인공신경망 기법과 굴진면 관찰자료를 활용한 터널 역해석 연구

유광호,김경석,You, Kwang-Ho,Kim, Kyoung-Seok 한국터널지하공간학회 2012 한국터널지하공간학회논문집 Vol.14 No.4

Considerable uncertainties are included in ground properties used for tunnel designs due to the limited investigation and tests. In this study, a back analysis was performed to find optimal ground properties based on artificial neural network using both face mapping data and convergence measurement data. First of all, the rock class of a study tunnel is determined from face mapping data. Then the possible ranges of ground properties were selected for each rock class through a literature review on the previous studies and utilized to establish more precise learning data. To find an optimal training model, a sensitivity analysis was also conducted by varying the number of hidden layers and the number of nodes more minutely than the previous study. As a result of this study, more accurate ground properties could be obtained. Therefore it was confirmed that the accuracy of the results could be increased by making use of not only convergence measurement data but also face mapping data in tunnel back analyses using artificial neural network. In future, it is expected that the methodology suggested in this study can be used to estimate ground properties more precisely. 터널 설계 시 사용되는 지반물성치는 한정적인 조사 및 시험을 통해 산정되기 때문에 불확실성을 내포한다. 본 연구에서는 최적의 지반물성치를 찾기 위해 터널의 굴진면 관찰자료와 계측자료를 활용하여 인공신경망을 이용한 역해석을 수행하였다. 우선 굴진면 관찰자료를 이용하여 연구대상 터널의 암반등급이 선정되었다. 기존연구에 대한 문헌고찰을 통해서 암반등급별로 지반물성치의 가능한 범위를 지정하여 보다 정확한 학습자료 구축을 위해 활용되었다. 또한 최적의 학습모델을 찾기 위해 은닉층 수와 각 은닉층의 노드 수를 기존연구보다 세분하여 변화시켜가며 매개변수 연구를 수행하였다. 연구결과, 기존 연구와 비교했을 때, 보다 정확한 지반물성치를 얻을 수 있었다. 따라서 계측자료 뿐만 아니라 굴진면 관찰자료를 인공신경망을 이용한 역해석에 활용하면 결과의 정확성을 높일 수 있음을 확인하였다. 향후 본 연구에서 제시된 방법론을 사용하여 지반물성치를 보다 정확하게 추정할 수 있을 것으로 기대된다.

현장시험을 통해 지반의 비선형 전단탄성계수를 산정하기 위한 역해석방법의 개발

안재훈,Ahn. Jae-Hun 한국방재학회 2008 한국방재학회논문집 Vol.8 No.3

지반의 비선형 전단탄성계수를 결정하기 위한 현장시험에서는, 먼저 지반과 원형기초에 지오폰을 설치하고, 기초에 대형 진동발생장치를 이용하여 진동하중을 가한다. 이 때, 지오폰으로부터 지반과 기초의 거동을 측정하고, 본 거동을 분석하여 전단탄성 계수와 해당 전단변형률을 결정할 수 있다. 본 논문에서는 현장시험결과로부터 지반의 선형, 비선형 전단탄성계수를 결정하기위한 역해석 과정의 필요성과 그 개발에 초점을 맞추었다. 제안된 역해석 과정은 비선형 최소자승법을 근간으로 하며, 거동이 계측되지 않는 곳의 지반의 비선형성을 고려하기 위하여 이중 반복루프를 사용하였다. 역해석 과정의 적용성을 검토하기 위하여 일련의 수치해석을 수행하였으며, 또한 역해석 적용의 예제를 보였다. 제안된 방법은 현장지반의 전단탄성계수 분포의 변화가 극심하지 않은 경우에는 전반적으로 우수한 적용성을 보이지만, 해석대상 지반의 전단파속도 분포가 역해석의 정확성에 영향을 수 있으므로, 예비 역해석을 통해 산출될 오차를 정량화 하는 것이 필요하다. The large scale shaker can be employed to measure linear and nonlinear shear moduli of soils in situ as a function of shear strain. The method involves applying dynamic loads on a surface foundation measuring the dynamic response of the soil mass beneath the foundation with embedded instrumentation. This paper focuses on the development of a framework of the inverse analysis for the interpretation of test data to estimate linear and nonlinear shear moduli of soils along with the necessity of the inverse analysis. The suggested framework is based on the nonlinear least squares but it uses two iterative loops to account for the nonlinear behavior of soil that sensors are not located. The validity of the suggested inversion framework is tested through a series of numerical parametric studies. An example use of the suggested inversion framework is also shown. Because the field condition may affect the accuracy of suggested method, it is important to conduct a preliminary inverse analysis to quantify the discrepancy between the estimated modulus and the baseline.

