• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제86권1호
• /
• pp.139-156
• /
• 2023

The reinforced concrete lining in the hydraulic pressure tunnel tends to crack during the water-filling process. The lining will be detached from the surrounding rock due to the inner water exosmosis along concrete cracks. From the previous research achievements, the cohesive element is widely adopted to simulate the concrete crack but rarely adopted to simulate the lining-rock interface. In this study, the zero-thickness cohesive element with hydro-mechanical coupling property is not only employed to simulate the traditional concrete crack, but also innovatively introduced to simulate the lining-rock interface. Combined with the indirect-coupled method, the hydro-mechanical coupling algorithm of the reinforced concrete lining in hydraulic pressure tunnels is proposed and implemented in the finite element code ABAQUS. The calculated results reveal the cracking mechanism of the reinforced concrete lining, and match well with the observed engineering phenomenon.

• 터널과지하공간
• /
• 제8권4호
• /
• pp.307-320
• /
• 1998

터널 라이닝은 터널의 최종 지보수단이며, 지반응력과 터널 지보재 사이의 상호작 용의 결과가 총체적으로 드러나는 면이다. 최근 콘크리트 라이닝에 발생하는 많은 균열로 인해 터널의 유지, 관리 측면에서 큰 어려움이 따르고 있어 이에 대한 해석이 요구되고 있 다. 본 연구에서는 실험과 수치해석을 통해 터널 라이닝의 역학적 거동 특성을 규명하였다. 특히 숏크리트오 콘크리트 라이닝을 모두 포함하는 복층 라이닝에대해 실험과 수치해석을 실시하여 두 라이닝 사이의 상호작용을 규명하였다. 실험은 터널 라이닝 모형 시험체에 대 해 하중, 측압, 라이닝 두께, 복층 라이닝, 복층 라이닝의 배면공동, 지반 모델 타설 등에 다양한 조건에 대해 실시하였다. 측압의 영향으로 라이닝 전반에 걸쳐 압축력이 분포하여 내하력을 증가시켰다. 라이닝의 두께가 50% 증가함에 Efkk 균열하중은 2배 정도 증가하였 다. 복층 라이닝의 배면공동으로 이해 라이닝의 내하력은 콘크리트 라이닝 두께 감소량고 k 같은 수준으로 감소하였다. 라이닝의 측벽부에 지반 모델을 타설한 경우 라이닝라이닝 어깨 부분의 밀림을 억제하여 균열하중 및 파괴하중이 크게 증가하였다. 수치해석에서는 인터페 이스 요소를 도입하여 복층 라이닝을 해석할 수 있는 수치해석 프로그램을 개발하여 실험 결과와 비교 해석을 실시하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제8권2호
• /
• pp.146-156
• /
• 1998

Nemerical algorithms were developed to analyze the behavior of the double lining as well as ground mass separately or simultaneously. A lining interface element was especially developed, verified and applied to the study on the coupled interaction of shotcrete and the concrete lining. It could be known fro parameter studys on double lining support systems that as the contact surface between shotcrete and concrete lining was rougher, the more decreased bearing capacity against the cracking of the system. If the thickness of the shotcrete increased, the bearing capacity of the double lining also increased linearly with the thickness. If the thickness of the concrete lining increased, the bearing capacity of the double lining had the relationship of the characteristic S-shape of a sigmoid function with the thickness. When the thickness increased over a given value, it was not useful to increase more the thickness because bearing capacity had no remarkable change. It could be concluded that the behavior of the shotcrete and concrete lining was generally reversed before and after the ratio of horizontal to vertical earth preassure of 1.0 and 0.5 respectively. Therefore, we could guess that the movement which two shotcrete and concrete lining deflect toward each other around the crown caused a friction between two linings and thus this disadvantageous effect could contribute to reducing the bearing capacity against the cracking.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제17권6호
• /
• pp.575-586
• /
• 2015

NATM터널의 콘크리트 라이닝에 작용하는 지반하중을 산정하는 방법으로 수치해석적 기법인 지반-라이닝 상호작용모델(Ground-Lining Interaction Model, GLI 모델)에 의한 지반하중 산정방법이 제안되었다. 그러나, 기존의 GLI 모델은 지반과 지보재 또는 콘크리트 라이닝 사이에 존재하는 계면(Interface)의 구조적 역할을 반영하지 못하였다. 이에 본 연구에서는 기존의 GLI 모델에 계면요소를 반영하여 보다 실제에 가까운 모델로 구현하였다. 그리고, 지반조건 및 토피별 지반하중을 수치해석을 통해 산정하고 기존의 GLI모델 지반하중 상관식을 수정하여 제안하였다. 연구결과, 기존 모델에 비해 계면요소 반영시 지반하중은 토피두께에 따라 IV등급 지반조건에서는 평균 88~106%, 풍화토 지반조건에서는 평균 47~57% 수준으로 감소하였다. 본 연구결과로 콘크리트 라이닝에 작용하는 지반하중을 실제에 가까운 모델로 산정할 수 있으며, 상관식을 이용하여 일관되고 경제적인 설계가 가능하게 될 것으로 예상된다.

