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과제기본정보

불연속 암반 터널의 최적 설계를 위한 불연속면의 강도와 3차원 불연속변형해석 기법의 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 도시건축연구사업 과제번호 05CHUD-C042144-02
국가과학표준분류 1순위 None | None | None 적용분야 -
2순위 None | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 None | None | None 과제유형 기초
과제명 불연속 암반 터널의 최적 설계를 위한 불연속면의 강도와 3차원 불연속변형해석 기법의 개발
주관연구기관 서울대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 이정인
소속 국립대학법인서울대학교 직위 명예교수
전화번호 02-880-1522 FAX 02-873-2684
총 연구기간 2004-08-20 ~ 2007-08-19
당해연도 연구기간 2005-08-20 ~ 2006-08-19

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 202,000,000 10,000,000 61,929,000 71,929,000 273,929,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 불연속 암반 내의 터널이나 암반구조물의 해석 및 설계 선진화를 위하여 불연속면의 거칠기 정량화 및 불연속면의 전단시험 방법을 개발하는 것이다. 또한 불연속 암반의 지반 정수의 산정과 3차원 불연속변형해석 기법을 개발하여 현장 적용을 하는 것이다.
최종목표 불연속 암반 내의 터널이나 암반구조물의 해석 및 설계 선진화를 위하여 불연속면의 거칠기 정량화 및 불연속면의 전단시험 방법을 개발하는 것이다. 또한 불연속 암반의 지반 정수의 산정과 3차원 불연속변형해석 기법을 개발하여 현장 적용을 하는 것이다. 이를 위해서 터널설계에 필요한 불연속면 시험방법, 지반정수 산정기법, 그리고 FracMan을 사용하여 통계적 절리면 발생시키고 3차원 불연속변형해석을 개발한다. 개발된 해석법을 이용하여 측압계수의 변화, 지보재, 굴착순서의 영향을 비교 분석하여, 실제 지하구조물 설계 및 시공에 활용할 수 있는 해석모델을 제시하고, 이를 현장에 적용한다.
연구내용 및 범위 1) 프랙탈 기법을 이용한 절리표면 형상의 수학적 모델링 기법 개발
- 절리면을 전체적으로 대표하는 암석불연속면 거칠기 정량화 기법을 제시
2) 일정 수직 강성 조건에서의 직접 전단 시험 방법 개발
- 톱니 시료에 대한 CNS 조건에서의 직접 전단 실험 연구
- 인장절리 및 자연절리 시료에 대한 CNS 조건에서의 직접 전단 실험 연구
- 점이동 회귀분석을 통한 일정 수직 하중 조건의 시험 결과와 비교 분석(최대 마찰각과 잔류마찰각 비교)
3) 절리면 구성 모델 개발
- 일정수직강성 조건에서의 절리면 구성 모델 개발
4)개발된 절리면 구성모델을 UDEC 프로그램에 적용
-단일 절리면 전단 시험 모사 및 실내 시험 결과와 비교
5)대표요소크기 결정
-일정한 지반 정수 값을 보이는 최소 대표요소크기 결정
6)대표요소크기 결정
-일정한 지반 정수 값을 보이는 최소 대표요소크기 결정
7)지반 정수 산정
-불연속 암반의 탄성계수 및 포아송비 결정
9) 3차원 불연속면의 접촉문제해결
- 3차원 블록에서 나타나는 점-점, 점-모서리, 점-면, 모서리-모서리, 모서리-면, 면-면으로 나타나는 6가지의 접촉형태를 하나 또는 여러개의 점-면 접촉으로 해석하는 기법의 개발
10) 단순한 불연속면 모델에 대해서 적용성 검토
- Hoek & Bray에 의해 임계마찰각이 제시되어 있는 쐐기파괴모델에 대해 개발된 모델을 검증
- 상용프로그램인 3DEC에 의한 해석과 비교하여 적용성을 검증
11) 불연속면의 크기, 방향의 분산도에 대한 계수를 변화시켜 붕괴양상 및 변위분석
12) 지보요소로 락볼트를 적용
- 무지보 지하구조물과 락볼트로 지보된 지하구조물의 거동변화를 비교
13) 측압계수 변화에 따른 지하구조물의 거동변화를 비교
14) 전단면 굴착해석 및 굴착순서를 고려한 해석을 수행하여 3차원 막장효과의 영향을 분석
15) 개발된 기법들을 반영하여 3차원 불연속변형해석법을 조사된 현장에 적용
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 - 2차원 불연속변형해석 적용 및 3차원 불연속변형해석 기초연구 - 2차원 불연속변형해석에 지보재 보강효과 구현 - 지반 탄성 정수 산정 - 3차원 불연속면 연결망 모델의 구성 - 3차원 불연속면 접촉문제 해결
연구성과 기술적 기대성과 1)터널 설계에 반영하는 불연속면 시험법 개발과 직접 전단 시험의 선진화
2)객관적이고 정량적인 터널 설계에 필요한 불연속 암반의 설계 정수값을 구하여 불연속 암반 터널의 최적 설계가 가능
3)개발된 3차원 불연속변형해석법으로 불연속면이 존재하는 암반의 거동을 직접적으로 모사할 수 있게 되어 실제적으로 발생하는 불연속면의 거동을 정확히 표현하고 예측하여 설계에 적용가능
사회 경제적 파급효과 1)현장조건에 맞는 시험을 통하여 시간적· 경제적 이익을 얻음
2)3차원 불연속변형해석법 개발로 외국 상용프로그램을 대체할 수 있게 되고, 기술의 자립화로 인해 외국 기술 도입비로 지출되는 외화를 절감
3)3차원 불연속변형해석으로 최적의 지보량을 산출하여 제시 및 낙반에 대한 정확한 예측
활용방안 1)국내 및 국제 학술지나 학술대회에 발표하여 일정 수직 강성 조건에서의 직접 전단 시험의 필요성을 알리고 기존의 일정 수직 하중 조건에서의 직접 전단 시험을 대체 하도록 유도
2)일정수직강성 조건은 터널 주변뿐 아니라 암반에 관입된 말뚝의 거동이나 그라우팅된 엥커의 거동에도 맞는 실험 방법이기 때문에 본 연구의 실험결과가 말뚝이나 엥커의 거동 연구에 기초 자료로 활용할 수 있음
3)개발된 프로그램의 베타버전을 무료로 배포한 후, 사용 중에 발견되는 문제점 및 불편사항을 개선, 보완하여 추후 터널설계업체 및 시공업체에서 활용
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 불연속면 프랙탈 일정수직강성 등가물성 프랙탈
영문 discontinuity fractal constant normal stiffness equivalent property fractal
최종보고서
최종보고서 파일 다운로드 제공
최종보고서 0356_불연속 암반 터널의 최적설계를 위한 불연속면의 강도와 3차원 불연속변형해석 기법의 개발.pdf   다운로드

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