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ABSTRACT
목차
제1장 서론 20
1.1. 연구배경 20
1.2. 연구 목적 및 범위 22
1.3. 논문 구성 23
제2장 원형수직터널 토압 산정 24
2.1. 원형수직터널의 거동 특성 24
2.1.1. 아칭 효과 24
2.1.2. 원형수직터널의 아칭 효과 26
2.1.3. 원형수직터널의 지반 거동 27
2.1.4. 접선방향 응력 30
2.1.5. 반경방향 응력 34
2.1.6. 배면지반의 파괴형상 38
2.2. c-ø 지반에 적용 가능한 토압계수 44
2.2.1. c-ø 지반에 적용 가능한 토압계수 산정 44
2.2.2. c-ø 지반 토압계수 검토 49
2.3. c-ø 지반의 원형수직터널에 작용하는 토압 54
2.3.1. 원형수직터널 토압식 산정 54
2.3.2. 원형수직터널 토압식 검토 64
2.4. 다층지반에서의 토압식 적용 73
2.4.1. 상재하중 및 다층지반의 적용을 위한 토압식 산정 73
2.4.2. 다층지반의 적용을 위한 토압식 74
제3장 실내 실험 78
3.1. 실내실험 장치 개발 78
3.1.1. 기존의 모형실험 78
3.1.2. 실험 장치 제작 82
3.1.3. 모형실험장비 검증 88
3.2. 실내실험 조건 90
3.2.1. 실내실험 적용 시료 90
3.2.2. 실내실험 조건 및 방법 91
3.2.3. 지반 조성 결과 92
3.3. 건조한 지반에서의 전체 동시 굴착 실험 94
3.3.1. 벽체 변위에 따른 토압의 변화 94
3.3.2. 이론식과 모형실험 결과의 비교 및 분석 96
3.4. 단계별 굴착 실험 결과 99
3.4.1. 건조한 지반조건에서의 실험결과 99
3.4.2. 불포화 지반에서의 실험결과 106
3.4.3. 다층지반에서의 실험결과 113
3.5. 단계별 굴착 실험 결과 분석 118
3.5.1. 지반조건에 따른 결과 분석 118
3.5.2. 기존 이론식과의 분석 124
3.5.3. 단계별 굴착시 토압변화 분석 127
제4장 새로운 파괴면의 적용 134
4.1. Log-spiral 형태의 파괴면 134
4.1.1. 실내실험에서의 파괴면 예측 134
4.1.2. Log-spiral 곡선의 파괴면 및 정의 136
4.1.3. 새로운 파괴면의 적용 140
4.2. 수치해석을 통한 이완영역 산정 143
4.2.1. 수치해석의 목표 및 조건 143
4.2.2. 수치해석 결과 분석 144
4.3. 새로운 곡선형 파괴면의 적용 150
4.3.1. Log-spiral 곡선을 이용한 파괴면 산정 150
4.3.2. 새로운 파괴면의 토압식 적용 154
4.3.3. 파괴면 변화에 따른 응력산정 및 검토 157
4.3.4. 새로운 파괴면을 적용한 경우와 실내실험 결과와의 비교 164
제5장 침투력을 고려한 원형수직터널의 거동 167
5.1. 기존 원형수직터널 연구에서의 지하수 고려 167
5.2. 원형수직터널의 침투 특성 172
5.3. 원형수직터널의 침투력 산정 범위 및 흐름 특성 분석 175
5.3.1. 원형수직터널 침투력 산정범위 175
5.3.2. 침투해석을 통한 예상 파괴면의 수두 분석 177
5.4. 침투력을 고려한 이론식 산정 183
5.4.1. 침투력을 고려한 토압계수식 산정 183
5.4.2. 침투력을 고려한 원형수직터널에 작용하는 응력 산정식 187
5.4.3. 침투력을 고려한 원형수직터널 작용 응력 산정 191
제6장 결론 198
참고문헌 202
그림 2.1.1. 수명터널 굴착시 3차원적인 아칭효과 24
그림 2.1.2. 위로 볼록한 아치(Convex arch) 25
그림 2.1.3. 아래로 볼록한 아치(Inverted arch) 25
그림 2.1.4. 원형수직터널의 위로 볼록한 아치(Convex arch) 26
그림 2.1.5. 원형수직터널의 아래로 볼록한 아치(Inverted arch) 26
그림 2.1.6. 원형수직터널 토체에 작용하는 지반응력 28
