• 자연, 터널 그리고 지하공간
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• 제21권2호
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• pp.117-129
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• 2019

Tunnelling in urban environments is very common nowadays as large cities are expanding and transportation demands require the use of the underground space for creating extra capacity. Inevitably, any such new construction may have significant effects on existing nearby infrastructure and therefore relevant assessment of structural integrity and soil-structure interaction is required. Foundation piles can be rather sensitive to nearby tunnel construction and therefore their response needs to be evaluated carefully. Although detailed three-dimensional continuum finite element analysis can provide a wealth of information about this behaviour of piles, such analyses are generally very computationally demanding and may require a number of material and other model parameters to be properly calibrated. Therefore, relevant simplified approaches are used to provide a practical way for such an assessment. This paper presents a simple method where the pile is modelled with beam finite elements, pile-soil interaction is modelled with soil springs and tunnelling-induced displacements are introduced as an input boundary condition at the end of the soil springs. The performance of this approach is assessed through some examples of applications.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회 3차
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• pp.86-95
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• 2010

Ground movements during tunnelling have the potential for major impact on nearby buildings, utilities and streets. The impacts on buildings are assessed by linking the magnitude of ground loss at the source of ground loss around tunnel to the lateral and vertical displacements on the ground surface, and then to the lateral strain and angular distortion, and resulting damage in the building. To prevent or mitigate the impacts on nearby buildings, it is important to understand the whole mechanism from tunnelling to building damage. This paper discusses tunneling-induced ground movements and their impacts on nearby buildings, including the importance of the soil-structure interactions. In addition, a building damage criterion, which is based on the state of strain, is presented and discussed in detail and the overall damage assessment procedure is provided for the estimation of tunnelling-induced building damage considering the effect of soil-structure interaction.

• Geomechanics and Engineering
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• 제14권5호
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• pp.479-489
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• 2018

In this paper, a comparative study of the effects of soil modelling on the interaction between tunnelling in soft soil and adjacent piled structure is presented. Several three-dimensional finite element analyses are performed to study the deformation of pile caps and piles as well as tunnel internal forces during the construction of an underground tunnel. The soil is modelled by two material models: the simple, yet approximate Mohr Coulomb (MC) yield criterion; and the complex, but reasonable hardening soil (HS) model with hyperbolic relation between stress and strain. For the former model, two different values of the soil stiffness modulus ($E_{50}$ or $E_{ur}$) as well as two profiles of stiffness variation with depth (constant and linearly increasing) were used in attempts to improve its prediction. As these four attempts did not succeed, a hybrid representation in which the hardening soil is used for soil located at the highly-strained zones while the Mohr Coulomb model is utilized elsewhere was investigated. This hybrid representation, which is a compromise between rigorous and simple solutions yielded results that compare well with those of the hardening soil model. The compared results include pile cap movements, pile deformation, and tunnel internal forces. Problem symmetry is utilized and, therefore, one symmetric half of the soil medium, the tunnel boring machine, the face pressure, the final tunnel lining, the pile caps, and the piles are modelled in several construction phases.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제7권3호
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• pp.249-257
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• 2005

지하구조물의 해석 방법은 크게 해석적 또는 유사정적 해석방법과 동적해석 방법의 두 종류로 나눌 수 있다. 유사정적 해석방법은 자유지반변형을 구조물에 정적인 하중으로 적용하여 구조물의 변위를 구하는 방법으로 선형탄성해석에 기초를 두고 있다. 그러나 치진 발생시 지반과 구조물 사이의 상호작용은 비선형 거동을 하여 이를 고려한 해석이 이루어져야 한다. 본 연구에서는 유사정적 해석방법에 반복계산과정에 의하여 지반의 비선형성을 고려할 수 있는 간편해석방법을 소개하고, 이를 수치해석을 통한 동해석을 수행하여 비교 검증하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제7권1호
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• pp.55-73
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• 2014

