1. 서 론
2. 대형 모형실험
2.1 개요
2.2 대형모형실험기
2.3 실험변수 및 실험방법
2.4 대형모형실험에 적용된 흙막이 구조물
2.4.1 흙막이벽체
2.5 실험지반
2.5.1 실험지반 및 실험의 case
2.5.2 실험지반의 특성
2.6 계측기기
3. 대형모형실험 결과
4. 수치해석
4.1 수치해석 결과
5. 결과 비교 및 분석
5.1 대형모형실험 분석
5.2 수치해석 결과분석
5.3 대형모형실험과 수치해석의 비교
6. 복합지반 암반층 절리경사각도(J)와 암반층비율(R)에 따른 토압 계산식 제안
6.1 복합지반 암반층 절리 경사각도와 암반비율별 토압의 형태 및 크기의 결정
6.2 토압 계산식 제안
6.1 복합지반 암반층 절리 경사각도와 암반비율별 토압의 형태 및 크기의 결정
6.2.1 임의 복합지반에 대한 최대 토압과 최상단 버팀대 작용토압의 계산공식 제안
6.2.2 복합지반의 토압합력
6.3 제안식 검증
7. 결 론
1. 서 론
토사층에 설치되는 흙막이구조물에 작용하는 토압의 분포와 크기에 대해서는 많이 연구되어 있어서 비교적 용이하게 신뢰성 있는 토압을 산정할 수 있다(Lee, 2001; Lee, 2011). 그러나 토사층 하부에 암반층이 발달된 복합지층에 설치한 흙막이벽체에 작용하는 토압에 대한 연구는 많지 않기 때문에 대부분 암반을 토사로 간주하고 암반의 전단강도정수(
)를 적용하여 토압을 산출한다(Korea Geo-technical Society, 2006). 따라서 절리암반층이 포함된 복합지층에 설치된 흙막이벽체에 실제로 작용하는 토압의 크기와 분포는 절리경사를 고려하지 않고 토사로 간주하여 산정한 것과 다를 수밖에 없다(Do, 2010) 즉 암반층의 절리경사를 고려하지 않으면 실제보다 작은 토압이 산출되어 흙막이구조물과 주변구조물의 안정성에 더 불리하다. 그러나 실무에서는 적절한 토압을 산출하는 방법이 거의 없어서 현실성 있는 토압을 적용시키지 못하고있다. 이러한 문제를 최소화하기 위해서 근래에는 복합지층에서 계측한 결과를 역해석하여 산출한 경험식으로 토압을 산정하여 흙막이구조물의 안정성을 검토하고 있다. 계측결과로 만들어진 경험식은 해당 현장의 지층조건과 주변조건 및 흙막이벽체의 강성이 거의 동일할 경우에는 적용할 수 있다. 그러나 이들 조건이 달라지면 흙막이벽체에 작용하는 토압의 분포와 크기가 달라지기 때문에, 계측결과를 바탕으로 하는 경험식을 모든 복합지층에 적용하기가 곤란하다.
본 연구에서는 토사층의 하부 암반층의 분포비율과 암반의 절리경사각도에 따라 달라지는 토압의 분포와 크기를 확인하기 위해, 대형모형실험을 수행한 후에 같은 조건으로 수치해석을 수행하였으며, 그 결과를 비교분석하여 복합지층에서 흙막이구조물에 적용하는 토압을 암반층의 구성비율과 절리경사각도룰 고려하여 산정할 수 있는 토압식을 제시하였다.
