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An Assessment of Safety Factor for Tunnels Excavated in a Weak Rock Layer

연약 암반층에 굴착된 터널의 안전율 평가
Kwang-Ho You1
,
Yeon-Jun Park1
,
Gyu-Jin Bae2
유 광호1
,
박 연준1
,
배 규진2
1수원대학교 토목공학과 교수
2한국건설기술연구원 수석연구원

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ABSTRACT

It is difficult to calculate factor of safety of a tunnel by applying any analytical method based upon limit equilibrium method since the shape of failure plane in tunnel analysis can not be easily assumed in advance. To cope with this shortcoming, a method is suggested to calculate safety factor of a tunnel by numerical analysis using strength reduction technique. A circular tunnel excavated in a homogeneous rock was selected as an example problem and factors of safety were calculated for no-supported, partly-supported, and completely- supported cases respectively. Meshes with 3 different sizes were examined for a sensitivity analysis. For the verification of the proposed method, a limit equilibrium analysis was conducted and compared with the numerical analysis. The proposed method herein can be used to calculate factor of safety of a tunnel regardless of tunnel shape or geological conditions, and thus can contribute for the improved design and stability assessment of tunnels.

Keywords
Strength reduction technique
Factor of safety
tunnel
Limit equilibrium method

터널의 파괴는 사면의 경우처럼 파괴면의 형상을 사전에 가정하기 어렵기 때문에 한계평형법에 기초한 해석법을 적용하여 안전율을 구하기가 곤란하다. 본 연구에서는 이러한 문제를 극복하기 위하여 강도감소기법을 이용한 수치해석기법에 의해 터널의 안전율을 구하는 방법을 제시하였다. 균질한 암반에 굴착된 원형터널을 가정하여 무보강, 부분보강 및 인버트의 완전한 폐합의 경우에 대하여 안전율을 계산하였으며, 요소망의 크기에 따른 민감도 분석을 위해 크기가 다른 3가지의 요소망을 사용하여 계산 결과를 비교하였다. 제안된 방법의 검증을 위해, 특정한 파괴 활동면을 갖는 경우에 대해 한계평형해석을 수행하여 수치해석 결과와 비교하였다. 본 논문에서 제안한 터널의 안전율 계산 방법은 터널의 형상이나 암반의 상태에 관계없이 적용될 수 있으므로 향후 터널설계 및 안정성 평가에 큰 도움이 될 수 있을 것으로 생각된다.

키워드
강도감소기법
안전율
터널
한계평형해석

MAIN

  • 1. 서론

  • 2. 터널의 안전율

  • 3. 강도감소법

  • 4. 숏크리트의 허용응력

  • 5. 안전율의 계산 rountine

  • 6. 수치해석

  • 7. 결론

Acknowledgements

본 연구는 '99건설교통기술혁신 5개년 사업의 일환으로 수행되고 있는 고주파수 탄성파 탐사를 통한 터널 진단기술 개발의 1차년도 개발 결과 중 일부이며, 건설교통부 및 한국건설기술연구원의 지원에 감사드린다. 자료 정리 및 도면화 작업에 큰 도움을 주신 남지연씨께 감사드린다.

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