The theoretical predictions of ground movements induced by tunnelling are usually based on the assumptions that the subsoil has the same soil densities. The theoretical prediction does not consider the impact of different sand soil types on the surface settlement due to tunnelling. The finite elements analysis (FEA) considers stress and strength parameters of the different sand soil densities. The tunnel construction requires the solution of large soil-structure interaction problem. In the present study, the FEA is used to model soil-tunnel system performance based on a case study to discuss surface displacement due to tunnelling. The Greater Cairo metro tunnel (Line 3) is considered in the present study as case study. The surface displacements obtained by surface displacement equation (SDE) proposed by Peck and Schmidt (1969) are presented and discussed. The main objective of this study is to capture the limitations of the parameters used in the SDE based on the FEA at different sand soil densities. The study focuses on the parameters used in the SDE based on different sand soil densities. The surface displacements obtained by the FEA are compared with those obtained by the SDE. The results discussed in this paper show that the different sand soil densities neglected in the SDE have a significant influence on the surface displacement due to tunnelling.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권5호
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• pp.59-67
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• 2009

본 연구에서는 단독말뚝의 주변에서 실시되는 터널의 굴착이 지반 및 말뚝에 미치는 영향을 3차원 수치해석을 통하여 분석하였다. 수치해석에서는 말뚝과 주변지반 사이에 경계면요소를 이용하여 소성항복 발생조건을 모델링하였다. 수치해석을 통하여 풍화토 및 풍화암에 시공된 터널과 말뚝의 상호거동에 대한 분석을 실시하였다. 수치해석을 통해 말뚝의 침하, 말뚝과 지반 경계면에서의 상대변위, 전단응력 및 말뚝의 축력변화를 분석하였다. 특히 터널의 굴착과 관련된 전단응력의 전이과정에 대한 심도있는 분석을 실시하였다. 터널굴착에 의한 말뚝-지반 경계면에서 상대변위의 변화로 인하여 말뚝에 작용하는 전단응력 및 축력의 분포가 변하게 된다. 말뚝 본체 대부분에서는 상향의 전단응력이 발생하는 반면(Z/L=0.0-0.8), 말뚝선단부근에서는(Z/L=0.8-1.0) 하향의 전단응력이 발생하여 말뚝에 인장력이 발생된다. 수치해석을 통해서 터널굴착이 말뚝 거동에 미치는 영향을 상세하게 분석하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권4호
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• pp.337-356
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• 2012

본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 실시하여 사용 중인 단독말뚝 및 군말뚝의 측면에서 실시된 터널굴착에 의한 말뚝의 거동을 분석하였다. 수치해석에서는 터널굴착으로 유발된 말뚝-지반 경계면에서의 전단응력전이를 미끄러짐(slip)을 고려할 수 있는 접촉요소(interface element)를 이용하여 분석하였다. 본 연구는 말뚝-지반경계면에서의 전단응력, 말뚝의 축력 및 지반 및 말뚝의 변형에 대한 분석을 포함한다. 탄성이론에 근거한 기존의 연구는 말뚝의 거동에 영향을 미치는 주요인자들을 적절히 고려하지 못하여 말뚝의 거동을 명확하게 분석할 수 없는 것으로 나타났다. 터널굴착으로 유발된 말뚝-지반 사이에서의 전단응력전이로 인하여 말뚝인접 지반의 전단응력 및 말뚝의 축력분포가 크게 변하는 것으로 나타났는데, 터널 springline 상부에서는 하향의 마찰력이 발생하였으며, 그 하부에서는 상향의 저항력이 발현되어 말뚝에는 압축력이 발생하였다. 경계면에서의 전단응력 발현정도는 말뚝-지반의 상호거동에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 군말뚝의 축력분포에 대한 분석결과 단독말뚝에 비해 터널굴착의 영향을 덜 받는 것으로 나타났다. 터널굴착으로 유발된 말뚝의 침하와 관련된 말뚝의 겉보기 지지력 감소는 크지 않은 것으로 분석되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권5C호
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• pp.199-210
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• 2012

