Determination of Deformation Modulus of Rock Mass with Measured Tunnel Displacement

측정된 터널변위에 의한 암반 변형계수의 결정

  • Park, Jae-Woo (Department of Geology, Kyungpook National University) ;
  • Park, Eun-Gyu (Department of Geology, Kyungpook National University) ;
  • Kim, Gyo-Won (Department of Geology, Kyungpook National University)
  • Published : 2007.12.30

Abstract

The major geotechnical parameters employed in tunnel design are deformation modulus, Poisson's ratio, friction angle, cohesion, etc. Among these parameters, the deformation modulus is the most significant parameter in tunnel deformation. However, determination of the modulus for rock mass by means of tests is very difficult due to factors affecting including discontinuities and sample size, etc. Thus input values used in the numerical analysis are generally determined by empirical method. A numerical analysis on tunnel was conducted with geotechnical parameters determined through the geological field mapping, laboratory tests, and evaluation of boring data, and some discrepancy between the computed result and tunnel displacements measured was found. Thus, further analyses by changing the deformation modulus of rock mass were performed to determine a relationship between the modulus and computed displacement. Data from two tunnel sites were used to verify the applicability of the proposed method and a correlative equation between deformation modulus and tunnel displacement is proposed. The deformation modulus of rock mass was around 30-40% of young's modulus of intact rock in these cases.

터널의 설계 시 변형계수, 포아송비, 내부마찰각, 점착력 등의 지반특성치가 이용되는데, 이 중 변형계수는 터널변위에 가장 큰 영향을 준다. 그러나 암반의 변형계수는 불연속면과 시료크기 등의 영향으로 시험으로 결정하기 매우 어렵기 때문에 주로 경험적인 방법에 의존하고 있다. 본 연구에서 현장조사, 실내시험, 및 시추조사를 통해 얻은 지반특성치에 근거하여 수치해석을 실시한 결과, 계산된 변위와 현장 계측치가 일치하지 않았다. 그래서 변형계수를 변화시키면서 반복해석을 실시하여 변형계수와 터널변위의 상관성을 구하였으며, 상관관계식은 2 터널에서 얻어진 자료에 근거하여 적합성을 검증하였는데, 이 현장에서는 암반의 변형계수가 암석 탄성계수의 약 $30{\sim}40%$정도인 것으로 보인다.

Keywords

References

  1. 건설교통부, 1998, 도로설계편람, 건설교통부, pp. 1,820
  2. 김교원, 김수정, 2006, 한반도 암종별 공학적 특성의 상관성 분석, 대한지질공학회, Vol. 16, No. 1, pp. 59-68
  3. 김영근, 장정범, 정한중, 1996, 경암지반 NATM 터널에서 암반분류 및 계측에 의한 최적지보공 선정에 관한 연구, 터널과 지하공간:한국암반공학회지, 6, 3, pp. 197-208
  4. 김호영, 박의섭, 1993, 터널 내공변위의 이론과 계측결과의 분석, 터널과 지하공간, 한국암반공학회지, Vol. 3, pp. 80-95
  5. 문승백, 양형식, 송승곤, 전양수, 한공창, 2001, 천층 광폭터널의 내공변위 및 침하거동특성 예측을 위한 수치해석적 연구, 터널과 지하공간, 한국암반공학회지, Vol. 11, No. 1, pp. 20-29
  6. 박연준, 유광호, 송한찬, 김기선, 이대혁, 2004, 3차원 수치해석을 이용한 터널막장 전방 지반 상태의 예측, 터널과 지하공간, 한국암반공학회지, pp. 440-449
  7. 한국지반공학회, 1996, 지반조사편람, 서울특별시
  8. 송승곤, 양형식, 임성식, 정소걸, 2002, 현장계측치를 이용한 경암지반 내 터널의 최종 변위량 예측, 터널과 지하공간, 한국암반공학회, Vol. 12, No. 2, pp. 99-106
  9. 이인모, 조국환, 최충식, 최민광, 이근하, 2005, 확장 Baysian 방법과 상대변위를 이용한 터널 역해석 기법, 한국지반공학회, 한국지반공학회 논문집, Vol. 21, No. 3, pp. 99-108
  10. 정형식, 김성환, 이상동, 김낙영, 1998, 통계적 방법에 의한 터널 최종변위량 예측에 관한 연구, 한국지반공학회, 춘계학술발표 논문집, pp. 347-356
  11. 최상현, 조국환, 2005, 상대변위를 이용한 지반정수 인식, 한국철도학회, 추계학술발표 논문집, Vol. 2005, pp. 1-6
  12. Anderson,J,M., 1996, Reducing Risk and Improving safety with Particular Reference to NATM,Proc. North American Tunnelling'96, Balkema, pp. 453-458
  13. Carranza-Torres, C., Fairhurst, C., 2000, Application of the convergence-confinement method of tunnel design to rock masses that satisfy the Hock-Brown failure criterion, Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 15, No. 2, pp. 187-213 https://doi.org/10.1016/S0886-7798(00)00046-8
  14. Valsov, S.N., Makovsky, L.V., Merkin,V.E., 2001, Accidents in transportation and Subway Tunnels, Elex-KM Publ. Moscow