그림 2.1.7. 원형수직터널 배면지반의 주응력상태에 따른 파괴모드 29
그림 2.1.8. 접선방향응력의 작용 개요 30
그림 2.1.9. 토체에서의 응력상태 (Terzaghi, 1943) 31
그림 2.1.10. Prater(1977)의 미소토체 32
그림 2.1.11. 소성도달시점의 응력상태 (Wong과 Kiaser, 1988) 32
그림 2.1.12. 실내실험 결과와 이론 토압 비교(이인모 등, 2007) 33
그림 2.1.13. 도량형 파괴의 경계면에서 최소주응력 방향의 변화 34
그림 2.1.14. Coulomb의 흙쐐기 35
그림 2.1.15. Horrop-Williams(1989)의 미소토체 36
그림 2.1.16. 미소토체에서의 응력회전(Paik과 Salgado, 2003) 37
그림 2.1.17. Prater(1977)의 가정 이완영역 39
그림 2.1.18. 파괴면의 경사각 산정 (Prater, 1977) 39
그림 2.1.19. Britto와 Kusakabe(1983)의 연구의 이완영역의 형상 40
그림 2.1.20. 내공변위 제어법을 이용한 설계 개요 40
그림 2.1.21. Wong과 Kaiser의 이완영역 형상 41
그림 2.1.22. 파괴면 형상에 대한 실내시험 결과(신영완, 2004) 42
그림 2.2.1. 미소토체에 작용하는 응력형태(Paik과 Salgado, 2003) 45
그림 2.2.2. 벽면에 작용하는 응력의 Mohr 원 46
그림 2.2.3. 주동 토압계수 검토 결과 (기존식과의 비교) 50
그림 2.2.4. 제안식의 주동 토압계수 검토 결과(δ＝0°) 50
그림 2.2.5. 제안식의 주동 토압계수 검토 결과(δ＝25°) 51
그림 2.2.6. δ변화에 따른 주동 토압계수 52
그림 2.3.1. 원형수직터널의 깔대형 이완영역 55
그림 2.3.2. Case 13 미소토체에서 힘의 평형 58
그림 2.3.3. Case 14, 15, 16 미소토체에서 힘의 평형 59
그림 2.3.4. 토압산정결과 (c＝0.0, δ＝0.0ø) 65
그림 2.3.5. 토압산정결과 (c≠0.0, δ＝0.0ø) 67
그림 2.3.6. 토압산정결과 (c＝0.0, δ＝0.5ø) 69
그림 2.3.7. 토압산정결과 (c≠0.0, δ＝0.5ø) 71
그림 2.4.1. 상재하중이 작용하는 지반개요 73
그림 2.4.2. 토압 해석 모델 적용 지반 형상 및 지반 특성치 75
그림 2.4.3. 다층지반의 원형수직터널에 작용하는 토압 비교 76
그림 3.1.1. Herten과 Pulsfort(1999)의 실험장비 및 실험결과 79
그림 3.1.2. Tobar과 Meguid(2009)의 실험장비 및 실험결과 80
그림 3.1.3. 천병식 등(2004)의 실험장비 및 결과 81
그림 3.1.4. 이인모 등(2007)의 모형실험 장비 및 결과 81
그림 3.1.5. 모형 토조 모식도 83
그림 3.1.6. 제작된 토조와 강사장치 84
그림 3.1.7. 강사장치 84
그림 3.1.8. 분산체 85
그림 3.1.9. 모형벽체 86
그림 3.1.10. 벽체지지대 형상 86
그림 3.1.11. 제어장치 87
그림 3.1.12. 계측장비 88
그림 3.1.13. 정수압 측정 실험 전경 89
그림 3.1.14. 정수압 측정 결과 89
그림 3.2.1. 시료의 입도분포곡선 90
그림 3.2.2. 시료의 전단실험 결과 91
그림 3.2.3. 강사 전경 93
그림 3.2.4. 조성된 실험 지반 93
그림 3.2.5. 지반 조성 결과 93
그림 3.3.1. 벽체 변위에 따른 토압 변화 (H/R＝6.857) 94
그림 3.3.2. 벽체 변위에 따른 토압 분포 변화 (H/R＝6.857) 96
그림 3.3.3. 전체 동시 굴착시 실내실험 토압 분포 97
그림 3.3.4. 제안식 및 실내실험 토압 분포(전체 동시 굴착) 98
그림 3.4.1. 벽체의 단계별 굴착순서 99
그림 3.4.2. 1단 벽체 굴착시 토압변화(H/R＝8.000) 101