본 연구에서는 3차원 탄-소성 유한차분해석을 통해 기존재하는 단독말뚝, $3{\times}3$및 $5{\times}5$ 군말뚝의 바로 아래 풍화암 지반에서 실시된 터널시공으로 인한 말뚝의 거동을 분석하였다. 수치해석에서는 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동을 규명하기 위하여 지반/말뚝의 침하 및 전단응력전이(shear stress transfer) 메커니즘을 심도있게 분석하였다. 터널굴착으로 유발된 지반의 침하와 말뚝-지반 사이 경계면에서의 상대변위 발생으로 인해 말뚝에 작용하는 전단응력 및 축력의 분포가 매우 크게 변화하였다. 계산된 결과에 의하면 터널굴착으로 인해 말뚝의 두부로부터 말뚝길이의 약 80%에 해당되는 위치까지는 상향의 전단응력이 발생하였고, 그 하부에서는 하향의 전단응력이 발생하였다. 이로 인해 말뚝의 축력이 터널의 굴착에 따라 지속적으로 감소하고, 순수한 터널의 시공으로 인하여 말뚝에는 인장력이 발생하였는데 이로 인해 말뚝에는 최대 $0.36P_a$의 인장력이 발생하였다, 여기서 $P_a$는 터널굴착이전에 말뚝두부에 작용하는 설계하중이다. 말뚝의 거동은 경계면에서의 전단강도 발현 정도에 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 군말뚝의 경우 일반적으로 말뚝의 숫자가 증가할수록 터널의 시공에 의해 말뚝의 침하가 증가하는 것으로 나타났으며, 이와는 반대로 말뚝의 축력변화는 군효과(shielding effect)로 인해 단독말뚝의 경우에 비해 작은 것으로 분석되었다. 터널굴착으로 인한 말뚝침하의 증가로 인한 겉보기지지력(apparent pile capacity) 감소는 단독말뚝에 비해 군말뚝에서 두드러지는 것으로 분석되었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2005년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.1351-1360
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• 2005

New construction for public transport in congested urban areas will involve tunnel construction adjacent to existing building or bridge foundations and services due to the lack of surface space. Therefore, careful assessment of the important underground structure-soil-tunnelling interaction is relatively new, currently only limited information is available. In this study, the authors carried out FE analysis and the laboratory model test using the photogrammetric technique and suggested the influence zones associated with the normalised pile tip settlement during new tunnel construction.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권4호
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• pp.553-570
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• 2016

A series of three-dimensional (3D) parametric finite element analyses have been performed to study the influence of the relative locations of pile tips with regards to the tunnel position on the behaviour of single piles and pile groups to adjacent tunnelling in weathered soil. When the pile tips are inside the influence zone, which considers the relative pile tip location with respect to the tunnel position, tunnelling-induced pile head settlements are larger than those computed from the Greenfield condition. However, when the pile tips are outside the influence zone, a reverse trend is obtained. When the pile tips are inside the influence zone, the tunnelling-induced tensile pile forces mobilised, but when the pile tips are outside the influence zone, compressive pile forces are induced because of tunnelling, depending on the shear stress transfer mechanism at the pile-soil interface. For piles connected to a cap, tensile and compressive forces are mobilised at the top of the centre and side piles, respectively. It has been shown that the increases in the tunnelling-induced pile head settlements have resulted in reductions of the apparent factor of safety up to approximately 43% when the pile tips are inside the influence zone, therefore severely affecting the serviceability of the piles. The pile behaviour, when considering the location of the pile tips with regards to the tunnel, has been analysed in great detail by taking the tunnelling-induced pile head settlements, axial pile forces, apparent factor of safety of the piles and shear transfer mechanism into account.