2. 대형 모형실험
2.1 개요
토사층 하부에 암반층이 분포하는 복합지층에서는 암반선의 깊이와 암반층의 구성비는 물론 암반층의 절리방향 및 경사에 따라 토압분포가 달라진다. 예비실험에서 암반층비율 50%(R50), 암반층비율35(R35)일 때 복합지반의 거동이 가장 잘 나타내는 것을 확인하였고, 암반층 비율이 50%이상인 경우에는 절리경사가 토사층에 미치는 영향이 미미하여, 모형실험을 암반층비율 35%와 50%로 실시하였다. 따라서 토사층과 암반층의 구성비율을 35%와 50%로 변화시키고, 굴착측으로 형성된 각 암반층의 절리경사각도를 0°, 30°, 45°, 60°로 변화시키면서 흙막이 벽체에 적용하는 토압의 분포형태와 크기를 측정하였다. 이를 위해 2축 모형실험기에서 축척1/14.5로 2차원 대형모형실험을 수행하였다. 지반굴착 시험은 10단계(버팀대 10단)로 수행하였으며, 실험이 진행되는 동안 자동계측하였다. 부수적으로 블록의 크기 등의 영향이 어느 정도 있을 수 있으나 반영이 어려우므로 본 실험의 한계가 존재한다.
2.2 대형모형실험기
대형모형실험기는 크기가 3.0m×3.0m×0.5m(높이, 길이, 폭)이고 2축 조건으로 수평뱡향축과 수직방향축의 조건이며 Fig. 1, Fig. 2와 같다.
2.3 실험변수 및 실험방법
토사층 하부에 절리암반층이 분포하는 지반에서 최종굴착단계 즉, 굴착완료 후 흙막이벽체 배면에 작용하는 토압의 분포와 크기는 토사와 암반층의 구성비와, 암반층의 절리경사각도를 변수로 간주하여 실험하였고, 이는 Table 1과 Fig. 3에 나타내었다.
3m 깊이를 10단으로 굴착하였으며, 1 ton Jack으로 각 단에서 이완하거나 가압하여 굴착과 흙막이 버팀을 묘사하였고, 흙막이 버팀대 및 경계조건은 Fig. 4 및 Fig. 5와 같이하였다.
2.4 대형모형실험에 적용된 흙막이 구조물
2.4.1 흙막이벽체
모형실험에서 흙막이벽체의 치수는 흙막이벽을 지하연속벽체로 간주하고, 탄성계수와 중력가속도 및 상사율로부터 결정하였다. 흙막이 벽체는 휨강성이 가장 중요한 부재의 특성이므로 휨감성을 기준으로 상사율을 결정하였다.
(1) 모형 흙막이벽체의 길이산정
모형실험에서는 실제 현장조건을 재현하여, 기하학적 길이의 비를 1/12로 축소하여 수행하였다. 축소율에 관련된 물리량은 길이(L), 면적(A), 체적(V)이 있으며 실제모델과 대형모형실험에 사용된 모형모델 간에는 다음 관계가 성립한다.
① 길이: 
② 면적: 
③ 체적: 
여기에서 
는 원형의 길이, 
은 모형의길이 이며 모형 흙막이벽체 길이 3m는 실제 흙막이벽체 길이 43.5m의 1/14.5에 해당한다.
(2) 모형 흙막이벽체의 두께산정
실제 흙막이벽체는 두께 t=0.45m인 콘크리트 지하연속벽(D/Wall)인 경우를 기준하였으며, 모형 흙막이벽체를 철판으로 모사하였다. 흙막이 벽체의 가장 중요한 특성은 휨강성이다. 따라서 실제 흙막이벽체와 모형흙막이벽체의 재료 간 흼강성을 기준으로 상사율을 결정하여 모형흙막이벽체의 두께를 결정하였다.
(1)
여기서, 
: 모형 흙막이 벽체 두께(mm)
C : 상사율
: 실제 벽체 중력가속도(m/sec2)
: 시험 벽체 중력가속도(m/sec2)
: 실제 벽체 탄성계수(
)
: 시험 벽체 탄성계수(
)
: 실제 벽체 폭(mm)
: 시험 벽체 폭(mm)
T : 실제 벽체 두께(mm)
2.5 실험지반
2.5.1 실험지반 및 실험의 case
복합지층을 구성하는 상부 토사층은 내부에 mortar를 충전한 다양한 지름의 PVC관을 쌓고 그 사이의 간극은 토사로 채워서 조성하였다. 토사층 하부 암반층은 분포비율을 각각 굴착깊이의 35%, 50%로 하고 콘크리트 block(20cm × 15cm × 45cm)으로 조성하였으며, 암반층의절리경사각은0°,30°,45°,60°로변화시켰다.실험 case는 Fig. 6과 같다.