그림 3.4.3. 2단 벽체 굴착시 토압변화(H/R＝8.000) 101
그림 3.4.4. 4단 벽체 굴착시 토압변화(H/R＝8.000) 102
그림 3.4.5. 8단 벽체 굴착시 토압변화(H/R＝8.000) 102
그림 3.4.6. 최종 토압 분포 (단계별 굴착) 106
그림 3.4.7. 화강 풍화토에서 중량 함수비별 겉보기 점착력 관계(이인모 등, 2010) 107
그림 3.4.8. 1단 굴착 시 깊이별 토압의 변화(함수비 0.5%, H/R＝8.000) 109
그림 3.4.9. 2단 굴착 시 깊이별 토압의 변화(함수비 0.5%, H/R＝8.000) 109
그림 3.4.10. 4단 굴착 시 깊이별 토압의 변화(함수비 0.5%, H/R＝8.000) 110
그림 3.4.11. 8단 굴착 시 깊이별 토압의 변화(함수비 0.5%, H/R＝8.000) 110
그림 3.4.12. 토압 분포 (함수비 0.5%) 113
그림 3.4.13. 다층지반 모사 개요 114
그림 3.4.14. 1단 굴착 시 깊이별 토압의 변화 (다층지반) 114
그림 3.4.15. 2단 굴착 시 깊이별 토압의 변화 (다층지반) 115
그림 3.4.16. 4단 굴착 시 깊이별 토압의 변화 (다층지반) 115
그림 3.4.17. 8단 굴착 시 깊이별 토압의 변화 (다층지반) 116
그림 3.4.18. 최종 토압 분포 (다층지반) 117
그림 3.5.1. 건조한 지반 조건에서의 실험결과 118
그림 3.5.2. 단계별 실험결과 및 이론식 토압 분포 119
그림 3.5.3. 건조한지반 및 불포화지반의 실험결과 120
그림 3.5.4. 불포화지반의 직접전단실험 결과 121
그림 3.5.5. 불포화지반의 토압분포 (함수비 0.5%) 121
그림 3.5.6. 다층지반의 토압분포(R＝16cm, H/R＝6.000) 122
그림 3.5.7. 단계별 벽체 굴착실험 토압분포(R＝16cm, H/R＝6.000) 123
그림 3.5.8. 지반에 작용하는 저항력(τ)과 수직응력(σv)(이미지참조) 124
그림 3.5.9. 건조한 지반의 결과와 이론식의 비교(R＝16cm) 125
그림 3.5.10. 불포화 지반(c-ø 지반)의 결과와 이론식의 비교(R＝16cm) 126
그림 3.5.11. 다층 지반의 결과와 이론식의 비교(R＝16cm) 127
그림 3.5.12. 1단 벽체에서의 토압변화(R＝12cm, H/R＝8.000) 128
그림 3.5.13. 2단 벽체에서의 토압변화(R＝12cm, H/R＝8.000) 128
그림 3.5.14. 3단 벽체에서의 토압변화(R＝12cm, H/R＝8.000) 129
그림 3.5.15. 제안식의 파괴면의 증가 경향 130
그림 3.5.16. 실내실험의 파괴면 증가 예상 경향 130
그림 3.5.17. 1단 벽체에서의 토압변화(R＝14cm, H/R＝6.857) 131
그림 3.5.18. 2단 벽체에서의 토압변화(R＝14cm, H/R＝6.857) 131
그림 3.5.19. 3단 벽체에서의 토압변화(R＝14cm, H/R＝6.857) 132
그림 3.5.20. 1단 벽체에서의 토압변화(R＝16cm, H/R＝8.000) 132
그림 3.5.21. 2단 벽체에서의 토압변화(R＝16cm, H/R＝8.000) 133
그림 3.5.22. 3단 벽체에서의 토압변화(R＝16cm, H/R＝8.000) 133
그림 4.1.1. 파괴면 형상에 대한 벽체반경의 영향(신영완과 사공명, 2007) 135
그림 4.1.2. 원형모형실험에서의 이완영역의 형상(한국전력공사 전력연구원, 2010) 135
그림 4.1.3. Terzaghi(1943)의 곡선형 이완영역 137
그림 4.1.4. 저심도에서 터널 막장면의 파괴면(Chambon과 Corte, 1994) 137
그림 4.1.5. Chen(1975)이 적용한 파괴면의 형상 138
그림 4.1.6. 얄은 파괴에서의 Log-spiral 곡선 형태의 파괴면 138
