• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2005년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.409-416
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• 2005

Design analysis for underground spaces requires evaluating stability related to tunnel collapses. A failure mode is one of the critical factors in the conventional methods of stability analysis. Therefore identification of failure modes is essential in securing safe construction in the phase of design analysis, instrumentation planning and implementation of reinforcing measures. In this study failure modes at the tunnel heading in granular soils are investigated using physical model tests and numerical simulation for various tunnel depths and ground surface inclinations. Test results indicated that the effect of depth and inclination of ground surface on a failure mode are significant. It is identified that, with an incase in depth, failure modes become localized in a region close to the tunnel. It is also known that an increase in the inclination of ground surface results in inclined and wide failure modes.

• Geomechanics and Engineering
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• 제15권1호
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• pp.621-630
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• 2018

In the note a comprehensive and optimal passive-active mode for describing the limit failure of circular shallow tunnel with settlement is put forward to predict the catastrophic stability during the geotechnical construction. Since the surrounding soil mass around tunnel roof is not homogeneous, with tools of variation calculus, several different curve functions which depict several failure shapes in different soil layers are obtained using virtual work formulae. By making reference to the simple-form of Power-law failure criteria based on numerous experiments, a numerical procedure with consideration of combination of upper bound theorem and stochastic medium theory is applied to the optimal analysis of shallow-buried tunnel failure. With help of functional catastrophe theory, this work presented a more accurate and optimal failure profile compared with previous work. Lastly the note discusses different effects of parameters in new yield rule and soil mechanical coefficients on failure mechanisms. The scope of failure block becomes smaller with increase of the parameter A and the range of failure soil mass tends to decrease with decrease of unit weight of the soil and tunnel radius, which verifies the geomechanics and practical case in engineering.

• 터널과지하공간
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• 제9권4호
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• pp.288-295
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• 1999

지하 터널굴착으로 인하여 발생한 집중응력은 터널 주변의 암반에 변형이나 파괴를 쉽게 발생시킨다. 따라서 터널을 지하에 굴착할 경우에는 이러한 문제점들을 사전에 예측하는 것이 좋은데, 그 예측방법으로는 계측자료를 이용하는 방법과 컴퓨터 수치해석을 통한 방법이 있다. 본 논문은 후자의 방법을 이용하여 터널 굴착 후 터널 주변 암반에 나타나는 시간 경과에 따른 암반의 진행적 파괴 거동을 해석하였으며, 본 해석을 위해 반복(Iteration)기법을 Hoek-Brown이론과 접목하여 사용하였다. 또한, 터널 형상이 서로 다른 3가지 모델을 이용하여, 터널간 이격거리와 내공변위 그리고 집중 응력의 변화 양상 등을 검토하였으며, 본 연구의 결과를 국내에서 많이 사용하고 있는 Mohr-Coulomb 이론을 적용하였을 때 얻어지는 결과와 비교 분석하였다.

• 지질공학
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• 제12권4호
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• pp.367-378
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• 2002

최근 국도가 4차선 선형 개량화 되는 과정에서 일반국도 내 터널 수가 증대되고 있으며 터널 갱구부의 사면 붕괴도 적지 않게 보고되고 있다. 운용중 터널 갱구부 사면 붕괴는 절토사면과는 달리 시공성 및 대책공법 선정의 한계성을 가지고 있다. 본 연구에서는 2002년 4월 발생한 수안보 온천 1, 2터널붕괴 현장을 대상으로 정밀 현장조사를 실시, 안정성 해석에 따른 효율적인 보강공법에 대해 검토한 것이다. 연구방법으로는 붕괴 현장의 정밀 지질조사를 통하여 붕괴 원인 분석 및 지반강도정수 산정을 위하여 현장 조사 및 붕괴 현장에 대한 역해석을 실시 지반강도정수를 추정하였다. 암반사떤의 안정성 해석을 위하여 불연속면의 영향을 고려하여 평사투영법을 실시하였으며, 안전율을 산정을 위하여 Tarlen을 이용한계평형해석을 실시하였다. 연구결과, 수안보 온천 1터널의 경우, 사면경사완화공법을 2터널의 경우는 3개의 영역으로 구분 콘크리트 버트리스 및 보강공법으로 록앵커 시공, 결착식 낙석방 지망을 설치하는 방안이 제시되었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 1999년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.293-300
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• 1999

