3D analysis of fracture zones ahead of tunnel face using seismic reflection

반사 탄성파를 이용한 터널막장 전방 파쇄대의 3차원적 예측

Recently, a geophysical exploration technology is frequently utilized in the civil engineering field as well as in the resource exploration. It might be important for civil engineers to understand the fundamental theory of seismic survey and limitation of the technique when utilizing these techniques in the civil engineering field. A 3-dimensional migration technique based on the principle of ellipsoid to predict the fractured zone ahead of tunnel face utilizing the tunnel seismic survey was proposed so that the geometry of the fractured zone can be estimated, i.e. the angle between tunnel axis and discontinuity zone, and the dip. Moreover, a numerical analysis technique to simulate the TSP (Tunnel Seismic Prediction) test was proposed in this paper. Based on parametric studies, the best element size, the analysis time step, and the dynamic characteristics of pressure source were suggested to guarantee the stability and accuracy of numerical solution. Example problems on a hypothetical site showed the possibility that the 3-dimensional migration technique proposed in this paper appropriately estimate the 3D-geometry of fractures ahead of tunnel face.

최근 지반물리탐사기술은 자원조사분야에서뿐 만 아니라 토목공학분야에서도 활용빈도가 증대되고 있는 실정이다. 이러한 기술을 토목기술자들이 활용하는 경우 물리탐사기법의 기본원리와 기술적 한계를 이해하는 것은 매우 중요하다. 본 논문에서는 타원체의 성질을 이용한 3차원 구조보정기법을 이용해 터널내 탄성파탐사(TSP)로부터 터널막장 전방에 위치한 파쇄대의 기하형상 즉, 터널축과 파쇄대간의 사이각 및 경사 등을 파악하는 기법에 관하여 기술하였다. 또한, TSP 시험을 모사하는 수치해석을 최적으로 수행하기 위하여 매개변수분석을 수행하였다. 즉, 수치해석의 안정성과 정확성을 도모하는 최적의 요소크기, 해석시간간격 및 발파진원의 동적특성 등에 대하여 연구하였다. 터널과 파쇄대를 포함한 임의의 지반을 모델화하여 수행한 예제해석으로부터 터널막장 전방에 위치한 파쇄대의 3차원적 기하형상을 타원체의 성질을 이용한 3차원구조보정기법에 의하여 적절한 예측할 수 있음을 확인하였다.