Effect of Rock Mass Condition on the Earth Pressure Against an Excavation Wall in Rock Mass: Numerical Investigation

손무락,Son, Moorak,Adedokun, Solomon Korean Geotechnical Society 2017 한국지반공학회논문집 Vol.33 No.11

This study examined the magnitude and distribution of earth pressure on the excavation wall in jointed rock mass by considering different groundwater conditions under various rock types, joint inclination angles, and earth pressure coefficients. Based on a physical model test (Son and Park, 2014), extended studies were conducted considering rock-structure interactions based on the discrete element method, which can consider the joints characteristics of rock mass. The results showed that the earth pressure was highly influenced by the groundwater condition as well as the rock type, joint inclination angle, and earth pressure coefficient. The results were also compared with Peck's earth pressure for soil ground, and clearly showed that the earth pressure in jointed rock mass can be greatly different from that in soil ground. 본 연구는 절리가 형성된 암반지층에서 암석종류, 절리경사각, 토압계수 및 지하수조건을 달리할 때 굴착벽체에 발생하는 토압의 크기 및 분포에 대해서 조사하였다. 모형실험(Son and Park, 2014)에 근거하여 확장연구를 수행하였으며, 이 때 암반-구조 상호작용과 암반의 절리특성을 고려하기 위하여 개별요소법을 이용한 수치해석을 수행하였다. 본 연구로부터 굴착벽체에 작용하는 토압은 암석종류, 절리경사각 및 토압계수 뿐만 아니라 지하수조건에 의해서 크게 영향을 받는다는 것을 파악하였다. 이와 더불어 본 연구로부터 조사된 토압을 토사지반에 적용되는 Peck의 경험토압과 비교하였으며, 이를 통해 절리형성 암반지층 굴착벽체에 발생하는 토압은 토사지반에서 발생하는 토압과 크게 다를 수 있다는 것을 확인하였다.

암반지층 굴착벽체에 작용하는 토압에 대한 절리의 영향

손무락,솔로몬 아데도쿤,Son, Moorak,Adedokun, Solomon 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.2

This paper investigated the effect of joint on the earth pressure against an excavation wall in rockmass with the consideration of various rock and joint conditions. For this purpose, this study briefly reviewed of the previous earth pressure studies, and then numerical parametric studies were conducted based on the Discrete Element Method (DEM) to overcome the limitations of the previous studies. The numerical tests were carried out with the controlled parameters including rock types and joint conditions (joint shear strength, joint inclination angle, and joint set), and the magnitude and distribution characteristics of the induced earth pressure were investigated considering the interactions between the ground and the excavation wall. In addition, the earth pressures induced in rock stratum were compared with Peck's earth pressure for soil ground. The results showed that the earth pressure against an excavation wall in jointed rockmass were highly affected by different rock and joint conditions and thus different from Peck's empirical earth pressure for soil ground. 본 논문은 암반지층에서 다양한 암반종류 및 절리조건들을 고려하면서 굴착벽체에 작용하는 토압에 대한 절리의 영향을 조사한 것이다. 이를 위해 본 연구는 먼저 기존 선행연구에 대해서 살펴보고 그 다음으로 기존 선행연구의 한계를 극복하기 위하여 개별요소법에 근거한 수치해석적 매개변수해석을 수행하였다. 수치해석은 매개변수로서 암반종류 및 절리조건(절리면의 전단강도, 절리경사각 및 절리군의 수)을 고려하였으며, 지반과 굴착벽체의 상호작용하에 발생된 토압의 크기 및 분포특성이 조사되었다. 이와 더불어, 암반지층에서 발생된 토압과 토사지반에서의 경험토압인 Peck토압이 서로 비교되었다. 비교결과 절리가 형성된 암반지층에서 발생된 토압은 암반의 종류 및 절리조건에 따라서 크게 영향을 받았으며 토사지반에 대한 Peck의 경험토압과 서로 다른 결과를 나타내었다.

