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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
6권 1호
초록
기존의 터널 라이닝으로서 주를 이루고 있는 콘크리트 라이닝은 여러 문제점들이 발생하고 있으며 콘크리트 라이닝의 대체 재료에 대한 관심이 증대되고 있다. 본 논문에서는 파형강판을 개착식 터널 라이닝으로 도입하기 위한 초기 단계에 있어서 파형강판 라이닝의 유한요소 해석을 수행하고 CHBDC (Canadian Highway Bridge Design Code, 2000) 규정에 의해 안정성을 검토한 후 몇 가지 조건에 의해 발생되는 단면력의 경향을 분석함으로서 터널 라이닝으로서의 새로운 재료의 거동 특성을 규명하고자 하였다. 또한 현장에서의 시공 단계를 모사한 1/40 scale의 모형토조 실험과 동일한 scale의 수치해석을 수행하여 본 연구에서 사용한 수치해석 기법의 적정성을 검증하였다.
Abstract
A finite element method is used for the force analysis of semicircular arch-shaped corrugated steel plate lining. The assessment of stability and behavior for several conditions are executed from the analysis of soil-structure interaction in accordance with CHBDC (Canadian Highway Bridge Design Code, 2000). One fortieth scaled model tests were conducted on the semicircular arch lining to verify the FEM analysis results under the earth-load conditions.
초록
터널 하중을 예측하는 것은 터널 설계에서 가장 중요한 문제 중의 하나이다. 캐나다 에드몬턴시의 여러 터널로부터 측정된 계측자료와 기존에 존재하는 설계방법을 이용하여 계산된 터널 하중의 비교를 통하여 기존 설계방법들의 정확도를 검토하였다. 그러나 기존의 방법들은 터널 하중을 예측하는데 만족하지 못한 결과를 보여 주었다. 일차 라이닝의 설치 이전에 발생하는 응력감소 인자를 구한 후, 기존의 설계방법을 결합하여 터널 하중을 예측할 것을 제안하였다. 에드몬턴시에 건설된 터널에 대한 무차원 하중 인자인 nD/H값이 도표로 제시되었다. 제안된 방법의 타당성을 검증하기 위하여, 제안된 방법으로 계산된 터널 하중과 계측 값을 비교하였다. 다른 지역 터널의 경우, 비교적 견고 (stiff)하거나 조밀 (dense)한 흙으로 구성된 지반에 터널이 건설될 경우에는 제안된 방법을 사용할 수 있다.
Abstract
Prediction of lining loads is one of the key issues to be addressed in the design of a tunnel. The validity of the existing design methods is reviewed by comparing the loads calculated using the methods with the field measurements obtained from several tunnels in Edmonton, carada. However, the existing methods are determined not to be fully satisfactory for the prediction of primary lining loads. To account for the stress reduction occurring prior to lining installation, the stress reduction factor is used coupled with an analytical solution for calculation of lining loads. Typical values of dimensionless load factors nD/H for tunnels in Edmonton are obtained from parametric analyses and presented in a table. The loads calculated using the proposed method are compared with field measurements collected from tunnels in Edmonton to verify the method. The method can be used for other tunnels if the tunnels are built in stiff or dense soils, where good ground control is accomplished during the tunnel construction.
초록
밀장전한 암반발파공에서 화약폭발로 전파되는 초음속 충격파는 암반중에 전파되면서 차차로 저음속 충격파, 소성파, 탄성파로 변화된다. 이 연구는 발파압력파의 최대압력 도달시간 산정에 중점을 두었고 연계된 논문 I (the companion paper)에서는 최대 발파압력 산정에 중점을 두었다. 이 연구에서 최대압력 도달시간을 화약밀도, 단열지수, 폭굉파속도, 감쇠지수, 동적항복강도, 소성파속도, 암반밀도, 탄성파속도, Hugoniot 상수의 함수식으로 유도하였다. 최대압력 도달시간에 대한 매개변수분석 결과 암반특성치가 화약특성치보다 더 크게 영향을 미쳤다. 최대압력 도달시간의 확률분포는 화약과 암반 특성치의 확률분포로부터 Rosenblueth 확률모델로 조합하여 산출되었다. 화약과 암반특성의 불확정성이 발파진동의 불확정성에 미치는 영향을 수치해석으로 분석하였다. 불확정성 분석결과 화약특성보다 암반특성의 불확정성이 발파진동에 더 크게 영향을 미쳤다. 수치해석 분석결과 최대 발파압력과 최대압력 도달시간의 비인 하중재하율이 발파진동에 큰 영향을 미쳤다. 또한 화약특성보다 암반특성이 하중재하율에 더 크게 영향을 미쳤다.