2.5.2 실험지반의 특성
토사층과 암반층의 전단강도정수와 물성은 직접전단시험과, 일축 압축시험, 3축 압축시험을 실시하여 측정하였다. 암반층 절리면의 전단강도는 Fig. 8과 같이 블록에 대한 직접전단시험(Kim, 2009)의 결과를 적용하였으며, 강도정수와 물성실험의 결과는 Table 3, 그리고 Fig. 7과 같다. Fig. 7은 실험대상재료(토사층)에 대해 직접전단시험을 수행하여 구한 내부마찰각(
)과 점착력값(c)이며, Table 3에 나타내었다. Fig 8은 실험용 콘크리트 블록의 표면 대한 직접전단시험을 수행하여 구한 절리면마찰각(
)과 점착저항력(c)으로 Table 3에 Block의 물성값과 Young’s modulus를 나타내었다.
2.6 계측기기
복합지반에 대한 대형모형 굴착실험이 진행되는 동안 흙막이벽체에 작용하는 토압의 크기와 분포 및 지반의 변위와 응력은 각종 센서를 설치하고 자동계측 하였으며, 사용된 계측기기는 Table 4 및 Fig. 9와 같다.
모형실험에서 흙막이벽체에 변위계(LVDT)와 Strain gauge, load cell을 설치하여 수평변위와 응력 그리고 축력을 측정하였고, 배면지반에는 하중계(Load cell)와 변위계(LVDT)를 설치하여 변위와 응력을 측정하였으며 설치수량과 용도는 Table 5와 같다.
대형모형실험에 사용된 계측기 종류 별 설치위치는 Fig. 10과 같다.
3. 대형모형실험 결과
복합지층에 설치한 흙막이벽에 작용하는 토압을 대형실험을 수행하여 측정한 결과, 최종 굴착단계의 최대토압은 암반층비율 
35%(R35)일 때는 암반층 절리경사각도 0°(J0), 30°(J30), 45°(J45), 60°(J60)에서 각각 3.3, 3.3
, 4.2
, 7.5
이었으며, 암반층비율 50%(R50)일 때는 암반층 절리경사각도가 0°(J0), 30°(J30), 45°(J45), 60°(J60)일 때 각각 3
, 4
, 5
, 8.5
이었고 암반층 절리경사각도(J)가 커질수록 증가하였다. 암반층에 작용하는 토압은 암반층 비율이 높을수록 커졌으나, 토사층에 작용하는 토압은 변화가 작았다. 최대토압은 토사와 암반층 경계에 인접한 위치에서 발생하였고, 수평암반일 경우에는 경사암반일 때 보다 1단계 이전 굴착단계에서 발생하였다. 초기 굴착 이후 토압이 점차 증가한 후 최대토압에 도달되고 이후에는 점차 감소하는 경향을 보였다. 암반층비율 50% 일 경우에 절리경사(J)가 커질수록 토압이 증가하였으며, 절리경사각도 60°(J60)에서 최대토압이 발생하였다. 최대토압은 암반층과 토사층의 경계직하부 암반층에서 발생하였으며 암반층 구성 비율 35%(R35)의 경우도 동일한 결과를 보였다. 암반층 비율이 증가하면 Fig. 11과 같이 암반층 절리경사각이 증가할수록 토사층 토압은 감소하고 암반층 토압은 증가하였다.