• 터널과지하공간
• /
• 제11권4호
• /
• pp.339-343
• /
• 2001

쉴드 터널과 같이 토사 지반 혹은 연암 지역에 건설되는 원형 단면을 가진 터널은 지진 시에 지반의 전단변형의 영향을 받아 좌우교차로 경사진 타원형상의 변형을 반복한다. 본 논문에서는 이 진동모드를 이용하여 지반-터널계의 상호작용에 관하여 검토하였다. 터널주변지반은 균질한 탄성체로 가정되었고 지반-터널라이닝 경계가 완전히 부착되어 있는 경우에 대한 상호작용효과를 검토하였다. 지반의 포아송비 및 강성이 증가할수록 지반으로부터 터널라이닝에 전달되는 변형률이 증가함을 확인할 수 있었다.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제71권6호
• /
• pp.699-712
• /
• 2019

The reinforced concrete lining of hydraulic pressure tunnels tends to crack under high inner water pressure (IWP), which results in the inner water exosmosis along cracks and involves typical hydro-mechanical interaction. This study aims at the development, validation and application of an indirect-coupled method to simulate the lining cracking process. Based on the concrete damage plasticity (CDP) model, the utility routine GETVRM and the user subroutine USDFLD in the finite element code ABAQUS is employed to calculate and adjust the secondary hydraulic conductivity according to the material damage and the plastic volume strain. The friction-contact method (FCM) is introduced to track the lining-rock interface behavior. Compared with the traditional node-shared method (NSM) model, the FCM model is more feasible to simulate the lining cracking process. The number of cracks and the reinforcement stress can be significantly reduced, which matches well with the observed results in engineering practices. Moreover, the damage evolution of reinforced concrete lining can be effectively slowed down. This numerical method provides an insight into the cracking process of reinforced concrete lining in hydraulic pressure tunnels.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제10권7호
• /
• pp.167-177
• /
• 2009

본 연구에서는 터널 붕괴붕락의 유형 중 국부 암괴하중에 의한 숏크리트 라이닝의 파괴특성을 유한요소 해석을 통해 고찰하였다. 우선, 기존 터널 라이닝 파괴특성을 보다 체계적으로 파악하기 위하여 암반과 숏크리트체 강성비와 부착강도의 특성에 변화를 주어 총 9가지의 조건을 설정하였다. 각 조건에 대한 블록낙하실험(falling block test)환경에서 수치해석을 수행하여 파괴양상을 고찰해 보고 기존의 이론적 파괴 메카니즘과 비교/평가하여 보았다. 결과적으로, 기존 문헌에서 언급된 4가지 파괴모드(점착파괴(adhesive failure), 직접전단파괴(direct shear failure), 휨인장파괴(flexural failure) 및 휨전단파괴(punching shear failure))가 모두 구현되긴 하였으나, 점착파괴는 항상 타 파괴유형과 동반되어 나타나며, 별도의 파괴유형으로 분류하는 것은 부적절하다고 판단되었다. 또한 기존 관련 연구에서는 터널공학의 주요개념인 아칭효과에 대해 고려치 않고 단순보 개념하에서 라이닝의 파괴특성을 고찰하였으며, 굴착에 의해 부가되는 라이닝의 초기 축력을 고려치 않고 있다. 이에 대해 터널특성에 부합된 경계조건들을 고려하여 신규 라이닝 파괴모드를 재 고찰하였으며, 곡률이 있는 터널 라이닝조건에서는 크게 두 가지 파괴유형으로 분류할 수 있는 것으로 파악되었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
• /
• 한국지반공학회 2004년도 춘계학술발표회
• /
• pp.407-414
• /
• 2004

Interfacial properties between rock mass and shotcrete play a significant role in the transmission of loads from the ground to shotcrete. These properties have a major effect on the behaviours of rock mass and shotcrete. They, however, have merely been assumed in most of numerical analyses, and little care has been taken in identifying them. This paper aimed to identify interfacial properties including cohesion, tension, friction angle, shear stiffness, and normal stiffness, through direct shear tests as well as interface normal compression tests for shotcrete/rock cores obtained from a tunnel sidewall. Mechanical properties such as compression strength and elastic modulus were also measured to compare them with the time-dependent variation of interfacial properties. Based on experiments, interfacial properties between rock and shotcrete showed a significant time-dependent variation similar to those of its mechanical properties. In addition, the time-dependent behaviours of interfacial properties can be well regressed through exponential and logarithmic functions of time.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제20권5호
• /
• pp.79-86
• /
• 2004

지반과 숏크리트 사이의 인터페이스 특성은 지반하중이 숏크리트 라이닝에 전달되는 과정에서 중요한 역할을 한다. 또한 인터페이스 특성은 지반 및 숏크리트 라이닝의 거동에 상당한 영향을 미친다. 그러나 대부분의 수치 해석적 연구에서는 이러한 인터페이스 특성을 단순히 가정하여 적용해 왔으며 이를 규명하기 위한 시도도 거의 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 터널 측벽에서 회수된 숏크리트/암석 코어에 대해 직접전단시험과 인터페이스 수직압축시험을 실시하여 점착력, 인장강도, 마찰각, 전단강성 및 수직강성과 같은 인터페이스 특성을 규명하고자 하였다. 인터페이스 특성의 시간 의존적인 변화양상과 비교하기 위하여 압축강도와 탄성계수와 같은 숏크리트의 역학적 물성도 측정하였다. 실험결과로부터, 지반과 숏크리트 라이닝 사이의 인터페이스 특성은 역학적 물성과 유사하게 상당한 시간 의존적 거동을 보인다는 것을 확인하였다. 또한 인터페이스 특성의 시간의존적인 거동을 지수함수와 로그함수 형태로 잘 근사 시킬 수 있었다.