Numerical Evaluation of Settlement Reducing Effect by Partial Reinforcement of Rock Fill

수치해석을 통한 암성토 부분보강의 침하억제 효과 평가

The escalating settlements observed in concrete slab tracks pose a significant challenge in Korea, raising concerns about their adverse impact on the safe operation of high-speed railways and the substantial costs involved in restoration. A primary contributor to these settlements is identified as the utilization of rock materials sourced from tunnel construction, incorporated into the lower subgrade without the requisite soil mixing to achieve an appropriate particle size distribution. This study employs numerical analysis to evaluate the efficacy of partial reinforcement in reducing settlements in rock-filled lower subgrades. Column-shaped reinforcement areas strategically positioned at regular intervals in the lower subgrade induce soil arching in the upper subgrade, leading to a concentration of soil loads on the reinforced areas and consequent settlement reduction. The analysis employs finite element methods to investigate the influence of the size, stiffness, and spacing of the reinforced areas on settlement reduction in the lower subgrade. The numerical results guide the formulation of an optimal design approach, proposing a method to determine the minimum spacing required for reinforcements to effectively limit settlements within acceptable bounds. This research contributes valuable insights into addressing the challenges associated with settlement in concrete slab tracks, offering a basis for informed decision-making in railway infrastructure management.

콘크리트 궤도의 침하는 고속열차의 안전한 운행을 크게 저해할 수 있으며 복구에 상당한 비용이 소요되므로 최근 큰 문제로 대두되고 있다. 침하의 가장 큰 원인 중 하나는 터널공사의 부산물로 발생하는 암석재료를 적정한 입도분를 가진 토사 혼합 없이 하부노반 성토에 사용하기 때문으로 보고되고 있다. 본 논문에서는 암석재료로 성토된 하부노반의 부분 보강으로 인한 침하억제 효과를 수치해석으로 평가하였다. 하부노반에 일정하게 배치된 기둥 형태의 보강 영역은 상부노반에 지반아칭을 유발하게 되며 성토하중이 보강된 영역에 집중하게 되어 침하가 억제되는 효과가 있다. 유한요소해석을 통하여 보강된 영역의 크기, 강성, 간격이 하부노반의 침하억제에 미치는 효과를 평가하였으며, 해석 결과를 토대로 침하를 허용치 이내로 억제하기 위한 최소 보강 간격을 결정하는 설계 방법을 제안하였다.