Anisotropic Analysis of Tunnel in Transversely Isotropic Rock

횡등방성 암반 내 터널의 이방성 해석

  • 최미진 (전남대학교 대학원 지구시스템공학과) ;
  • 양형식 (전남대학교 건설지구환경공학부)
  • Published : 2005.12.01

Abstract

In this study, stress difference between isotropic and transversely isotropic rock mass, and planar principal stresses at the periphery of the tunnel in the rock with various ratio of anisotropy were determined theoretically. Stress differences between isotropic and anisotropic calculations at crown. side walls and floor of a tunnel with assumed stress states were analyzed and compare each other by $FLAC^{2D}$, a finite differential element method. As a result, magnitude and direction of principal stresses in the case of ignoring anisotropy were different from those of anisotropic cases, whatever the stress state was. Stress difference increased as the ratio of anisotropy increased. Direction or anisotropy affected stress difference, especially in the cases of anisotropic directions of $45^{\circ}\;and\;135^{\circ}$ of counterclockwise from x direction.

본 연구에서는 횡등방성 암반에서 이방성 정도에 따른 응력 차와 3차원 주응력 하의 터널방향, 이방성 정도에 따른 터널 단면에서의 2차원 응력 차를 이론적으로 구하였다. 구해진 응력상황 하의 터널에 대하여 $FLAC^{2D}$를 이용하여 이방성 고려여부에 따른 천단, 측벽, 바닥의 응력 차를 비교${\cdot}$검토하였다. 그 결과 이방성을 무시할 경우 응력 조건에 무관하게 주응력의 크기와 방향이 다르게 나타나며, 이방성 정도가 커질수록 응력차가 증가함을 알 수 있다. 이방성의 방향에 따라 응력 차가 달리 나타나며, 특히 이방성의 방향이 x축으로부터 시계반대방향으로 $45^{\circ}$$135^{\circ}$에서 가장 큰 응력 차가 발생함을 확인하였다.

Keywords

References

  1. 김호영, 1995, 이방성 암석에 대한 탄성계수의 실험적 결정, 한국암반공학회지 5 pp.318-322
  2. 민기복, 이정인, 최해문, 2002, 공벽변형법에 의한 이방성 암반의 초기응력 측정에 관한 연구, 한국암반공학회 12, pp.237-247
  3. 박철환, 2001, 이방성 암석의 탄성상수 분석연구, 한국암반공학회지 11.1, pp.59-63
  4. 양형식, 장명환 저, 2002, 암석파괴이론, 전남대출판부, pp.226-229
  5. 이희근, 양형식, 2002, 암석역학, 서울대학교 출판부, p.12-16, pp.419-420
  6. 장보안, 나광희, 장명환, 2001, 단일 시편을 이용한 평면 이방성 암석의 탄성계수 결정, 한국암반공학회지 11.1, pp.72-78
  7. Amadei, B., 1996, Important of anisotropy when estimating and measuring in-situ stress in rock, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. 33.3, pp.293 - 325 https://doi.org/10.1016/0148-9062(95)00062-3
  8. Amadei, B., Stephansson, O., 1997, Rock Stress and Its Measurement, Chapman & Hall
  9. Berry, D. S., 1968, The theory of stress determination by means of stress relief techniques in a transversely isotropic medium, Tech. Rept. No.5-68, Missouri River Division, Corps of Engineers, Omaha, Nebraska 68101
  10. Saint-Venant B., 1863, Sur la disyribution des elasticites author de chaque point d' un milieu de contexture quelconque. J. de Mathematiques Pures et Appliquees p.7-8, pp.353- 430, pp. 257-261.(ln France)
  11. van Heerden, W. L., 1983, Stress strain relations applicable to overcoring techniques in transversely isotropic rocks, Inl. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. 20.6, pp.277 - 282 https://doi.org/10.1016/0148-9062(83)90597-1
  12. Worotnicki, G., 1993, CSIRO triaxial stress measurement cell, Comprehensive Rock Engineering, 3, pp.329 - 394