Analytical Study on Distribution of Stresses Induced in Soil Beam

지반보의 응력분포에 관한 해석적 연구

Hydraulic uplift which is caused by the action of pore water pressure can be occurred in clay underlain by granular soil during conducting narrow excavation. Estimation of hydraulic uplift is done by considering soil beam. In order to execute more precise estimation of hydraulic uplift, determination of stress distribution in soil beam is necessary. This study presents stress distribution and displacement distribution in the soil beam based on the theory of elasticity. Stress distribution developed in the soil beam by self weight was derived using stress function depicted by $5^{th}$ order of polynomial and it was seen that vertical stresses along the depth of the soil beam show parabolic distribution and those directions be downward. Regarding soil beam which has the weight of $16kN/m^3, thickness and depth are 1m respectively, maximum vertical stress was about 1.7kPa. Stress distribution by the aciton of pore water pressure was derived via superposition of the stresses corresponding to the self weight and it can be seen that vertical compressive stresses act along the depth of the soil beam when the magnitude of pore water pressure equal to 5 times of the self weight is considered. Equations for prediction of the displacements in the soil beam are also presented.

사질토 지반 위에 놓여 있는 점토지반에 대한 좁은굴착시 간극수압에 의한 융기현상이 발생할 수 있다. 간극수압에 의한 융기현상의 평가는 지반보를 고려해서 하게 되는데 좀 더 엄밀한 평가를 위해서는 지반보에 발생하는 응력분포의 결정이 필요하다. 본 연구에서는 탄성론에 근거하여 지반보에 발생하게 되는 응력분포와 변위분포 산정식을 제시하였다. 지반보의 자중에 의해 지반보내에 발생하는 응력분포를 5차 다항식으로 표현되는 응력함수로부터 유도하였는데 지반보의 깊이에 따른 연직응력의 분포는 포물선 분포를 나타내었으며 연직하향으로 작용함을 알 수 있었다. 단위중량이 $16kN/m^3이고 두께와 폭이 1m인 지반보인 경우 보의 내부에 발생하는 최대 연직응력의 크기는 1.7kPa 정도였다. 지반보 바닥면에 간극수압이 작용하는 경우의 응력분포를 자중에 의한 응력분포에 중첩시켜 구하였는데 지반보 자중의 5배에 해당하는 간극수압이 작용하는 경우 지반보의 깊이를 따라 곡선형태의 연직방향 압축응력분포를 나타내었다. 간극수압이 작용하는 경우에 대해 유도된 지반보의 응력분포로부터 변위분포를 유도하고 그 예측식을 제시하였다.