지반 및 원형기초의 특성이 기초의 동적거동에 미치는 영향

안재훈,Ahn. Jae-Hun 한국방재학회 2008 한국방재학회논문집 Vol.8 No.2

지반 및 원형기초의 물성이 그 기초의 수직 동적거동에 미치는 영향이 해석적 해와 수치해석을 통해 연구되었다. 해석적 해로는 반무한체 지반 위 원형기초의 거동을 나타내는 간략 해가, 수치해석방법으로는 선대칭 유한요소법이 consistent transmitting 경계조건과 함께 사용되었다. 균일한 지반의 물성으로서의 전단파속도는 원형기초 동적거동의 공명진동수에 영향을 주었으나 공명진동시의 최대반응값에는 영향을 미치지 않았다. 같은 경우에 지반의 밀도는 공명진동수와 최대반응값에 모두 영향을 주었다. 균일한 지반 위 원형기초의 크기와 질량도 원형기초 동적거동의 공명진동수와 최대반응값 모두에 영향을 주었으나 균일 지반의 포아송비는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 지반이 균일하지 않고 층이 존재할 경우에 각 층의 물성으로의 전단파속도들의 상관관계는 원형기초의 최대반응값에 영향을 주었다. The effect of characteristics of ground and circular foundation on the dynamic behavior of the foundation in vertical motion are considered using an approximated analytical solution and a finite element analysis with absorbing (consistent transmitting) boundary. The shear wave velocity of homogeneous ground affects the resonant frequency of the foundation much but has nothing to do with the maximum response amplitude at resonant frequency. The density in this case affects both the resonant frequency and the maximum response. The size and the mass of the circular foundation are related both to the resonant frequency and the maximum response. However, Poisson`s ratio has very little effect on dynamic behavior of the foundation. When the ground is not homogeneous but has the layers, different formations of shear wave velocities would also change the maximum response at resonant frequency.

지반의 동적물성치 측정을 위한 인홀시험 장비의 개선

김영수,정재우 慶熙大學校 大學院 院友會 2004 高凰論集 Vol.34 No.-

지반공학적 특성파악을 위한 개별요소법의 적용성

구자갑(Koo Ja-Kap),전제성(Jeon Je-Sung) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 C Vol.27 No.1

본 연구에서는 조립재료에 대한 대형 및 소형 삼축압축시험 결과를 이용하여, 개별요소방법에 의한 모델링을 수행하였다. 또한 개별요소해석시, 초기 간극률 조건 및 상사입도 조정에 대한 응력-변형 거동특성과 그에 따른 개별요소방법의 적용성을 살펴보았고, 본딩효과가 없는 경우의 접촉면 구성모델에 사용되는 미시 물성치들이 전체적인 거동 및 강도에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과, 개별요소방법은 실내시험결괴를 현장 스케일의 대상으로 확장하는데 있어 매우 유용한 지반공학적 접근방법임을 확인할 수 있었으며, calibration 과정을 통한 미시 물성치(micro parameter)를 산정결과를 이용하여 다양한 응력 조건 및 하중재하조건에 대한 응용해석 수행이 가능함을 알 수 있었다. In this research, numerical simulations using distinct element method have been conducted with laboratory tests including triaxial tests for coarse grained materials. For simulations of distinct element method, modeling of grain size distribution from 0.1 ㎜n to 50㎜ has been conducted by clump logic. The effects of initial porosity (n<SUB>o</SUB>=0.11, 0.14, 0.17, 0.20), up-scaling (SR= 1.0, 5.0, 10.0, 20.0) for particle size and micro parameters such as ball stiffness, stiffness ration and friction coefficient have been investigated to confirm the applicability of this method to geotechnical problems. These numerical results show that distinct particle modelling should be a valuable method to predict geotechnical considerations of in-situ condition from laboratory test results. With micro parameters which are chosen by calibration process, discrete particle modelling of triaxial tests in case of other confining stress and cyclic loading condition were available.

