암반의 불연속성을 고려한 터널의 동적 거동 평가

Abstract

일반적으로 터널은 지상구조물에 비하여 지진의 영향이 상대적으로 작기 때문에 별도의 내진설계가 수행된 사례가 많지 않다. 그러나, 터널과 같은 지하구조물에서 지진에 대한 피해는 심각한 경제적, 인적 손실을 야기할 수 있다. 또한 현재까지의 터널의 지진해석은 해석을 수행하는 과정에 있어서 암반의 절리를 무시하고 터널 주변을 둘러싸고 있는 암반이 연속체라 가정하는 것이 일반적이었다. 그러나 이러한 가정의 적용성에 관해서는 명확히 입증된 바가 없다. 본 논문에서는 응답변위법을 이용하여 불연속체 해석(DEM)을 수행함으로써 터널의 지진 응답을 통한 암반 절리의 영향에 대하여 평가하였다. 불연속체 해석을 통하여 계산된 결과를 연속체 해석(FEM)의 결과와 비교 분석해 보았을 때, 암석에 비해 낮은 강성과 강도를 가지는 암반 절리가 터널 주변에 존재할 때 터널 라이닝에서의 축력과 모멘트를 크게 증가시키는 것으로 나타났다. 또한, 절리에 비해 그 영향은 상대적으로 작지만 절리의 간격, 각도 그리고 절리의 구성 또한 터널의 응답에 영향을 주었다. 예상했던 바와 같이 절리의 간격이 좁아지면 터널을 포함한 암반 블록의 자유도가 커지기 때문에 터널에서의 응답은 더 크게 나타났다. 또한 인터페이스 강성이 감소할수록 라이닝에 발생하는 축력과 모멘트 또한 감소하였다. 이러한 영향을 종합적으로 고려하여 볼 때 내진설계를 하는데 있어서 암석에 비해 낮은 강성과 강도를 가지는 절리와 터널간의 상호작용이 반드시 고려되어야 한다고 판단된다.