그림 4.1.7. Terzaghi(1943)의 Log-spiral 곡선 형태의 파괴면 적용 139
그림 4.1.8. 수동토압의 산정에서의 Log-spiral 곡선 적용(Soubra과 Macuh, 2002) 139
그림 4.1.9. 기초의 지지력 산정을 위한 Log-spiral 곡선 적용(Das, 1999) 139
그림 4.1.10. Log-spiral 곡선 140
그림 4.1.11. Log-spiral 곡선을 적용한 배면지반의 이완영역 형태 141
그림 4.1.12. Log-spiral 곡선 적용을 위한 변수 141
그림 4.2.1. 원형수직터널 수치해석 개요 144
그림 4.2.2. 수치해석 적용 요소망 144
그림 4.2.3. 요소의 응력기준에 의한 소성영역 평가(AC Yield) 145
그림 4.2.4. Plastic strain 결과 146
그림 4.2.5. R=2m에서의 소성영역의 발달 형태 147
그림 4.2.6. R=3m에서의 소성영역의 발달 형태 147
그림 4.2.7. R=4m에서의 소성영역의 발달 형태 148
그림 4.2.8. 강도정수 변화에 따른 지표 이완영역 폭의 변화 149
그림 4.3.1. 곡선형 파괴면과 수치해석 결과와의 비교 (R＝2m) 150
그림 4.3.2. 곡선형 파괴면과 수치해석 결과와의 비교(R＝3m) 151
그림 4.3.3. 굴착 깊이에 따른 곡선형 파괴면과 수치해석 결과와의 비교 151
그림 4.3.4. H/R의 변화에 따른 파괴면의 크기 비교 152
그림 4.3.5. H/R의 변화에 따른 이완영역의 부피 비교 153
그림 4.3.6. 파괴면에서의 응력회전 154
그림 4.3.7. Mohr 원에서의 응력 회전 155
그림 4.3.8. Log-spiral 곡선 적용시 이완영역 및 미소토체 156
그림 4.3.9. 깊이에 따라 변화는 파괴면의 각도 156
그림 4.3.10. 임의의 깊이에서 파괴면의 각도 157
그림 4.3.11. 파괴면 각도 변화에 따른 파괴면의 수직방향 저항 힘 158
그림 4.3.12. H/R=4.0, ø=30°에서의 응력분포 159
그림 4.3.13. H/R에 따른 토압의 합 비교 160
그림 4.3.14. H/R에 따른 수직저항힘의 비교 162
그림 4.3.15. 곡선형 파괴면의 토압 작용 원리 163
그림 4.3.16. Log-spiral 파괴면을 적용한 토압분포와 실험결과 비교 164
그림 4.3.17. 일정깊이에서의 단계별 굴착에 따른 토양변화(R＝12cm) 165
그림 4.3.18. 일정깊이에서의 단계별 굴착에 따른 토압변화(R＝14cm) 165
그림 5.1.1. 암반의 투수성이 작은 경우 168
그림 5.1.2. 암질이 불량하여 투수성이 큰 경우 168
그림 5.1.3. 파쇄대가 존재하는 경우 169
그림 5.1.4. 배수방식에 따른 작용응력 형태 169
그림 5.2.1. 수평터널의 전수두 발생 경향 172
그림 5.2.2. 수직터널의 전수두 발생 경향 173
그림 5.2.3. 수평터널 단면의 흐름 발생 경향 173
그림 5.2.4. 수직터널 단면의 흐름 발생 경향 174
그림 5.2.5. 수평터널 길이방향의 흐름 발생 경향 174
그림 5.2.6. 수직터널 길이방향의 흐름 발생 경향 174
그림 5.3.1. Control volume 설정과 침투수압 175
그림 5.3.2. 터널굴착면의 예상파괴면과 수두의 변화(Lee와 Nam, 2001) 176
그림 5.3.3. 한계동수경사와 control volume(Lee 등, 2007) 176
그림 5.3.4. 옹벽구조물의 파괴면과 작용 침투력 177
그림 5.3.5. 가정된 파괴면 및 control volume 177
그림 5.3.6. 침투해석에 적용된 요소망 179
그림 5.3.7. 직경 3m인 경우(Case 1)의 전수두 결과 180
그림 5.3.8. 직경 5m인 경우(Case 2)의 전수두 결과 180
그림 5.3.9. 수평방향의 전수두 변화 181
그림 5.3.10. 수직방향의 전수두 변화 182
