지하공동 굴착에 의한 응력경로가 절리암반의 수리전도특성에 미치는 영향 = (The) effects of stress paths due to underground excavation on the hydraulic conductivity characteristics of jointed rock mass

국문 초록 (Abstract)

암반에 작용하는 초기응력은 굴착에 의해서 그 크기와 방향성에 많은 변화가 발생하고 초기응력에서 현재의 응력상태에 도달하기까지 암반이 겪은 응력경로가 복잡한 경우 그 변화 과정은 쉽게 예측하기 어렵다. 암반에 분포하는 절리는 신선암의 낮은 수리전도성 때문에 유체의 주요 유동통로의 역할을 한다. 절리의 유동능력의 척도인 수리전도계수는 절리의 간극에 따라 변화하며 절리의 간극은 절리에 작용하는 응력의 상태와 수준에 의존한다. 따라서 절리암반의 수리전도특성을 평가하는데 있어 응력경로의 분석은 필수적이다.
본 연구에서는 2차원 개별요소해석을 통해 지하공동 굴착에 의한 암반의 응력경로가 절리암반의 수리전도특성에 미치는 영향을 분석하였다. 지하공동 주변의 필요한 특정 위치에 분포하는 절리와 지하공동 굴착벽면에 노출된 모든 절리의 응력경로 변화를 분석하였다. 이러한 응력경로와 Barton-Bandis 정점전단강도 포락선간의 근접성과 방향성을 분석함으로써 공동의 수리적 안정성을 평가하였다.
지하공동 굴착에 의한 바닥부와 측벽부의 응력경로는 굴착벽면에 수직한 절리의 경우 응력경로의 대부분이 안정한 구역에 위치하였으며 수리전도계수는 평균 21% 감소하였으며, 굴착벽면에 평행한 절리의 경우에는 응력경로의 대부분이 불안정한 구역에 위치하였으며 수리전도계수는 평균 2.24배 증가하였다.
지하공동 주변에 분포하는 모든 절리에 대한 수직응력과 수리전도계수의 변화를 도시한 결과 굴착벽면과 평행하게 절리가 분포하는 구간에서 수직응력이 평균 38% 감소하였으며 수리전도계수가 평균 1.9배 증가하였다. 이를 통해 지하공동 주변에 분포하는 절리의 응력변화를 분석함으로써 수리적으로 불안정한 구간을 예측할 수 있음을 확인하였다.
절리의 응력과 절리의 수리적 특성을 연결시키는 이론적 방법에 기초한 수치해석적 모델링 기법을 활용함으로써 불연속 이방성 암반에 굴착된 지하공동 주변의 응력경로 분석이 가능하였으며 이를 통한 공동의 수리적 안정성을 평가할 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• 요 지 Ⅰ
• 차 례 Ⅱ
• List of Figures Ⅲ
• List of Tables Ⅴ
• 1. 서 론 1
• 2. 절리모델의 거동 특성 3
• 2.1 절리면에 작용하는 응력 상태 3
• 2.2 절리모델의 수직거동 5
• 2.3 절리모델의 전단거동 8
• 2.4 절리의 역학적 간극과 수리적 간극 12
• 2.5 절리의 수리적 거동 특성 14
• 2.6 개별요소법에 의한 수리·역학적 모델링 17
• 3. 굴착에 의한 응력경로 분석 19
• 3.1 수치해석 모델 설정 19
• 3.2 절리군의 경사에 따른 모델 설정 24
• 3.3 계측점 설정 25
• 3.4 지하공동 주변의 응력집중계수 분석 27
• 3.5 응력경로와 정점전단강도 포락선과의 관계 30
• 3.6 계측점의 응력경로와 수리전도계수의 변화 35
• 3.7 공동주변의 응력과 수리전도계수의 변화 58
• 4. 결 론 64
• 참고문헌 66
• ABSTRACT 68
• 감사의 글 70