Abstract
This study investigates a failure mechanism of a tunnel shotcrete lining with respect to a concentrated load due to blocky rock mass. First of all, it is carried out to survey relevant researches to shotcrete failures by literature reviews and to numerically re-investigate the failure modes of shotcrete lining given by previous researches. Through this study, the failure modes are relocated with the conditions which induce each failure mode newly proposed by this study. In addition to this, the arching shape of tunnel lining, which has not been considered in the previous research despite of inherent geometrical characteristics in tunnels, is taken into consideration in numerical investigation on lining failure in this study. As a result, it is shown that more simplified failure modes can be found on the tunnel boundary condition and the corresponding failure condition to each mode can be different from ones of the previous study due to a tunnel arching effect.
본 연구에서는 터널 붕괴붕락의 유형 중 국부 암괴하중에 의한 숏크리트 라이닝의 파괴특성을 유한요소 해석을 통해 고찰하였다. 우선, 기존 터널 라이닝 파괴특성을 보다 체계적으로 파악하기 위하여 암반과 숏크리트체 강성비와 부착강도의 특성에 변화를 주어 총 9가지의 조건을 설정하였다. 각 조건에 대한 블록낙하실험(falling block test)환경에서 수치해석을 수행하여 파괴양상을 고찰해 보고 기존의 이론적 파괴 메카니즘과 비교/평가하여 보았다. 결과적으로, 기존 문헌에서 언급된 4가지 파괴모드(점착파괴(adhesive failure), 직접전단파괴(direct shear failure), 휨인장파괴(flexural failure) 및 휨전단파괴(punching shear failure))가 모두 구현되긴 하였으나, 점착파괴는 항상 타 파괴유형과 동반되어 나타나며, 별도의 파괴유형으로 분류하는 것은 부적절하다고 판단되었다. 또한 기존 관련 연구에서는 터널공학의 주요개념인 아칭효과에 대해 고려치 않고 단순보 개념하에서 라이닝의 파괴특성을 고찰하였으며, 굴착에 의해 부가되는 라이닝의 초기 축력을 고려치 않고 있다. 이에 대해 터널특성에 부합된 경계조건들을 고려하여 신규 라이닝 파괴모드를 재 고찰하였으며, 곡률이 있는 터널 라이닝조건에서는 크게 두 가지 파괴유형으로 분류할 수 있는 것으로 파악되었다.