 한국지반공학회 23 (23): 29-41, 2007
• 2 한국터널공학회, "터널표준시방서"
• 3 신용석, "터널공학을 중심으로 한 한계변형률의 공학적 적용성" 사단법인 한국터널지하공간학회 11 (11): 403-410, 2009
• 4 이강현, "지하공동의 취성파괴 예측을 위한 암석물성 및 손상지수 평가" 사단법인 한국터널지하공간학회 11 (11): 327-351, 2009
• 5 김영수, "일축압축 한계변형률에 의한 암반터널 변위기준 적용성 평가" 대한토목학회 29 (29): 321-329, 2009
• 6 김영수, "실험적 연구를 통한 퇴적암의 한계변형률 특성에 관한 연구" 한국지반공학회 211-219, 2008
• 7 서용석, "수평경사계를 이용한 터널내 선행변위 측정에 관한 연구" 4878-4883, 2003
• 8 Martin, C.D., "The progressive fracture of lac du bonnet granite" 31 (31): 643-659, 1994
• 9 김영수, "Mohr-Coulomb의 파괴기준을 기본으로한 퇴적암의 한계변형률 특성에 관한 연구" 한국지반공학회 821-832, 2008
• 10 Sakurai, S., "Lessons learned from field measurements in tunnelling" 12 (12): 453-460, 1997
• 11 ISRM, "Basic geotechnical description of rock masses" 18 (18): 87-110, 1981
• 12 Sakurai, S., "An evaluation technique of displacement measurements in tunnels" (317) : 93-100, 1982