Abstract
This study examined the behavior of the ground by comparing the methods using the results of the Terzaghi formula and the ground investigation data and method considering the dilatancy effect for a circular tunnel using the finite element method. In the case of the Terzaghi formula, the tunnel load can be overestimated and cause overdesign. The method using the results of the ground investigation data cannot be applied when a reasonable coefficient of earth pressure is not determined. This is because it behaves completely differently from the actual behavior, and unexpected problems can occur. In the case of the method considering the dilatancy effect, however, both the strength enhancement effect can be considered through the dilatancy angle and relative density. Therefore, the tunnel load was calculated most reasonably using the method considering dilatancy. Finite element analysis using the geotechnical survey results showed that the tensile stress acts at the top of the tunnel when the upper soil of the tunnel is shallow. On the other hand, additional verification is necessary, such as a comparison with the field measurement results. Through additional research, if normalized, the tunnel load can be calculated reasonably at the time of tunnel design, and safe and economical design is possible.
본 연구에서는 원형 터널을 대상으로 Terzaghi 토압공식과 지반조사 자료결과를 이용한 방법 그리고 Dilatnacy 효과를 고려한 방법을 유한요소해석을 통해 검토하여 각 방법들을 비교하고 지반의 거동을 분석하였다. Terzaghi 토압공식의 경우, 이완하중이 과도하게 산정되어 과다설계를 유발할 수 있으며 지반조사 자료결과를 이용한 방법은 공학적인 토압계수가 적용되지 않을 경우 실제 현장과 상이한 거동을 보여 예상치 못한 문제가 발생할 수 있다. Dilatancy 효과를 고려한 방법의 경우, 팽창각을 통한 강도증진효과와 상대밀도를 모두 고려할 수 있으며 그로 인해 각 방법 중 가장 합리적으로 이완하중이 산정되는 것으로 타났다. 현장지반조사 결과를 이용한 유한 요소해석 결과, 터널 상부지반이 저토피일때 터널 천단부에서 인장응력이 작용하는 것으로 나타나 실제 현장 지반 거동과는 달랐다. 딜리턴시를 고려한 지반 해석방법의 경우, 지반의 이완하중이 합리적으로 나타났다. 그러나, 현장 계측결과와의 비교 등을 통해 추가적인 검증이 필요하다고 판단되며 추가 연구를 통해 정규화시킨다면 터널 설계 시 이완하중을 합리적으로 산정하여 안전하고 경제적인 설계가 가능할 것으로 판단된다.
