복합지반에서 기반암의 깊이와 절리경사에 따라 흙막이벽체에 작용하는 토압

Abstract

토사층 하부에 절리암반층이 존재하는 복합지반을 굴착하고 설치하는 흙막이 구조물의 안정성은 굴착면의 배면에 작용하는 토압에 의해 결정된다. 보통 복합지반에서는 암반층을 토사로 간주하고 암반층의 지반강도 정수를 적용하여 경험적으로 토압을 구하는데, 암반층의 불연속면을 고려하지 않기 때문에 대개 실제 작용 토압보다 작게 산정된다. 복합지반에서 토사층과 암반층의 구성 비율 및 암반층의 절리경사에 따라 흙막이 벽체에 작용하는 토압의 크기와 분포형태를 규명고자, 대형 2축재하시험기(높이 3.0m, 길이 3.0m 폭 0.5m)에서 축척 1/14.5로 2차원 대형 모형시험을 수행하고 같은 조건으로 수치해석을 수행하였다. 시험지반은 토사층과 암반층의 분포비가 각각 65%:35%와 50%:50%가 되도록 조성하였고, 암반층의 절리는 굴착측으로 0°, 30°, 45°, 60° 각도로 구성하여 지반을 굴착하면서 흙막이벽체에 작용하는 토압과 지표변위를 측정하였고 수치해석으로 비교하였다. 그 결과 흙막이 벽체에 작용하는 토압과 굴착면 배면지표지반의 침하 그리고 암반층의 흙막이 벽체 변위가 암반층 절리 경사각(J)이 커질수록 증가 하였으며, 암반층 비율이 증가함에 따라 암반층에 작용하는 토압이 증가하였다. 암반층에 작용하는 토압은 암반층의 비가 50%(R50)이고, 암반층의 절리 경사각이 60°일 때 가장 크게 발생하였다. 대형모형시험 결과를 바탕으로 모든 시험조건에 대해 가장 경제적이면서도 안전성을 가질 수 있는 토압의 형태를 반복적으로 검토한 결과 시험 값의 약 130%에 해당하는 토압이 적정한 것으로 나타났다. 굴착단계별 토압의 변화와 굴착배면 지표침하의 관계를 분석하여 토압과 굴착배면지반의 침하관계를 기술하였다. 또한 암반층 비율과 암반층 절리경사 각도를 변수로 하여 최대토압의 위치를 구할 수 있도록 하였다. 따라서 임의 복합지반을 굴착할 때 발생하는 토압을, 최상단 버팀대토압과 최대토압 및 굴착하단을 꼭짓점으로 하는 사각형분포로 이상화하고, 암반층비율과 절리경사 각도를 고려하여 토압을 구할 수 있는 토압식을 제안하였다.