The maintenance for the stability of tunnel, especially on downtown area, careful check must be considered during construction stage and after. Moreover we have to achieve the stability of tunnel by ground improvement and reinforcement when ground condition is bad or tunnel failures under the various ground conditions. In this paper, it is presented the case of tunnel failure and the state of restoration by ground reinforcements at seoul subway $\bigcirc$-$\bigcirc$ construction site. For the purpose of ground reinforcement, first, curtain wall was established by chemical grouting. Secondly, cement milk grouting was carried by upper part of tunnel crown. Also Boreholes loading test and tunnel monitoring were carried by in failure site for the long term stability of tunnel.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.871-885
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• 2017

최근 도심지 등에서 활용도가 높아지고 있는 얕은터널은 구조물에 인접하여 얕은 심도에 건설하므로 그 거동에 따른 주변지반 변위에 대한 연구는 아직 충분하지 않다. 특히, 얕은터널의 측벽에서 변위가 일어나면 주변지반의 이완형태 및 주변지반으로 전이되는 하중의 분포와 크기가 영향을 받을 수 있다. 그러나 지금까지 터널의 측벽변위에 관련된 연구는 많지 않고 그나마 터널과 주변지반을 평면변형률조건(plane strain state)으로 단순화하고 터널 전체의 안정이나 파괴메커니즘 규명에 대한 연구에 국한되어 있고, 터널 측벽일부의 변위에 따른 영향을 연구한 사례는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 터널측벽의 변위가 터널 주변 횡방향 하중전이에 미치는 영향을 규명하였다. 이를 위하여 탄소봉으로 지반을 조성하고 알미늄으로 터널의 형상을 모형화하여 터널의 한쪽측벽에 수평으로 변위를 주어 토피(0.5D, 0.75D, 1.0D, 1.25D)를 변화시키면서 모형시험을 수행하였고, 일부 측벽의 파괴에 따른 주변지반의 하중전이 거동을 분석하였다. 연구 결과, 얕은터널에서 토피가 일정깊이(0.75D) 이상이면 토피고에 무관하게 일정한 형태로 터널 측벽파괴가 발생하였고 반대측벽에 영향을 미치지 않았다. 그러나, 토피고가 일정깊이 이하일 경우에는 한쪽 측벽의 파괴가 반대쪽 측벽에까지 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 터널 굴착시 측벽변위가 예상변위량의 50% 발생하면, 터널 파괴는 75% 이상 진행되는 것을 발견하였다. 그러나, 지반조건에 따라 차이를 보일 수 있으므로 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제7권1호
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• pp.37-49
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• 2005

터널의 경우 지보재의 파괴가 터널의 파괴를 유발할 수 있으므로 지보재의 파괴가 고려된 안전율을 산정하는 것이 중요하다. 기존의 연구에서는 지보재의 파괴를 고려한 터널의 안전율 산정에 있어서 보 (beam)요소로 모델링하여 지보재의 파괴를 지보재에 발생하는 휨 응력과 허용응력을 비교하여 파괴를 고려하였다. 본 연구에서는 2차원 해석이 수행되었으며, 지보재를 보 (탄성)요소와 연속체 (탄소성)요소로 나누어 모델링하였고, 암반등급, 측압계수, 숏크리트 두께, 록볼트의 영향, 굴착방법이 터널의 안전율에 미치는 영향을 분석하여 적정 지보재의 모델링 방법을 제시하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제34권5호
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• pp.491-505
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• 2023

