Abstract
This paper deals with the application of joint element in the finite element modeling of discontinuities encountered during rock tunneling. A nodal displacement joint element was implemented in a two dimensional finite element program GEOFE2D. The applicability of the joint element for modeling of discontinuities and the numerical stability of the implemented algorithm were examined by comparing the results of reduced small scale model tests as well as commercially available FEM program. The GEOFE2D was then used to analyze a tunnel crossed by a major discontinuity for the purpose of understanding the effect of discontinuity on the tunnel behavior. In addition, a modeling technique for the junction of discontinuity and shotcrete lining was presented. The results of analysis indicated that the stress-strain field around the tunnel is significantly altered by the presence of discontinuity, and that the stresses in the shotcrete lining considerably increase at the junction of the shotcrete lining and the discontinuity. It is therefore concluded that the major discontinuities must be carefully modeled in the finite element analysis of a tunneling problem in order to obtain more reliable results close to actual tunnel behavior.
본 논문에서는 불연속암반내 시공되는 터널의 유한요소해석에 있어서 절리요소를 이용한 불연속면의 모델링에 관한 내용을 다루었다. 불연속 암반터널의 모델링이 가능한 유한요소해석 프로그램의 개발을 위해 기존의 유한요소해석 프로그램 GEOFE2D에 불연속면의 모델링이 가능한 절점변위 절리요소를 적용하고 모형실험 및 기존의 상용프로그램과의 비교를 통해 그 타당성을 검증하였다. 또한 검증된 GEOFE2D를 이용하여 불연속면이 터널의 거동에 미치는 영향을 고찰하기 위해 불연속면이 터널을 관통하는 경우에 대한 해석을 수행하고, 그 과정에서 불연속면과 숏크리트 라이닝 교차부에서의 변위 적합조건을 만족시킬 수 있는 불연속면 모델링 기법을 제시하였다. 한편, 해석결과를 분석한 결과 불연속면은 터널 주변의 응력-변형률 상태에 현저한 영향을 미치며, 특히 불연속면이 관통하는 부위에서의 숏크리트 라이닝 축력 및 휨 모멘트가 현저히 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 불연속면을 포함하는 터널의 거동해석시에는 불연속면에 대한 보다 상세한 모델링이 수반되어야 실제 거동에 보다 근접하는 해석결과를 도출시킬 수 있을 것으로 판단된다.