4. 수치해석
대형모형실험결과를 검증하기 위해서 범용유한요소 프로그램인 plaxis ver8.2를 사용하여 대형모형실험과 같은 조건으로 수치해석 하였다. 복합지반의 물성치는 실내시험 결과를 사용하였다. 토사층은 Mohr-Coulomb model을 적용하고, 암반층은 불연속면을 고려하여 비등방성 탄소성 model인 Rock jointed model을 적용하였다. 경계조건은 좌우경계에서는 상하로 이동 가능하며 하부경계부는 x, y 방향으로 이동 가능하도록 설정하였다.
4.1 수치해석 결과
최종굴착단계 토압은 암반층 비율과 암반층 절리경사에 관계없이 초기 굴착 후 최대토압까지 점차 증가하였고 토사와 암반층 경계위치에서 최대가 되었다. 그 후 굴착을 종료할 때까지 감소하였다. 최대토압은 암반층 비율 35%(R35)에서 암반층 절리경사각도가 0°(J0), 30° (J30), 45°(J45), 60°(J60)일 때 각각 3.8
, 3.6
, 4.6
, 8.7
이었으며, 암반층 비율 50%(R50)에서 암반층 절리경사각도가 0°(J0), 30°(J30), 45°(J45), 60°(J60)일 때 각각 2.6
, 4.3
, 6
, 10
가 되어, 암반층 절리경사각도(J)가 증가함에 따라 점차 증가하였다. 암반층 토압은 암반층 비율이 50% (R50)인 경우가 35%(R35)인 경우에 비해 11.5% 더 크게 나타났다. 토사층의 토압은 암반층의 토압과 다르게 암반층 비율이 35%(R35)인 경우에 더 크게 나타났지만 Fig. 13과 같이 최종굴착단계 토압의 전체적인 경향은 유사하였다.
5. 결과 비교 및 분석
5.1 대형모형실험 분석
대형모형실험결과 암반층 구성 비율이 증가함에 따라 암반층 토압이 상대적으로 증가하였지만, 암반층 구성비율이 50%(R50)인 경우의 토사층 토압은 수렴하는 현상을 보였다. 암반층비율(R)과 관련 없이 암반층절리경사각(J)의 증가에 따라서 암반층토압과 전체토압은 증가하였으며, 암반층절리경사각 45°(J45)에서부터 암반층절리경사각 60°(J60)사이에서 토압의 증가가 가장 크게 발생하였다. 암반층비율 50%(R50) 암반층절리경사각 60°(J60)에서 가장 큰 토압이 발생하였으며, 암반층비율 35%(R35) 암반층절리경사각 60°(J60)토압보다 1.8% 더 크게 발생하였다. 굴착단계별 토압의 변화를 검토한 결과 굴착이 진행됨에 따라 주변으로 토압이 전이되었다(Park 2016). 암반층비율(R) 및 절리경사각(J) 별로 굴착완료 후 흙막이 벽체에 작용하는 전체토압은 Table 6과 같으며, 최종굴착단계에서 흙막이 벽체에 발생된 토압은 Fig. 14와 같다.
초기굴착단계에서는 굴착이 진행되면서 연직응력이 증가함에 따라 수평 토압이 증가하였으며, 토사층과 암반층 경계에서 최대토압이 발생된 후, 암반층굴착이 진행됨에 따라 감소하였다. 따라서 암반층 비율이나 암반층 절리경사각도의 크기에 상관없이, 토사와 암반층 경계 주변에서 최대토압이 발생하여 돌출되는 형상을 보였다. 최상단버팀대와 굴착하부토압 그리고 최대토압의 크기와 위치를 고려할 때 전체적인 토압의 분포는 사각형으로 이상화 할 수 있다.
