본 연구에서는 지하공동의 형상과 규모가 공동의 안정성에 미치는 영향을 이론적 해석법과 수치 해석법을 이용하여 평가하였다. 지하 공동의 안정성에 영향을 미치는 제반요소들 중에서 암질, 초기응력의 크기 및 방향 그리고 측압계수가 공동주위에 발생하는 변위, 응력집중 그리고 소성영역의 크기와 범위에 미치는 영향을 중심으로 안정성을 평가하였다. 이론적 해석법을 이용하여 공동 벽면의 형상변화에 따른 응력집중계수의 변화를 분석하였으며 공동 벽면에서의 응력집중계수는 벽면의 곡률반경에 반비례하여 나타났다. 수치 해석법을 이용한 매개변수연구를 통하여 공동의 형상과 크기 변화에 따라서 제반요소들이 나타내는 특징들을 비교 평가하였다. 위 제반요소들이 나타내는 특징들을 지하비축공동 형상으로 널리 사용되고 있는 마제형 공동에 적용하여 측압계수와 공동단면의 비가 공동주위에 발생하는 최대변위의 변화 및 소성영역의 발달 양상에 미치는 영향을 평가하였다. 본 연구를 통하여 현재 건설되고 있는 국내 지하저장공동의 공동단면의 비는 공동이 위치할 현장의 측압계수조건에 따라서 안정성의 커다란 문제 없이도 공동의 높이 증가에 의한 공동의 단면적 증가가 경제적으로 가능함을 알수 있었다.
In this study, the analytic solutions and numerical methods were used to estimate the shape and size effects on the stability of underground openings. The stability of underground openings was evaluated by scrutinizing the effects of the rock mass quality, the state of in-situ stresses and the lateral earth pressure coefficient on the displacement, the stress concentration and the plastic region developed in the vicinity of the openings. The analytic solutions have shown that the stress concentration factor is inversely proportional to the radius of curvature of openings. Through parametric study on the various shapes and sizes of underground openings the characteristics of the controlling factors concerned with the stability were analyzed. Then, the study was extended to the horseshoe-shaped openings commonly used for under ground storage. Through the extended study the effects of the stress ratio and the height-towidth ratio of openings on the maximum displacement and plastic region developed around the openings were estimated. The results have shorn that the height-to-width ratio of domestic storage caverns can be increased economically without stability problem, as far as the lateral earth pressure coefficient is appropriate.
