Numerical Analysis on the Effect of Heterogeneous Nature of Rock Masses on Tunnel Behavior

터널 거동에 대한 암반 연약대의 영향 평가를 위한 수치해석적 연구

The structural anisotropy and heterogeneity of rock mass, caused by discontinuities and weak zones, have a great influence on the deformation behavior of a tunnel. A tunnel construction in these complex ground conditions is very difficult. No matter how excellent a geological investigation is, local uncertainties of rock mass conditions still remain. Under these uncertain circumstances, an accurate forecast of the ground conditions ahead of the advancing tunnel face is indispensable to a safe and economic tunnel construction. This paper presents the effect of anisotropy and heterogeneity of the rock masses to be excavated by numerical analysis. The influences of distance from weak zone, the size or dimension, the different stiffness and the orientation of weak zones are analysed by 3-D finite element analysis. By analysing these numerical results, the tunnel behavior due to excavation can be well understood and the prediction of rock mass condition ahead of the tunnel face can be possible.

불연속면 또는 연약대로 인해 야기되는 암반의 구조적 이방성과 비균질성은 터널의 변형 거동에 큰 영향을 미친다. 아무리 우수한 지반조사가 이루어진다 하더라도, 지역적 불확실성은 여전히 남아 있으므로 복잡한 지반 조건에서의 터널 굴착은 매우 어려운 작업이다. 이러한 불확실한 환경에서 터널 막장 전방의 지반 상태를 정확히 예측하는 것은 안전하고 경제적인 터널 건설에 필요불가결하다 할 수 있다. 따라서 본 논문은 3차원 수치해석을 통하여 암반의 이방성 및 비균질성의 영향을 평가하였다. 즉 터널 굴착으로 인해 야기되는 지반 거동을 분석하고 이에 대한 연약대의 폭과 강성 그리고 방향성의 영향을 정량적으로 평가하였다.