5.2 수치해석 결과분석
암반층 구성 비율이 35%(R35)인 경우에는 암반층 절리경사 0°(J0), 30°(J30), 45°(J45), 60°(J60)에서 전체 토압이 5.8kN/m, 7.85kN/m, 8.4kN/m, 11.14kN/m으로 나타났다. 토압은 암반층 절리경사각(J)이 30°, 45°, 60°로 증가함에 따라 수평절리암반인 (J0)에 비해 35%, 44%, 92% 증가하였으며, 암반층 절리경사각도 60°(J60)에서 가장 큰 토압이 발생하였다. 암반층 절리경사 45°(J45)에서 60°(J60)사이에서 토압은 48%로 크게 증가하였다. 암반층비율이 50%(R50)인 경우에는 암반 절리경사가 0°, 30°, 45°, 60°에서 전체토압이 각각 3.36kN/m, 7kN/m, 8.44kN/m, 12.64kN/m으로 나타났다. 암반층 구성 비율이 35%(R35)인 경우와 같이 전체토압이 암반층 절리경사(J)의 증가에 따라 증가하였으며 수평절리암반(J0)에 비해 절리경사가 30°, 45°, 60°로 증가함에 따라 토압이 비해 각각 108%, 151%, 276% 증가하였고, 토압증가율은 암반층 구성 비율 35%일 때 보다 크게 나타났으며, 암반층 절리경사각도 60°(J60)에서 가장 큰 토압이 발생되었다. 토압증가율은 암반층 절리경사 45°(J45)에서 60° (J60)사이에서는 125%이었고, 수평절리(J0)에서 30°(J30)사이에서는 108%가 되었다. 암반층 절리경사의 증가에 의한 암반층 토압의 증가량은 암반층 비율 50%(R50)에서 8.7kN/m이었고 암반층 비율 35%(R35)의 5.1kN/m 에 비해서 70%이상 크게 나타났다. 따라서 암반층 절리경사에 따른 토압의 증가가 큰 것을 알 수 있으며 Table 7과 같다. 토압은 굴착면 지표에서 최대토압까지 증가하였고, 최대토압에 도달된 후 굴착 하단부까지 점차 감소하는 형태를 보였다. 특히 토사층과 암반층 경계 주변에서 최대토압이 급격히 커져서 Fig. 15와 같은 형태를 보였다.
5.3 대형모형실험과 수치해석의 비교
대형모형실험과 수치해석의 결과를 비교하면 최종굴착단계토압은 서로 유사한 분포를 보였다. 공통적으로 초기굴착단계에는 토압이 깊이에 따라 증가하여 토사층과 암반층 경계부에서 최댓값에 도달되었고, 그 이후에는 굴착하부까지 토압이 점차 감소하여 영이 되어 Fig. 16과 같다.
6. 복합지반 암반층 절리경사각도(J)와 암반층비율(R)에 따른 토압 계산식 제안
6.1 복합지반 암반층 절리 경사각도와 암반비율별 토압의 형태 및 크기의 결정
토사와 암반으로 구성된 복합지반을 굴착한 후 흙막이벽체에 작용하는 최종토압을 계산할 수 있는 계산식을 제안하였다. 예비실험결과 암반층비율 35%∼50%인 경우에서 복합지반의 거동이 가장 뚜렷하였고, 암반층비율에 따라 거의 선형관계에 있음을 확인하였다. 또한 암반층비율이 35% 보다 작거나 50%보다 큰 경우는 복합지반의 특성보다 단일지반의 거동특성이 더 뚜렷하게 나타났다. 대형모형실험과 수치해석결과에 근거해서, 복합지반의 토압분포를 최상단 버팀대 토압과 최대토압의 크기와 위치 그리고 굴착저면 토압을 꼭짓점으로 하는 사각형 형태로 이상화 하였다. 최대토압의 발생깊이에 대한 굴착깊이(Hc)의 비는 암반층비율과 암반층절리경사각도로 구할 수 있으며, 최대토압의 크기는 최대토압의 발생깊이와 암반층절리경사각도(J)로 구할 수 있도록 하였다.
