Some Considerations on the Distinct Element Modelling for the Stability Analysis of a Tunnel in a Jointed Rock Mass

Seok-Bue Chang; Do-hak Huh

doi:None

All Issue

2001 Vol.3, Issue 2 Next Page

Some Considerations on the Distinct Element Modelling for the Stability Analysis of a Tunnel in a Jointed Rock Mass 절리암반내 터널의 안정성 평가를 위한 개별요소 모델링에 대한 고찰

30 June 2001. pp. 3-12

PDF XML

Abstract

This paper presents the proposed methods of DE (distinct element) modelling to estimate the stability of tunnels in jointed rock masses. First, the criterion to select the joint set(s) contributed to the discontinuous behaviour in a tunnel section is proposed. Selected joint set(s) is(are) considered to form the edges of distinct elements (rock blocks) and the others to modify the elastic properties of rock blocks. The complex DE model with the average and the deviation of joint orientation and joint length for each joint set was compared to the simple model with only the average of joint orientation and the assumption that joint length is infinite. As a result, the latter is suitable to the purpose of tunnel design because it can show the consistent behaviour of a jointed rock mass such as the locally discontinuous failure and the global anisotropic behaviour.

Keywords

Jointed rock mass

DEM (Distinct Element Method)

Joint orientation

Tunnel direction

Apparent dip

Joint length

Rock block

Tunnel stability analysis

Discontinuous behaviour

본 논문은 절리암반 터널의 안정성 해석을 위한 2차원 개별요소모델링방법에 대한 개선방안을 제안하였다. 먼저, 절리군과 터널의 상대방위를 고려하여 터널단면상에서 불연속거동이 가능한 절리군을 구별하는 기준을 제시하였다. 이 기준에 따라 불연속거동이 가능한 절리군은 개별요소(암석블록)의 변이 되도록 하고 그 외 절리군은 암석블록의 탄성특성을 보정하는 방법을 제시하였다. 또한, 주어진 절리의 기하하적 특성에 대해서 절리의 방위편차와 유한길이를 고려한 복잡한 모델과 절리의 평균방위와 무한길이를 고려한 단순한 모델의 특성을 분석하였다. 그 결과, 후자의 모델이 일관성 있는 터널의 국부적 파괴양상과 명료한 암반의 불연속거동을 보여줌으로써 터널설계목적에 적절함을 확인하였다.

키워드

절리암반

개별요소해석

절리방위

터널방향

외견경사

절리길이

암석블록

터널안정해석

불연속거동

References

1. 문현구, 장석부(1992), 암반사태의 블록성 암반내 터널의 안정성 해석을 위한 개별요소법의 적용성, 한국암반공학지, p.212~223

2. 이근채(1992), 통계적 절리구조 모델링과 지하공동 안정성 평가에의 적용, 석사학위논문, 한양대학교, 124p.

3. 장석부, 문현구(1993), 통계적 개별요소 모델링 기법에 관한 연구, 한국자원공학회 제60회 학술발표회 논문집, pp.215~220

4. 장석부(1997), 절리의 기하하적 특성과 역학적 특성을 고려한 절리암반의 개별요소모델링에 관한 연구, 박사학위논문, 한양대학교, 133p.

5. Belytschko, T., Plesha, M., & Dowding, C. (1984), A computer method for stability analysis of caverns in jointed rock, Int. J. for Num. & Ana. Methods in Geomech., Vol. 8, pp. 473~492.

6. Bieniawski, Z. T. (1989), Engineering rock mass classifications, John Wiley & Sons, pp. 51~72.

7. Cundall, P. A. (1992), Numerical modelling of jointed and faulted rock, Proc. of the Int. Con. on Mech. of Jointed & Faulted Rock, pp. 11~18.

8. Fossum, A. F. (1985), Effective elastic properties for a randomly jointed rock mass, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. Vol. 22, No. 6, pp. 467~470.

9. Goodman, R. E(1980), Introduction to Rock Mechanics, John Wiley & Sons, pp. 254~287.

10. Hudson, J. A. (1989), Rock Mechanics principles in Engineering Practice, CIRIA, 72p.

11. Itasca(2000), UDEC-User’s manual(Version 3. 1)

12. Kulatilake, P., Ucpirti, H., Wang, S. , Radberg, G. & Stephansson, O. (1992), Use of the distinct element method to perform stress analysis in rock with nonpersistent joints and to study the effect of joint geometry parameters on the strength and deformability of rock masses, Rock Mech. Rock Engng, Vol. 25, No. 4, pp. 253~274.

13. Lorig, L., Brady, B. & Cundall, P. (1986), Hybrid distinct element-boundary element analysis of jointed rock, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. Vol. 23, No. 4, pp. 303~312.

14. Moon, H. K., Huh, D. H., and Kim, B. C., (1997), A study on the mechanism of chimney subsidence, The 1st Asian Rock Mechanics Symposium, pp. 187~191

15. Starfield, A. M. & Cundall, P. A. (1988), Toward a methodology for rock mechanics modelling, Int. J. Rock Mech. Sci. & Geomech. Abstr. Vol. 25, No. 3, pp. 99~106.

Information

Publisher :Korean Tunneling and Underground Space Association
Publisher(Ko) :한국터널지하공간학회
Journal Title :Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
Journal Title(Ko) :한국터널지하공간학회 논문집
Volume : 3
No :2
Pages :3-12

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association ISSN:2233-8292(Print) 2287-4747(Online) 한국터널지하공간학회 논문집

All Issue