그림 5.4.1. 파괴면의 응력상태(Paik과 Salgado, 2003) 183
그림 5.4.2. 미소토체에서 침투력의 작용 184
그림 5.4.3. 미소토체의 동수경사 발생 경향 184
그림 5.4.4. 미소토체의 평균동수경사와 분력 184
그림 5.4.5. 침투력 작용시 응력의 Mohr 원 186
그림 5.4.6. 깔때기형 이완영역 188
그림 5.4.7. 미소토체에서의 침투력 고려시 힘의 평형 188
그림 5.4.8. 동수경사의 산정 191
그림 5.4.9. 평균동수경사의 발생 경향 193
그림 5.4.10. 침투력을 고려한 토압계수 194
그림 5.4.11. 침투력 고려시 원형수직터널의 응력분포 196
그림 5.4.12. 제안식과 수치해석의 응력분포 197
참고문헌 (35건) : 자료제공( 네이버학술정보 )
| 번호 | 참고문헌 | 국회도서관 소장유무 |
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| 9 | Geostatic Wall Pressures |
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| 13 | The influence of seepage forces on ground reaction curve of circular opening |
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| 14 | A generalized slip line solution to the active earth pressure on circular retaining walls |
미소장 |
| 15 | Critical Pool Level and Stability of Slopes in Granular Soils |
미소장 |
| 16 | Estimation of active earth pressure against rigid retaining walls considering arching effects |
미소장 |
| 17 | Shallow Tunnels in Cohesionless Soil: Stability of Tunnel Face |
미소장 |
| 18 | An examination of some theories of earth pressure on shaft linings |
미소장 |
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| 23 | Comparative evaluation of methods to determine the earth pressure distribution on cylindrical shafts: A review |
미소장 |
| 24 | Design and performance evaluation of vertical shafts: rational shaft design method and verification of design method |
미소장 |
| 25 | 사질토 지반에 설치된 원형수직구의 흙막이벽에 작용하는 토압 | 소장 |
| 26 | Earth Pressure on the Cylindrical Wall in Cohesionless Soils | 소장 |
| 27 | 현장계측을 통한 원형 수직구 작용하중 분석 | 소장 |
| 28 | 벽체형상비의 영향을 합리적으로 고려한 원형수직구 벽체에 작용하는 토압산정방법 | 소장 |
| 29 | 침투력을 고려한 터널의 지반반응곡선 | 소장 |
| 30 | 다층지반에서의 아칭현상에 의한 수직갱 토압 | 소장 |
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| 35 | 한국전력공사 전력연구원 (2010), “원형수직구 설계최적화를 위한 현장실증 연구 용역”, 한국전력공사 | 미소장 |
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