Abstract
The supersonic shock wave generated by fully coupled explosion will change into subsonic shock wave, plastic wave, and elastic wave consecutively as the wave propagates through rock mass. While the estimation of the blast-induced peak pressure was the main aim of the companion paper, this paper will concentrate on the estimation of the rise time of blast-induced pressure. The rise time can be expressed as a function of explosive density, isentropic exponent, detonation velocity, exponential coefficient of the peak pressure attenuation, dynamic yield stress, plastic wave velocity, elastic wave velocity, rock density, Hugoniot parameters, etc. Parametric analysis was performed to pinpoint the most influential parameter that affects the rise time and it was found that rock properties are more sensitive than explosive properties. The probabilistic distribution of the rise time is evaluated by the Rosenblueth's point estimate method from the probabilistic distributions of explosive properties and rock properties. Numerical analysis was performed to figure out the effect of rock properties and explosive properties on the uncertainty of blast-induced vibration. Uncertainty analysis showed that uncertainty of rock properties constitutes the main portion of blast-induced vibration uncertainty rather than that of explosive properties. Numerical analysis also showed that the loading rate, which is the ratio of the peak blasting pressure to the rise time, is the main influential factor on blast-induced vibration. The loading rate is again more influenced by rock properties than by explosive properties.
초록
본 논문에서는 기존댐 인접지에 터널구조물을 건설하기 위한 발파시, 폭괴하중으로 인한 지반진동이 댐 제체와 간극수압에 미치는 영향을 고찰하였다. 댐의 안정성 검토는 발파시 발생하는 코어부의 최대입자속도 (Peak Particle Velocity)를 계산하여 수행하였다. 간극수와 지반진동간의 상호 연계해석을 위하여 댐 제체에 대한 정상상태 흐름해석을 수행하여 간극수압 분포를 파악하고, 유발된 과잉간극수압 및 유효응력분포로 발파하중이 인접지반에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 발파와 같은 급속하중 재하 후 과잉간극수압의 증가 및 소산현상 해석을 위하여 Finn & Byrne Model을 적용하여 하중재하 전후의 유효응력 변화양상을 검토하였다.
Abstract
The numerical investigation for the effects of blasting-induced vibration on adjacent dam and pore water pressure fluctuation was conducted through solid-water coupled analysis under dynamic loading. The stability of dam was examined by peak particle velocity of core. Pore water pressure distributions were calculated by steady state flow analysis using coupled analysis on ground water and blasting-induced vibration. The influence of pore water pressure and the effective stress distribution in the ground were also investigated. Furthermore, effective stress alteration was examined by applying Finn & Byrne Model to monitor the generation and dissipation of pore water pressure.