6.2 토압 계산식 제안
6.2.1 임의 복합지반에 대한 최대 토압과 최상단 버팀대 작용토압의 계산공식 제안
(1) 최대토압의 크기와 발생위치
최종굴착단계 최대토압은 대형모형실험과 수치해석의 결과를 반영하여 암반층 비율과 암반층절리경사 각도의 함수로 나타냈으며, 사각형 분포토압의 합력은 대형모형실험결과 토압합력의 약130%가 되었다. 최대토압의 발생깊이와 최대토압 크기의 관계를 암반층절리경사각도(J)와 암반층비율(R)로 나타내면 Fig. 17과 같으며, 최대토압은 다음 식으로 나타낼 수 있다.
Pmax=
(2)
식 (2)에서 H는 최대토압의 발생 깊이이며 아래 식 (3)과 같이 절리경사(J)와 굴착깊이(Hc) 및 암반층비율(R)에 의해 결정된다. 실험에서 굴착단계별 최대토압의 발생위치의 굴착깊이에 대한 비가 일정하였다. 따라서 최대토압발생깊이를 굴착깊이에 대해 무차원화 하여 나타내면 다음이 된다.
(3)
여기서, H는 임의지반의 최대토압위치이고, 사각형분포 토압의 꼭지점의 위치이다.
(2) 최대토압의 발생위치
수치해석과 대형모형실험에서 최대토압은 암반층 비율이 35%(R35)일 때는 암반층 절리경사각도 30°(J30)에서 60°(J60)까지 7단 버팀대에서 발생하였고, 암반층 비율 50%(R50)일 때에는 암반층 절리경사각도 30°(J30)에서 암반층 절리경사각도 60°(J60)까지 6단 버팀대에서 발생하였다. 그러나 암반층 절리경사각도 0°(J0)에서 암반층 비율 35%(R35)일 때에는 6단에서 최대토압이 발생하였고, 암반층 비율 50%(R50)일 때에는 5단 버팀대에서 최대토압이 발생하였다. 따라서 최대토압 발생위치는 암반층절리경사각도가 증가하거나 암반층 비율이 감소할수록 굴착하부로 이동하였다. 임의 굴착깊이(Hc)에 대해 암반층 절리경사각(J)과 암반층 비율(R)및 최대토압발생 깊이에 대한 최종굴착깊이 비는 Fig. 18과 같다.
(3) 최상단 버팀대 작용토압
대형모형실험과 수치해석의 최종굴착단계토압을 검토한 결과, 최상단 버팀대 토압(Ps)는 이론식에 의한 토사층 평균토압(R35:4.53, R50:3.49
)의 약 30%이었다. 따라서 최상단 버팀대 토압(Ps)은 암반층 비율 35%(R35)일 때는 1.360
, 암반층 비율 50%(R50)에서는 1.0
로 되었다. 암반층비율(R)에 따른 최상단 버팀대토압(Ps)은 다음 식 (4)로 나타낼 수 있다.
(Ps)=-0.021R+2.1 (4)
여기서, R은 암반층 비율(%)이다.
6.2.2 복합지반의 토압합력
복합지반에서 최중굴착단계의 토압분포는 대형모형실험과 수치해석의 결과를 토대로 Fig. 19와 같이 사각형형태로 이상화할 수 있었다. 최대토압발생굴착깊이(H)에 의한 최대토압의 크기(Pmax)는 식 (2), 최대토압의 발생위치 H는 식 (3), 최상단버팀대의 토압(Ps)는 식 (4)로 계산할 수 있다. 토압의 합력(
)은 Fig. 19와 같은 사각형토압분포의 면적이므로 다음 식 (5)가 된다.