터널굴착으로 발생한 지반거동에 대한 수치해석적 분석

손무락,윤종철,Son, Moo-Rak,Yun, Jong-Cheol 한국터널지하공간학회 2009 한국터널지하공간학회논문집 Vol.11 No.3

본 논문에서는 터널굴착으로 발생한 지표면에서의 최대 침하 및 수평변위와 총 침하부피량을 추정하기 위하여 서로 상이한 지층에서 다양한 깊이 및 직경, 서로 다른 시공조건(지반손실량)을 가진 터널에 대해 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과로부터 얻어진 지표면에서의 최대 침하량은 터널 굴착부 천단에서의 최대 침하량과 지층별, 터널직경 및 깊이, 시공조건(지반손실량)별로 비교되었으며, 또한 지표면에서의 최대 침하량은 지표면에서의 최대 수평변위량과도 비교하였다. 뿐만 아니라, 터널굴착부에서 발생한 지반손실량($V_L$)과 지표면에서 형성된 총 침하부피량($V_s$)을 지층 및 터널깊이와 직경을 달리하여 상호 비교하였다. 수치해석을 통해 얻어진 결과는 그 적용성과 타당성을 검증하기 위하여 기존 현장계측자료와의 비교가 수행되었으며, 이를 통해 본 연구의 수치해석 결과가 향후 터널굴착으로 발생된 주변 지반의 거동을 파악하고 분석하는 실무자료로서 활용될 수 있다는 것을 파악하였다. Numerical analysis has been performed to estimate maximum settlement, maximum horizontal displacement and total settlement volume at the ground surface due to tunnel excavation varying ground condition, tunnel depth and diameter, and construction condition (volume loss at excavation face). The maximum surface settlement from the numerical analysis has been compared with the maximum settlement at tunnel crown considering ground condition, tunnel depth and diameter, and construction condition, and it has been also compared with the maximum horizontal displacement. In addition, the volume loss ($V_L$) at tunnel excavation face has been compared with the total surface settlement volume ($V_s$) with the variation of ground condition, tunnel depth, and tunnel diameter. The results from the numerical analysis have been compared with field measurements to confirm the applicability and validity of the results and by this comparison it is believed that the numerical results in this study can be utilized practically in analyzing the ground movements due to tunnel excavation.

암석 및 절리특성을 고려한 암반의 탄성계수 추정에 관한 수치해석적 연구

손무락,이원기,Son, Moorak,Lee, Wonki 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.1

암반에서의 탄성계수는 암반의 변형특성을 나타내는 매우 중요한 인자로서 암반에서의 터널굴착 또는 다른 활동 등으로 인해 발생되는 변위를 파악하는데 자주 이용된다. 그럼에도 불구하고 현재까지는 암석종류 및 절리특성을 반영하여 탄성계수를 산정하는 연구는 미흡한 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구는 다양한 암석 및 절리상태에서 암반의 탄성계수를 추정하고자 한다. 이를 위해서 암석상태 및 절리특성을 고려한 수치해석 매개변수 연구를 수행하고, 조사된 변위결과를 통해 암반에서의 원형터널에 대한 탄성이론을 역이용하여 암석종류 및 절리특성이 반영된 탄성계수를 추정하는데 사용될 것이다. 본 연구를 통해 얻어진 결과는 절리가 형성된 암반에서 터널굴착 또는 다른 활동 등으로 인해 발생되는 변위를 파악함에 있어서 그 활용도가 매우 클 것으로 기대된다. Elastic modulus in rockmass is an important factor to represent the characteristic of rock deformation and is frequently used to estimate the displacement induced due to tunnel excavation or other activities in rockmass. Nevertheless, the study to estimate the elastic modulus, which considers the rock type and joint characteristics (joint shear strength and joint inclination angle), has been done in less frequency. Accordingly, this study is aimed at estimating of elastic modulus in jointed rockmass. For this purpose, numerical parametric studies have been carried out with a consideration of rock and joint conditions. Tunnel displacement results have been used to estimate the elastic modulus of jointed rockmass using the elastic theory of circular tunnel. From this study, the results would be expected to have a great practical use for estimating the displacement induced due to tunnel excavation or other activities in jointed rockmass.

점토지반에서 터널굴착에 따른 상부 블록구조물의 거동분석

손무락,Son, Moorak 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.1

본 연구는 점토지반에서 터널의 굴착조건(터널깊이 및 터널직경)과 시공조건(지반손실량), 지반조건(연약점토, 단단한 점토)을 변화시키면서 터널상부에 위치한 구조물의 거동변화를 조사 및 분석한 것이다. 분석에 사용된 구조물은 4층 블록식구조물로서 변형 등에 의한 균열발생과 균열폭의 차이로 인해 구조물의 손상정도를 쉽게 파악할 수 있는 특징이 있다. 다양한 터널 굴착조건 및 시공조건, 지반조건에 대해서 발생할 수 있는 터널상부 블록구조물의 거동상태를 파악하기 위해 수치해석적 매개변수 해석을 수행하였으며, 수치해석은 구조물의 실제크랙 발생을 묘사할 수 있도록 개별요소법(DEM)에 근거하여 수행하였다. 다양한 매개변수 해석으로부터 얻어진 구조물의 거동상태에 대한 결과는 터널 굴착조건 및 시공조건, 점토 지반조건과 상호 연관하여 함께 반영될 수 있도록 도표화 하였으며, 이를 이용하여 향후 점토지반에서 다양한 터널굴착 및 시공조건, 지반조건으로 인해 유발되는 터널 상부구조물의 손상정도를 보다 용이하게 파악할 수 있을 것으로 기대된다. This study investigates the response of structures to tunnelling-induced ground movements in clay ground, varying tunnel excavation condition (tunnel depth and diameter), tunnel construction condition (ground loss), and tunnel ground condition (soft clay and stiff clay). Four-story block-bearing structures have been used because the structures can easily be characterized of the extent of damages with crack size and distribution. Numerical parametric studies have been used to investigate of the response of structures to varying tunnelling conditions. Numerical analysis has been conducted using Discrete Element Method (DEM) to have real cracks when the shear and tensile stress exceed the maximum shear and tensile strength. The results of structure responses from various parametric studies have been integrated to consider tunnel excavation condition, tunnel construction condition, and tunnel ground condition and provide a relationship chart among them. Using the chart, the response of structures to tunnelling can easily be evaluated in practice in clay ground.

