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Numerical Approach to Predict the Long Term Behavior of Tunnel Considering the Degradation of Tunnel Members

수치해석을 이용한 터널 부재의 열화로 인한 장기 거동 예측

  • Hoki, Ban (Dept. of Civil Engineering, Kangwon National University) ;
  • Donggyou, Kim (Dept. of Infrastructure Safety Research, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology)
  • Received : 2022.11.04
  • Accepted : 2022.11.23
  • Published : 2022.12.01

Abstract

This paper presents the long-term behavior of tunnel considering the degradation of concrete lining and surrounding soil. Tunnel is a composite structure which has supporting elements (shotcrete, lining, and rockbolt) and surrounding soils. These supporting elements and surrounding soils undergo the degradation as time goes. A proposed degradation function which has two parameters which control the residual strength and degradation shape was applied to the numerical analysis. The results showed the plastic zone was spread around tunnel due to the degradation leading to the increase in unstability of tunnel.

본 논문은 터널을 구성하고 있는 구성요소(지보재, 주변지반)들의 열화로 인한 터널의 장기거동을 수치해석을 이용하여 예측/분석하였다. 터널의 구성요소들은 시간이 지남에 따라 열화를 겪게 된다. 이러한 열화로 인해 터널의 장기적인 안정성을 예측하는 것은 매우 중요한 이슈이다. 따라서 본 연구에서는 열화를 예측하는 모델을 제시하였으며, 이 모델은 두 개의 파라미터로 구성되어 있다. 그 중 하나는 부재 및 주변지반의 열화로 인해 남아있는 잔류강도를 나타내며, 나머지 하나는 열화되는 모양을 표시한다. 제안한 열화 모델을 이용하여 수치해석을 수행하여 터널의 장기거동을 예측하였다. 그 결과 열화로 인해 터널 주변 지반의 이완응력이 증가하여 터널의 장기적인 안정성에 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 한국건설기술연구원 주요사업인 "인공지능을 활용한 대심도 지하 대공간의 스마트 복합 솔루션 개발" 과제의 지원으로 수행되었으며, 이에 깊은 감사를 드립니다.

References

  1. Hagelia, P. (2011), Deterioration Mechanisms and Durability of Sprayed Concrete for Rock Support in Tunnels, PhD Thesis, Delft University of Technology.
  2. Jiang, Y., Tanabashi, Y. and Kawata, A. (2007), Simulation models for tunnel convergence prediction and appraisement of different reinforcement method, NAOSITE, Nagasaki University's Academic Output SITE, Vol. 37, pp. 73~83.
  3. Kawata, A., Jiang, Y. and Tanabashi, Y. (2005), Deformation prediction and effect of reinforcing method by considering strength deterioration of rocks, Journal of tunnel engineering, JSCE 15, pp. 31~38 (in Japanese).
  4. Ladanyi, B. (1974), Use of the long-term strength concept in the determination of ground pressure on tunnel linings. Proceedings of the 3rd international congress on rock mechanics, National Academy of Sciences, Denver, pp. 1150~1156.
  5. Matsunaga, T. (2008), Study on prediction of tunnel deformation and rationalization of measures, PhD These, Kyoto University (in Japanese).
  6. Nakagawa, M., Jiang, Y., Sato, M. and Tanabashi, Y. (2004), Deformation simulation of tummel by considering time dependency of rock strength, Soil Mechanics and Foundation Engineering, JGS, Vol. 52, pp. 28~30.
  7. Sandrone, F. and Labiouse, V. (2010), Analysis of the evolution of road tunnels equilibrium conditions with a convergenceconfinement approach, Rock Mechanics and Rock Engineering, Vol. 43, Issue 2, pp. 201~218. https://doi.org/10.1007/s00603-009-0056-y
  8. Sato, M. and Kamemura, K. (1984), A study on time dependency of rock strength, Japanese Geotechnical Society, Vol. 19, pp. 783~784 (in Japanese).
  9. Yashiro, K., Shimamoto, K., Kojima, Y., Takahashi, M., Matsunaga, T. and Asakura, T. (2009), A study on simulation analyses of deformed tunnels due to earth pressure by ground strength reduction model and it's applicability to long term prediction, Journal of JSCE, Divi. C, Vol. 65, No. 2, pp. 467~479 (in Japanese).