6.3 제안식 검증
본 연구에서 제안한 토압 공식은 제안한 공식에 의한 토압의 합력과 대형모형실험 및 수치해석의 토압의 합력을 비교하여 검증하였다. 예비실험결과 암반층비율 35%∼50%인 경우에서 복합지반의 거동이 가장 뚜렷하였고, 암반층비율에 따라 거의 선형관계에 있음을 확인하였다. 또한 암반층비율이 35%가 작거나 50%보다 큰 경우는 복합지반의 거동특성보다 단일지반의 거동특성이 더 뚜렷하게 나타났다. 제안식의 최대토압은 대형모형실험 결과에 비해 암반층 비율 50%에서 평균 136%가 되었으며, 암반층비율 35%에서 평균 102%가 되었다. 또한 사각형분포토압의 합력은 암반층비율 35%(R35)에서 117%∼152%, 암반층비율 50%(R50)에서는 131%∼123%가 되어 전체적으로 실험에 의한 토압의 합력의 117%∼156%가 되어 안전측의 결과를 나타내었으며 암반층비율과 절리경사(J)에 따라 Table 8, 9와 Fig. 20과 같다.
7. 결 론
토사층과 하부 절리암반층으로 구성된 복합지반에 대해 암반층 비율(R)과 암반의 절리경사각도(J)를 변화시키면서 대형모형실험을 수행하고, 같은 조건으로 수치해석을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
(1)복합지반의 굴착시 암반층의 절리경사(J)가 증가할수록 전체토압은 증가하였고, 암반굴착부에 작용하는 토압의 비율이 증가하였다. 암반층절리경사45도(J45)에서부터 60도(J60)로 변화할 때 토압이 가장 크게 증가되었다.
(2)암반층비율(R)이 증가하면 최종굴착단계의 토압은 커지며, 암반굴착부 토압이 토사층 굴착부토압보다 크게 증가하였다.
(3)대형모형실험과 수치해석결과 최상단 버팀대에 작용하는 토압은 지반굴착에 따른 토압전이에 의해 증가하였으며 암반층비율(R)에 따라 다소 차이를 보였으나 토사층 평균토압의 약 30%정도 되었다.
(4)최대토압(Pmax)은 토사층과 암반층의 경계 하부에서 발생하였고, 최대토압의 크기와 발생위치는 암반층절리경사각(J)과 암반층비율(R)에 의해 영향을 받았다. 최대토압의 크기는 암반층비율과 암반층절리경사(J)가 커질수록 증가하였으며 60°(J60)에서 가장 크게 발생하였고 암반층비율이 클수록 크게 나타났다.
(5)최대토압이 발생한 이후에는 굴착깊이가 커질수록 토압이 감소하였고 최종 단계 굴착깊이에서는 토압이 영이 되었다. 토압의 감소량은 수평암반층에서 가장크며 암반층비율(R)과 절리경사각(J)이 클수록 작았다.
(6)최종굴착단계 토압의 분포는 사각형으로 이상화 할 수 있었다. 최상단 버팀대에 작용하는 토압과 최대토압의 크기와 발생위치는 암반층 비율(R)과 암반층 절리경사(J)의 관계식으로 나타낼 수 있다. 사각형토압의 합력은 대형모형실험토압 합력의 약 130%정도가 되었다. 암반층비율 35∼50%인 경우에 복합지반의 거동이 뚜렷하였지만 암반층비율이 이보다 크거나 작으면 단일지반의 거동이 나타났다. 암반층비율 25%와 60%에 대해 수치해석한 결과에서는 단일지반의 거동을 나타내었다.
(7)임의복합지반에서 흙막이벽체에 작용하는 토압을 사각형분포토압으로 이상화하고, 사각형토압의 면적인 토압의 합력과 최대토압의 크기 및 발생위치를 구할 수 있는 식을 제안하였다. 제안식의 토압합력과 대형모형실험 및 수치해석의 결과를 비교한 결과, 제안식으로 구한 토압합력이 안전측이었다. 암반층비율이 35%보다는 작거나 50%보다는 큰 경우에도 적용할 수 있으나 이때는 복합지반의 영향이 적으므로 의미가 작다.
