Investigating the Stress on Fault Plane Associated with Fault Slip Using Boundary Element Method

경계요소법을 이용한 단층 슬립에 따른 단층면 응력에 관한 연구

Avoiding a fault zone would be a best practice for safety in underground construction, which is only sometimes possible because of many restrictions and other field conditions. For instance, there is an ongoing conception of Korea-Japan subsea tunnels that inevitably cross a massive fault system in the Korea Strait. Therefore it was deemed necessary to find an efficient way of predicting the likely behaviour of underground structures under fault slip. This paper presents the findings from simple numerical analysis for investigating the stress induced at a normal fault with a dip of 45 degrees. We used a boundary element software that assumed constant displacement discontinuity, which allowed the displacement to be estimated separately at both the fault's hangingwall and footwall sides. The results suggested that a principal stress rotation of 45 degrees occurred at the edges of the fault during the slip, which was in agreement with the phenomenon for fault plane suggested in the body of literature. A simple numerical procedure presented in this paper could be adopted to investigate other fault-related issues associated with underground structure construction.

안전을 위해 단층대를 피해 지하구조물을 건설하는 것이 가장 바람직하겠지만 현실적인 제약과 현장의 조건 때문에 이것이 언제나 가능한 것은 아니다. 예를 들어, 지속해서 논의가 진행 중인 한일 해저터널의 경우 어쩔 수 없이 대한해협의 단층대를 통과해야 한다. 따라서 단층 슬립 시 지하구조물의 잠재적인 거동을 파악하는 효율적인 방법이 필요하다. 본 고에서는 비교적 간단한 수치해석을 이용해 경사가 45도인 정단층에 발생한 응력에 관한 연구 결과를 수록하였다. 균열면에서 변위가 불연속적이라는 가정을 바탕으로 경계 요소 수치해석 프로그램을 이용해 단층의 상반과 하반에서 각기 다르게 발생한 변위를 산정 할 수 있었다. 우리는 해석 결과를 통해 단층 슬립 시 단층면에서 주응력의 방향이 45도 회전했으며 이것이 선행 연구와도 일치함을 확인했다. 본 연구에서 사용한 수치해석적 접근 방법을 지하구조물 건설과 관련된 다른 단층대 문제에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.