The Stress Path of the Rock Mass Due to the Advance of 3-D Underground Excavation and Support

doi:None

All Issue

2011 Vol.48, Issue 1 Preview Page Next Page

The Stress Path of the Rock Mass Due to the Advance of 3-D Underground Excavation and Support 3차원 지하공동 굴착 및 지보의 진행에 따른 암반의 응력경로에 관한 연구: 임성범, 문현구
Seong-Beom Lim and Hyun-Koo Moon

28 February 2011. pp. 67-78

PDF

Abstract

This study presents the 3 dimensional finite element analysis of the stress path of the rock mass around an underground opening i.e. a tunnel, while the excavation and support are progressed. The effects of shotcrete and rockbolt supports on the stress path are analyzed, while the lateral coefficient of earth pressure K is varied from 0.62, 2.44 to 4.26. Compared to the unsupported excavation, the shotcrete and rockbolt supports increase the minor principal stress around the excavation surface by 1.4 to 2 times, resulting a triaxial stress state. In this study the concept of trend distance ratio and trend angle are also used to analyze the stability assessment of the rock mass around an underground opening. It is noted that the shotcrete and rockbolt supports improve the stability of the underground opening by the amount of 6.8%～9.1% and 6.4%～11% in terms of the trend distance ratio, 8%～12% and 3%～11% in terms of the trend angle, compared with the unsupported case.

Keywords

Stress path

Failure envelope

Stability assessment

Trend distance ratio

Trend angle

본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 통하여 지하공동 굴착 및 지보의 진행에 따른 암반의 응력경로를 분석하였다. 지보작업 모델링은 숏크리트와 록볼트에 대하여 각각 수행하였고 측압계수(K=0.62, 2.44, 4.26) 변화에 따른 응력경로를 분석하였다. 그 결과 지보설치로 인하여 지하공동 굴착면의 최종 응력상태는 무지보일 경우보다 최소주응력이 1.4배～2배 증가한 삼축응력상태를 나타내었다. 굴착 및 지보의 진행에 따른 지하공동 주변의 안정성 평가를 위하여 응력경로와 파괴포락선의 관계를 나타내는 추세이격비와 추세각의 개념을 도입하였다. 무지보일 경우와 비교하면 추세이격비는 숏크리트 타설로 인하여 6.8%～9.1% 록볼트 설치로 인하여 6.4%～11% 증가하였고, 불안정한 영역으로 진입하는 추세각의 빈도는 숏크리트 타설로 인하여 8%～12% 록볼트 설치로 인하여 3%～11% 감소함으로써 지하공동의 안정성이 향상되었다.

키워드

응력경로

파괴포락선

안정성 평가

추세이격비

추세각

References

배성호, 2005, 수압파쇄법에 의해 측정된 국내 초기응력의 지체구조구별 분포 특성에 관한 연구, 박사학위논문, 서울대학교, 서울, p. 224.
서용범, 문현구, 2010, “수치해석을 이용한 지하굴착에 의한 암반의 응력경로에 관한 연구,” 한국지구시스템공학회지, 제47권 1호, pp. 61-69.
(주)마이다스아이티, 2000, midas GTS Analysis Reference, Seoul, Korea.
Cai, M., Kaiser, P.K., Tasaka, Y., Maejima, T., Morioka, H. and Minami, M., 2004, “Generalized crack initiation and crack damage stress thresholds of brittle rock masses near underground excavations,” International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol. 41, No. 5, pp. 833-847.
Diederichs, M.S., 1999, Instability of hard rock masses : the role of tensile damage and relaxation, Ph. D. Dissertation, University of Waterloo, Canada, p. 566.
Hoek, E., Kaser, P.K. and Bawden, W.F., 1995, Support of underground excavation in hard rock, A.A. Balkema, Rotterdam, p. 215.
Kaiser, P.K., Yazici, S. and Maloney, S., 2001, “Mininginduced stress change and consequences of stress path on excavation stability-a case study,” International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol. 38, No. 2, pp. 167-180.
Martin, C.D. and Chandler, N.A., 1994, “The progressive fracture of Lac du Bonnet granite,” International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol. 41, Issue. 5, pp. 643-659.
Martin, C.D., Read R.S. and Martino J.B., 1997, “Observations of brittle failure around a circular test tunnel,” International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol. 34, No. 7, pp. 1065-1073.
Martin, C.D., 2005, Preliminary assessment of potential underground stanility (wedge and spalling) at Forsmark, Simpevarp and Laxemar sites, SKB Technical Report, p. 74.