절리지수를 활용한 터널 굴착시 암반거동 특성에 관한 연구

Abstract

암반의 거동은 암석 자체의 역학적 특성보다는 불연속면의 특성에 의해 더 많은 영향을 받으며, 암반에 관련된 공학적 문제들을 처리하는데 있어서 이러한 불연속면들을 이해하고 해석하는 일은 매우 중요하다. 암반의 불연속면의 강도를 정확히 이해하기 위해서는 시료를 직첩 채취하거나 현장조건과 유사하게 시료를 복제하여 이를 직접전단시험을 수행하여야 한다. 하지만 이는 시료채취는 현장조건에 따라 어려울 수 있으며 직접전단시험의 경우 고비용이 소요되는 단점을 내포하고 있다. 이에 암반의 불연속면을 현장에서 간편히 비파괴로 측정하는 방법이 수행되고 있으며 이때 얻을 수 있는 절리지수는 JRC와 JCS이다. 이때 얻어진 절리지수를 활용하게 된다면 직접전단시험을 수행하지도 않고도 암반의 불연속 강도를 예측할 수 있다. 절리지수로 평가된 절리강도는 직접전단시험이 얻은 결과와 완벽히 일치 하지 않을 수 있으며 이러한 차이는 결국 굴착시 암반거동예측에 영향을 미칠 것 이다. 만약 절리면 전단강도를 고려하지 않는 연속체해석을 수행할 경우 이에 대한 영향을 고려할 수 없지만 불연속면을 고려한 수치해석에서는 강도 따른 차이가 발생할 것이다. 또한 랜덤으로 분포한 절리에서의 절리지수, 절리경사 등에 대한 영향의 분석은 간편히 계산할 수 없기에 수치해석이 필요한 사항이다. 따라서 본 연구에서는 개별요소법이 적용된 UDEC(Universal Distinct Element Code)을 사용하여 터널 굴착시 절리의 영향을 분석하였다. 이때 절리지수와 강도는 직접전단시험으로 수치해석에 적용하였다. 해설결과 절리지수는 터널의 거동에 중요한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 절리의 경사 및 key block 존재 유무가 굴착시 붕괴 혹은 변위에 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다.