폐광지역에서 흔히 발생하는 싱크홀 형태의 지반침하는 인근 지역 주민의 안전은 물론, 지상구조물에 심각한 위해 요소로 작용할 수 있다. 본 연구에서는, 이러한 싱크홀의 발생양상을 수치해석적으로 규명하기 위해, 아주 특별한 형태의 유한요소해석을 실시하였다. 특히, 갱도 천반의 붕락에 의해 야기되는 공간이나, 파쇄된 암반이 쌓여서 이루는 폐석더미 등 기존의 수치해석기법으로서는 쉽사리 표현할 수 없었던 현실적인 문제들을 수치적으로 모사하기 위해 active-passive-active 유한요소를 사용하였다. Active 요소 즉 고체 요소는 싱크홀이 형성되는 영역 내에서 인장파괴 기준식을 만족하게 되면 passive 요소 즉 공간 요소로 전환될 수 있다. 싱크홀이 완전히 형성되게 되면 이들 passive요소들은 다시 active요소로 바뀌면서 폐석더미를 수치적으로 모사할 수 있게 된다. 채굴적의 폭, 심도, 천반의 상태 및 붕락 암반의 부피팽창율 등이 싱크홀에 미치는 영향을 검토하기 위해 여러 가지 조건에 의한 유한요소모델이 해석되었다. 본 연구는, 이와 같이 싱크홀이 발생하는 과정이나 천반이 붕락하는 현상 등을 해석하기 위해 수치해석상에서 active-passive-active유한요소들이 효과적으로 사용될 수 있음을 보여준다.
Sinkhole subsidence occurs over abandoned mine workings and can be detrimental to human lives, damage to properties and other surface structures. In this study, simulation of sinkhole development process is performed using special finite element procedure. Especially, creation of mine voids due to roof falls and generation of goaf from broken rocks are simulated using active-passive-active finite elements. An active or solid element can be made passive or void once the tensile failure criterion is satisfied in the specified sinkhole formation zone. Upon completion of sinkhole development process, these passive elements in again be made active to simulate goal region. Several finite element models are analyzed to evaluate the relationships between sinkhole formation with width of gallery. depth of mine, roof condition and bulking factor of roof rocks. This study demonstrates that the concept of passive elements in numerical analysis can be used effectively for analyzing sinkhole formation or roof fall phenomenon in general.
