굴착영향을 고려한 지하공동의 탄소성해석

Elasto-Plastic Analysis of Underground Openings Considering the Effect of Excavation

지하공동의 거동은 굴착전에 암반에 존재하는 초기응력의 크기와 굴착에 따른 공동주변에서의 응력재분배에 많은 영향을 받는다. 암반과 같은 탄소성 재료인 경우 굴착으로 인한 공동주변의 거동은 응력경로의 영향을 받기 때문에 굴착방법과 순서 등에 따라 해석결과는 달라지게 된다. 따라서 지하 원자력발전소, 방사성폐기물 영구처분시설, 원유비축시설 등과 같은 대단면을 갖는 지하공동을 보다 합리적으로 설계하기 위해서는 해석과정에 굴착으로 인한 영향을 반영하는 것이 바람직하다. 본 연구에서는 굴착으로 인한 응력변화를 파악하기 위해서 유한요소법과 개별요소법에 의한 수치해석을 각각 수행하였다. 해석결과를 분석한후 합리적인 굴착단면형상, 굴착방법 및 순서, 지보효과, 다공동 굴착시 인접공동의 굴착으로 인한 영향 등을 검토하였다.

The behavior of the underground opening depends mainly on the magnitude of the initial stress existing before excavation and on the stress redistribution due to the excavation. In the case of elasto-plastic materials such as rock mass, as the structural behavior of surrounded opening due to excavation depends on the stress path, methods and sequence of excavation have influences on the results of numerical analysis. Therefore, in order to design underground openings with large cross-section such as underground nuclear power plants, radioactive waste disposal cavems, oil storage caverns, and so on more reasonably it is desirable to consider the effect of the excavation sequence in the analysis. In this paper, the underground structure is analyzed using the finite element method and the distinct element methods with a view to review the the effect of the excavation sequence. Based on the results of the analysis the followings are discussed : influence of excavation shape and sequence, effect of structural reinforcements, influence of multi caverns.