Experimental study on the influence of the ground surface slope on the longitudinal load transfer in shallow tunnel

Lots of shallow tunnels are constructed in the mountainous areas where the stress distribution in the ground around tunnel is not simple, also the impact of stress conditions on the longitudinal load transfer characteristics is unclear. The tunnel construction methods and the ground conditions would also affect the longitudinal load transfer characteristics which would be dependant on the displacement patterns of tunnel face. Therefore, in this study, the slope of the ground surface was varied in $0^{\circ}$, $10^{\circ}$, $20^{\circ}$, $30^{\circ}$, and the longitudinal load transfer depended on the deformation conditions of tunnelface (that were maximum deformation on the top, constant deformation, and maximum deformation on the bottom), and the stress distribution at tunnelface. As results, when the tunnelface deformed, the earth presure on the tunnelface decreased and the load at tunnel crown increased. The load transferred on the crown was influenced by the earth presure on tunnel face. Smaller load would be transfered to the wide areas when the slope of ground surface decreased. When the slope of ground surface became larger, the longitudinal load transfer would be smaller and would be concentrated on tunnelface, In addition, the shape of the transferred load distribution in the longitudinal direction was dependant on the deformation shape of tunnelface. The deformation shape of tunnelface and stress conditions in longitudinal sections would affect the shape and the magnitude of the load transfer in the longitudinal directions.

얕은 터널에서 지표경사가 종방향 하중전이에 미치는 영향에 대한 실험적 연구

터널이 시공되는 환경은 다양하여 지형이 평탄하지 않거나 지표가 경사가 진 경우가 많으며, 이런 경우에는 지반내 응력의 분포가 일정하지 않다. 그러므로 이와 같은 환경에서는 얕은 터널 굴착에 따라 종방향 하중전이 특성이 달라서 그 영향이 불명확하다. 또한, 시공방법이나 지반조건 및 굴진면의 변위형태 등이 종방향 하중전이 발생경향에 영향 줄 것이므로, 이를 종합적으로 고려한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 지반의 경사를 $0^{\circ}$, $10^{\circ}$, $20^{\circ}$, $30^{\circ}$로 모사하고, 굴진면의 변위형태(상부 큰 변위, 등변위, 하부 큰 변위)에 따른 굴진면의 토압과 터널 천단상부의 종방향 하중전이 특성을 실험적으로 규명하였다. 연구결과 굴진면에서 변위가 발생하면 굴진면 토압이 감소하고 터널의 천단 하중이 증가하며, 굴진면의 토압변화량에 따라 터널 천단상부의 하중전이의 크기와 발생경향이 변화되었다. 따라서 굴진면의 토압변화가 터널 종방향 하중전이에 직접적인 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 지표경사가 작으면 하중전이 영역이 넓어지며 지표경사가 커질수록 종방향으로 전이되는 경향이 감소하고 굴진면 부근에서 집중되었다. 또한, 굴진면의 변위형태에 따라 종방향으로 전이되는 하중의 분포경향도 달라지므로 종방향 지반의 응력조건과 굴진면의 변위형태는 터널 종방향 하중전이의 형태와 크기에 영향을 주는 것으로 분석되었다.