6. 토질 개념정리 : 지반거동 모델링에서 구성방정식과 지반파라미터(물성) 관계 이해
■ 지반거동의 모델링
- 구성방정식은 해석 결과에 가장 큰 영향을 미치는 요소 중의 하나로서 실제지반거동에 부합하는 모델을 선택하여야 함.
- 터널 주변 지반거동은 다른 구조물에 비해 비교적 큰 중, 대 변형률 변형거동을 야기하며 비선형탄성 및 탄소성거동의 비선형성을 나타냄
- 터널해석에서 지반 모델의 조합은 적어도 "비선형탄성+완전소성" 또는 "선형탄성+탄소성"의 결합모델을 검토할 수 있음
- 토질역학의 경우는 "비선형탄성+Mohr-coulomb모델" 또는 "선형탄성+경화소성모델"이 바람직하고,
- 암반역학의 경우는 "선형탄성+Mohr-coulomb모델" 또는 "선형탄성+Hoek-Brown모델"을 많이 사용함
- 구성모델의 선택은 사용입력 파라미터를 결정함.
- Mohr-coulomb모델은 c, Φ
- Hoek-Brown모델은 s, m, σc, a.
- 구성모델의 파라미터는 지반조사와 시험을 통해 적절히 제공되어야 하며 요구되는 지반파라미터는 예상 응력경로와 일치하는 시험법으로 평가하여야 함
- 터널의 경우 굴착면 주변의 응력경로는 위치마다 다름. 일례로 터널 천정부의 지반요소는 삼축인장시험 결과와 유사하고, 스프링라인 근처의 요소는 수평하중이 감소하므로 삼축압축시험의 응력경로와 유사함. 위치마다 다른 응력경로를 모두 고려하기는 어려우므로 터널의 지배적인 영향을 미치는 대표적인 응력경로와 유사한 응력경로의 시험을 고려함
■ 구성모델과 지반파라미터(물성)
- 항복점 이전모델(탄성모델) : 지반의 탄성거동은 응력-변형률 거동의 초기에 일어남. 탄성모델은 선형 탄성모델과 비선형 탄성모델로 구분됨. 선형 탄성모델은 통상 등방선형탄성을 가정하나, 수직 및 수평방향의 물성이 현저하게 차이가 나는 경우 2축직교 이방성 모델을 사용할 수 있음. 비선형탄성 모델은 초기 미소변형률 구간의 모사 혹은 탄소성거동을 모사할 때 사용함
- 항복점 이후모델(탄소성모델) : 소성이론은 항복함수, 파괴기준, 경화법칙, 소성포텐셜함수, 파괴기준에 대한 정의가 필요하고 각 모델에 따라 이를 정의하기 위한 입력변수가 필요함
■ 지반파라미터(물성)
- 지반파라미터는 부지 종속적이므로 조사에 기초하여 평가하여야 함. 현장에서 주로 사용하는 모델조합인 "선형탄성+Mohr-coulomb모델"의 지반파라미터를 아래에 예시함
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