초록
본 연구에서는 3차원 전산유체역학 기법을 이용하여 열차터널 내 10MW급 화재발생 시, 대피환경에 대한 1차원 임계속도의 유효성을 평가하였다. 또한 터널의 입구속도가 1m/s, 2m/s (임계속도) 그리고 3m/s일 때의 터널 내 기류분포, 온도분포, 가시거리분포 및 오염물질분포가 대피환경에 미치는 영향을 각각 검토하였다. 그 결과, 세 가지 경우 모두, 승객의 안전한 대피환경을 충분하게 제공하지 못할 것으로 예상되어 승객들은 유동방향 하류로 대피하여야 한다. 그러나 3m/s 입구속도의 경우는 1m/s, 2m/s의 경우 보다 승객의 대피환경에 있어서 좀 더 나은 결과를 보인다. 따라서 터널의 방재시스템의 설계 시, 안전한 대피환경을 확보하기 위해서는 임계속도보다 큰 입구속도의 사용이 요구된다
Abstract
The effectiveness of one dimensional critical velocity method for evacuation environment at 10MW fire size in a railroad tunnel have been investigated in this paper by three dimensional CFD method. It was performed to evaluate the evacuation environment in terms of temperature distribution, visible distance distribution and CO concentration at some tunnel inlet velocity, 1m/s, 2m/s (near critical velocity), and 3m/s. At all inlet velocity, passenger should give away downward the flow direction because the inlet velocity can not afford to sufficient evacuation environment for passengers. In case of 3m/s inlet velocity, however, the evacuation environment for passengers is better than the other cases. To provide more safe evacuation environment on fire situation, tunnel inlet velocity should be larger than critical velocity.
초록
최근 현장 타설 콘크리트 터널 라이닝의 시공 및 유지관리상 문제점을 개선하기 위해 노르웨이에서 개발된 프리캐스트 콘크리트 라이닝에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 북유럽지역에서는 지진이 거의 발생되지 않기 때문에 PCL공법 적용시 지진하중으로 인한 영향을 고려하지 않았다. 따라서 PCL공법을 국내에 도입하기 위해서는 지진하중으로 인한 PCL의 영향분석을 선행하여야 할 것으로 판단되어 본 연구에서는 지진하중으로 인한 PCL의 안정성 검토를 수행하고자 하며 이를 위해 실물을 1/5로 축소한 모델체에 대한 진동대 실험을 수행하였으며 PCL의 내진성능평가를 수행하였다. 연구결과, 대심도터널에서 PCL공법을 적용할 경우, 국내의 내진설계기준에 만족하는 결과를 얻을 수 있었다.
Abstract
Precast Concrete Lining (PCL) is invented in order to resolve the problem of the cast-in-place concrete lining in Norway. However PCL could not consider the effect of earthquake because an earthquake rarely occurs in the region of Northern Europe. Consequently, the analysis of the effect of earthquake on PCL should be made before introducing PCL to Korea. The purpose of this research is to evaluate the stability of tunnel applying PCL in the case of earthquake. To evaluate the seismic performance of PCL, we used shaking table apparatus by 1/5 scale down model. The result of this research is as shows that deep tunnells satisfied for Korea seismic design criteria.
초록
본 연구의 목적은 막장전방에 연약대가 존재할 때 터널 3차원 내공변위를 여러 가지 방법으로 해석하여 변위의 발생경향을 밝히고 지질변화를 예측하는 해석기법을 제시하는 것이다. 안정된 지하 암반에 터널을 굴착하게 되면, 터널 막장면을 포함한 무지보 굴착면 주위에 3차원적인 하중전이 현상이 나타나는데 막장 전방의 지반 상태가 변화하거나 연약대가 존재하면 특정한 변위 경향을 보이는 것이 3차원 계측 및 수치해석결과 확인되었다. 그러므로, 시공중인 터널 내에서 3차원 절대 내공 변위를 측정하여 본 연구에서 제시된 계측해석 기법 (L/C비, C/Co 등)을 적용하면 터널 막장 전방의 지층변화나 연약대의 존재를 사전에 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
Abstract
The purpose of this study is to present an analysis method for the prediction of the changes in ground conditions. To this end, three-dimensional convergence displacements are analyzed in several ways to estimate the trend of displacement changes. Three-dimensional arching effect is occurred around the unsupported excavation surface including tunnel face when a tunnel is excavated in a stable rock mass. If the ground condition ahead of tunnel face changes or a weak zone exists, a diagnostic trend of displacement change is observed by the 3-dimensional measurement and numerical analysis. Therefore, the change of ground condition and the existence of a weak zone ahead of tunnel face can be predicted by monitoring 3-dimensional absolute displacements during excavation, and applying the methodology (the ratio of L/C, C/Co, etc.) presented in this study.