국내.외 발파진동허용기준에 대한 고찰

손무락,정연권,유준석,황영철,문두형,Son, Mu-Rak,Jeong, Yeon-Gwon,Yu, Jun-Seok,Hwang, Yeong-Cheol,Mun, Du-Hyeong 한국터널지하공간학회 2013 자연, 터널 그리고 지하공간 Vol.15 No.5

모래지반에서 터널 굴착조건들을 반영한 상부 블록구조물의 거동변화 분석

손무락,Son, Moorak 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.4

본 연구는 모래지반에서 터널의 굴착조건(터널깊이 및 터널직경)과 시공조건(지반손실량), 지반조건(조밀한 모래, 느슨한 모래)을 변화시키면서 터널상부에 위치한 구조물의 거동변화를 조사 및 분석한 것이다. 분석에 사용된 구조물은 4층 블록식구조물로서 변형 등에 의한 균열발생과 균열폭의 차이로 인해 구조물의 손상정도를 쉽게 파악할 수 있는 특징이 있다. 다양한 터널 굴착조건 및 시공조건, 지반조건에 대해서 발생할 수 있는 터널상부 블록구조물의 거동상태를 파악하기 위해 수치해석적 매개변수 해석을 수행하였으며, 수치해석은 구조물의 실제크랙 발생을 묘사할 수 있도록 개별요소법(DEM)에 근거하여 수행하였다. 다양한 매개변수 해석으로부터 얻어진 구조물의 거동상태에 대한 결과는 터널 굴착조건 및 시공조건, 지반조건과 상호연관하여 함께 반영될 수 있도록 도표화 하였으며, 이를 이용하여 향후 모래지반에서 다양한 터널굴착 및 시공조건, 지반조건으로 인해 유발되는 터널 상부구조물의 손상정도를 보다 용이하게 파악할 수 있을 것으로 기대된다. This study investigates the response of structures to tunnelling-induced ground movements in sand ground, varying tunnel excavation condition (tunnel depth and diameter), tunnel construction condition (ground loss), ground condition (loose sand and dense sand). Four-story block-bearing structures have been used because the structueres can easily be characterized of the extent of dmages with crack size and distribution. Numerical parametric studies have been used to investigae of the response of structures to varying tunnelling conditions. Numerical analysis has been conducted using Discrete Element Method (DEM) to have real cracks when the shear and tensile stress exceed the maximum shear and tensile strength. The results of structure responses from various parametric studies have been integrated to consider tunnel excavation condition, tunnel construction condition, and ground condition and provided as a relationship chart. Using the chart, the response of structures to tunnelling can easily be evaluated in practice in sand ground.

질의 응답 Q&A - 도심지 터널 및 지반굴착공사에 따른 인접구조물의 손상도 예측/평가를 위한 기준에는 어떤 것들이 있으며 각 기준의 개발배경과 문제점은 무엇인지 알고 싶습니다

손무락,Son, Mu-Rak (사)한국토질및기초기술사회 2011 지반과 기술 Vol.8 No.2

터널시공 및 지반조건을 반영한 인접구조물의 거동분석

손무락(Son Moorak),윤종철(Yun Jongcheol) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 C Vol.30 No.6

