Numerical estimation for safety factors of tunnels considering the failure of supports

지보재 파괴를 고려한 터널 안전율의 수치해석적 산정 연구

In a tunnel, failure of its supports can cause failure of the tunnel. Therefore it is important to estimate safety factor of the tunnel which the failure of its supports is taken into account. In previous studies, supports of tunnels were usually modelled as beam elements. The failure of the supports was decided by comparing the allowable stress and the calculated bending stresses inside the beam elements in estimating safety factor of the tunnel considering the failure of its supports. In this study, it is suggested how to model the supports properly. To this end, supports of a tunnel were modelled by both beam (elastic) elements and continuum (elasto-plastic) elements in two dimensional numerical analyses. Meanwhile, it was analyzed how rock mass class, coefficient of lateral pressure, shotcrete thickness, the existence of rock bolt, and excavation method had an effect on the safety factor of a tunnel.

터널의 경우 지보재의 파괴가 터널의 파괴를 유발할 수 있으므로 지보재의 파괴가 고려된 안전율을 산정하는 것이 중요하다. 기존의 연구에서는 지보재의 파괴를 고려한 터널의 안전율 산정에 있어서 보 (beam)요소로 모델링하여 지보재의 파괴를 지보재에 발생하는 휨 응력과 허용응력을 비교하여 파괴를 고려하였다. 본 연구에서는 2차원 해석이 수행되었으며, 지보재를 보 (탄성)요소와 연속체 (탄소성)요소로 나누어 모델링하였고, 암반등급, 측압계수, 숏크리트 두께, 록볼트의 영향, 굴착방법이 터널의 안전율에 미치는 영향을 분석하여 적정 지보재의 모델링 방법을 제시하였다.