지반응력을 고려한 2차원 공동 주변 대칭형 암석 블록의 안전율 산정 방법 개발

Abstract

지하 공간을 개발함에 있어서 암석 블록의 거동은 낙반 사고와 같은 안전사고의 원인이 됨과 동시에 지하 공간의 안정성을 위협할 수 있는 중요한 위험 요소이다. 하지만 암석 블록의 거동을 예측하기 위한 주요 기법인 블록 이론은 고심도 암반과 같이 지반응력의 작용이 상대적으로 큰 조건에서는 적용되기 어려운 부분이 있고, 실내시험을 수행하기 어려운 연구 분야의 특성 상 암석 블록의 거동을 효과적으로 예측할 수 있는 이론적 방법론이 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 기본적인 형태의 심부 지하공동 및 암석 블록 모델에 대하여, 지반응력이 작용하는 경우 암석 블록의 안정성을 이론적 및 수치해석적으로 분석하고자 하였다. 먼저 Kirsch해에 따른 공동 주변에서의 응력 분포를 분석한 후, 이를 통해 암반-블록 경계면에서 지반응력의 작용으로 인해 유도되는 응력성분의 값을 추정하였다. 그리고 Mohr-Coulomb의 전단거동식을 적용하여, 암반-블록 경계면의 전단강도에 따른 암석 블록의 안전율 이론식을 수립하였다. 또한 기존의 연구들에서 충분하게 고려되지 못하였던 암반 및 절리면 변형의 영향을 고려하기 위해, 개별요소 수치해석 소프트웨어인 UDEC을 활용하여 지반응력이 작용하는 암반 및 블록 모델에 대해 안정성을 분석하였다. 그리고 분석 결과를 앞서 수립한 이론식을 통한 분석 결과와 비교하여 암반 및 절리면 변형의 영향을 정량적으로 분석하였으며, 이를 접촉함수(Contact function) 형태로 나타내었다. 본 연구의 결과를 통해 지반응력의 작용하는 경우에서 암석 블록의 안정성을 보다 정량적으로 파악할 수 있으며, 이후 지하공간에서 암석 블록의 거동 메커니즘을 규명하는 데에 기초적인 자료로 활용될 수 있을 것이다.