본 논문은 터널굴착으로 인해 발생된 인접지반에서의 지반변위가 구조물에 미치는 영향을 시공조건(지반손실) 및 지반의 특성을 달리하면서 지반-구조물 상호작용이 고려된 상태에서 조사한 것이다. 터널굴착에 의해 발생된 지반변위에 노출된 4층 블록식구조물이 서로 다른 시공조건(지반손실) 및 지반조건에 노출될 때 발생되는 구조물 거동이 수치해석을 통해 조사되었다. 수치해석을 위한 구조물은 소요전단 및 인장강도 이상의 응력이 발생할 때 구조물에 실제크랙이 발생될 수 있도록 개별 요소법(DEM)을 이용하여 모델링되었다. 터널굴착유발 지반변위에 노출된 4층 블록식구조물의 거동 및 손상정도가 지반변위의 크기에 따라 조사되었으며, 발생된 구조물의 거동 및 손상정도는 구조물에 발생한 변형, 크랙크기 및 분포를 고려하여 시공조건(지반손실) 및 지반조건별로 비교되었다. 뿐만아니라, 다양한 시공조건(지반손실) 및 지반조건의 변화에 의해 구조물에 유발될 수 있는 손상정도의 크기가 손상도 예측기준(Son and Cording, 2005)을 시용하여 제시되었다. 이러한 결과들은 향후 터널굴착으로 인해 유발되는 인접구조물의 손상을 제어하고 최소화하는데 필요한 정보를 제공할 것이다. This paper investigates the effects of tunnelling-induced ground movements on nearby structures, considering soil-structure interactions of different construction (ground loss) and soil characteristics. The response of four-story block structures, which are subjected to tunnelling-induced ground movements, has been investigated in different construction (ground loss) and soil conditions using numerical analysis. The structures for numerical analysis has been modelled using Discrete Element Method (DEM) to have real cracks when the shear and tensile stress exceed the maximum shear and tensile strength. The response of four-story block structures has been investigated with a ground movement magnitude and compared in terms of construction (ground loss) and soil conditions considering the magnitude of deformations and cracks in structures. In addition, the damage levels, which are possibly induced in structures, has been provided in terms of construction (ground loss) and soil conditions using the state of strain damage estimation criterion (Son and Cording, 2005). The results of this study will provide a back-ground for better understandings for controlling and minimizing building damage on nearby structures due to tunnelling-induced ground movements.

모래 및 점토지반에서 터널시공조건을 고려한 인접구조물의 손상도 분석

손무락(Son Moorak),윤종철(Yun Jongcheol) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 C Vol.31 No.1

본 논문은 터널굴착으로 인해 발생된 인접지반에서의 지반변위가 구조물에 미치는 영향을 지반조건(느슨한 모래, 조밀한 모래, 연약한 점토, 단단한 점토) 및 시공조건(지반손실량)을 달리하면서 지반-구조물 상호작용이 고려된 상태에서 조사한 것이다. 터널굴착에 의해 발생된 지반변위에 노출된 4층 블록식구조물이 서로 다른 지반조건 및 시공조건(지반손실량)에 노출될 때 발생되는 구조물 거동이 수치해석을 통해 조사되었다. 수치해석을 위한 구조물은 소요전단 및 인장강도 이상의 응력이 발생할 때 구조물에 실제크랙이 발생될 수 있도록 개별요소법(DEM)을 이용하여 모델링되었다. 터널굴착유발 지반변위에 노출된 4층 블록식구조물의 거동 및 손상정도가 지반변위의 크기에 따라 조사되었으며, 발생된 구조물의 거동 및 손상정도는 구조물에 발생한 변형, 크랙크기 및 분포를 고려하여 지반조건 및 시공조건(지반손실)별로 비교되었다. 뿐만 아니라, 다양한 지반조건 및 시공조건(지반손실)의 변화에 의해 구조물에 유발될 수 있는 손상정도의 크기가 손상도 예측기준(Son and Cording, 2005)을 사용하여 제시되었다. 이러한 결과들은 향후 터널굴착으로 인해 유발되는 인접구조물의 손상을 제어하고 최소화하는데 필요한 정보를 제공할 것이다. This paper investigates the effects of tunnelling-induced ground movements on nearby structures, considering soil-structure interactions of different ground (loose sand, dense sand, soft clay, stiff clay) and construction conditions (ground loss). The response of four-story block structures, which are subjected to tunnelling-induced ground movements, has been investigated in different ground and construction conditions (ground loss) using numerical analysis. The structures for numerical analysis has been modelled using Discrete Element Method (DEM) to have real cracks when the shear and tensile stress exceed the maximum shear and tensile strength. The response of four-story block structures has been investigated with a ground movement magnitude and compared in terms of ground and construction conditions (ground loss) considering the magnitude of deformations and cracks in structures. In addition, the damage levels, which are possibly induced in structures, has been provided in terms of ground and construction conditions (ground loss) using the state of strain damage estimation criterion (Son and Cording, 2005). The results of this study will provide a background for better understandings for controlling and minimizing building damage on nearby structures due to tunnelling-induced ground movements.