The practical usage of underground space and demand for vehicular tunnels necessitate the construction of non-circular wide rectangular tunnels. However, constructing large tunnels in soft clayey soil conditions with no ground improvement can lead to excessive ground deformations and collapse. In recent years, in situ ground improvement techniques such as jet grouting and deep cement mixing are often utilized to perform cement-stabilisation around the tunnel boundary to prevent large deformations and failure. This paper discusses the stability characteristics and failure behaviour of a wide rectangular tunnel in cement-treated soft clays. First, the plane strain finite element model is developed and validated with the results of centrifuge model tests available in the past literature. The critical tunnel support pressures computed from the numerical study are found to be in good agreement with those of centrifuge model tests. The influence of varying strength and thickness of improved soil surround, and cover depth are studied on the stability and failure modes of a rectangular tunnel. It is observed that the failure behaviour of the tunnel in improved soil surround depends on the ratio of the strength of improved soil surround to the strength of surrounding soil, i.e., q_ui/q_us, rather than just q_ui. For low q_ui/q_us ratios,the stability increases with the cover; however, for the high strength improved soil surrounds with q_ui >> q_us, the stability decreases with the cover. The failure chart, modified stability equation, and stability chart are also proposed as preliminary design guidelines for constructing rectangular tunnels in the improved soil surrounded by soft clays.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.469-485
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• 2016

심부 터널 주변 암반의 파괴는 불연속면의 영향을 크게 받는 천부 터널 주변과 다르게 응력의 크기와 방향이 지배한다. 응력 지배 파괴의 양상은 응력 조건, 암석의 특성에 따라 연성과 취성으로 구분할 수 있으며 파석, 판상 파괴, 암석 파열 현상의 결과로 나타나는 V-형 홈 형태 취성 파괴 영역의 범위와 깊이는 심부 터널의 굴착과 보강 설계의 주요 인자이므로 이를 파악하는 것은 중요하다. 취성 파괴의 특성은 응력 조건에 따라 점착력 상실과 마찰력 전이로 구성된다는 점과 진행성 파괴라는 점이다. 본 연구는 이중 선형 절단 파괴 포락선과 탄성-탄소성 연계 해석과 점진적 탄소성 영역 확대라는 해석 절차와 방법을 도입하여 터널 주변 취성 암반의 파괴를 합리적으로 모사할 수 있는 3차원 수치 모델을 구현하였다. 이 수치 모델이 예상한 취성 파괴 영역의 깊이는 기존 사례 연구를 통한 경험식의 결과와 부합되었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제16권1호
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• pp.35-47
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• 2018

This paper investigates the mechanisms of tunnel spalling and massive tunnel failures using fracture mechanics principles. The study starts with examining the fracture propagation due to tensile and shear failure mechanisms. It was found that, fundamentally, in rock masses with high compressive stresses, tensile fracture propagation is often a stable process which leads to a gradual failure. Shear fracture propagation tends to be an unstable process. Several real case observations of spalling failures and massive shear failures in boreholes, tunnels and underground roadways are shown in the paper. A number of numerical models were used to investigate the fracture mechanisms and extents in the roof/wall of a deep tunnel and in an underground coal mine roadway. The modelling was done using a unique fracture mechanics code FRACOD which simulates explicitly the fracture initiation and propagation process. The study has demonstrated that both tensile and shear fracturing may occur in the vicinity of an underground opening. Shallow spalling in the tunnel wall is believed to be caused by tensile fracturing from extensional strain although no tensile stress exists there. Massive large scale failure however is most likely to be caused by shear fracturing under high compressive stresses. The observation that tunnel spalling often starts when the hoop stress reaches $0.4^*UCS$ has been explained in this paper by using the extension strain criterion. At this uniaxial compressive stress level, the lateral extensional strain is equivalent to the critical strain under uniaxial tension. Scale effect on UCS commonly believed by many is unlikely the dominant factor in this phenomenon.