연약지반에 설치된 토사유입차단판의 역해석을 이용한 지반물성 결정 방법에 관한 연구

조화니(Jo, Hwani),최문봉(Choi, Moonbong),유재원(Yoo, Jaewon) 대한토목학회 2020 대한토목학회 학술대회 Vol.2020 No.10

역해석을 이용한 가시설공사 현장관리 시스템 개발

윤영만 한국재난정보학회 2019 한국재난정보학회 논문집 Vol.15 No.4

연구목적: 본 연구에서는 안전한 가시설 공사를 위해서 현장에서 수행하고 있는 계측관리 결과를 현장 관리자와 구조검토자가 공유하여 실시간 의사결정을 이용한 빠른 현장대처가 가능한 시스템을 개발하 고자 한다. 연구방법: 계측시스템과 가시설 구조검토시 반영하는 역해석 기법을 동시에 이용하여 계측 결과로부터 시공상태의 안전성을 파악하고 공사중 발생할 수 있는 위험요인을 판단하여 시공중 선제 적 대응할 수 있는 가시설 공사중 지반물성치 및 기후변화의 이변성에 대응하는 시스템을 도입하였다. 연구결과: 현장여건과 설계 물성치의 불일치 및 예상치 못한 하중 및 외기환경으로 설계에서 예측한 설 계결과와 계측결과의 차이 발생에 대처할 수 있는 SUNEX 프로그램의 역해석 알고리즘을 개발하고 계 측결과와 해석결과가 일치하는 과정을 확인하는 안전관리시스템을 개발하였다. 결론: 실시간 계측결 과 값을 수집하여 외부서버 및 안전관리 시스템 프로그램과 통신할 수 있는 게이트웨이를 제작하여 개 발한 안전관리 시스템에서 실시간으로 해석결과 값과 비교가 가능하도록 하여 현장에서 발생할 수 있 는 위험요인에 대한 선제적 대응이 가능하도록 하였다. Purpose: The purpose of this study is to develop a system that enables quick on-site response using real-time decision-making by sharing the results of measurement and management performed in the field for safe temporary construction. Method: It is possible to take preemptive responses during construction by identifying the safety factors of construction conditions from measurement results and determining the risk factors such as soil properties and variability of climate change that can occur during construction by simultaneously using the back analysis method reflected in the measurement system and structural review. Result: we developed a back analysis algorithm of the SUNEX program to cope with the discrepancies between the design results and measured results due to inconsistency between site conditions and design properties, unexpected loads, and outdoor environment. The process of matching the measurement result with the analysis result can be confirmed in the safety management system. Conclusion: Gateway was used to communicate with real-time measurement results and safety management system program. It was made possible to preemptively respond to risk factors that may occur in the field.

P파를 이용한 지진 현장 경보체계기술의 국내 적용

이호준,이진구,전인찬 한국재난정보학회 2018 한국재난정보학회 논문집 Vol.14 No.4

Purpose: This study aims to design and verify an onsite EEWS that extracts the P-wave from a single seismic station and deduce the PGV. Method: The P-wave properties of Pd, Pv, and Pa were calculated by using 12 seismic waveform data extracted from historic seismic records in Korea, and the PGVs were computed using empirical equation on the P properties– PGV relationship and compared with the observed values. Results: Comparison of the observed and estimated PGVs ​​within the alarm level shows the error rate of 86.7% as minimum. By reducing the PTW to 2 seconds, the alarm time can be shortened by 1 second and the seismic blind zone near the epicenter can be shortened by 6 Km. Conclution: Through this study, we confirmed the availability of the on-site EEWS in Korea. For practical use, it is necessary to develop regression formula and algorithm reflect local effect in Korea by increasing the number of seismic waveform data through continuous observation, and to eliminate the noise from the site. 연구목적: 본 연구는 단일 지진관측기로부터 P파를 추출하여 PGV를 산출하는 현장지진경보(Onsite EEW)를 설계와 검증을 목적으로 한다. 연구방법: 국내에서 발생한 12개의 지진파형데이터를 이용하여 적합한 P파 감지 시간(PTW)의 크기를 정하여, P파 물성치인 Pd, Pv 및 Pa를 산출하고, 경험식을 통한 PGV 추정값을 관측치와 비교하였다. 연구결과: PGV 관측치와 추정치의 비교결과를 경보 발령 기준인 진도 등급내에서 비교하였을 때 오보 비율은 최소 86.7%의 적중률을 보였으며, PTW를 2초로 줄이는 효과로 경보시간은 1초, 공백역은 6Km를 단축할 수 있다. 결론: 본 연구를 통해 국내에서 지진현장경보의 가용성을 확인하였으며, 실제 활용을 위해서는 지속적인 관측을 통해 지진파형 데이터수를 늘이고. 현장 노이즈를 제거하는 기술을 통해 한국형의 회귀식과 알고리즘 개발이 필요하다.

H형 복공판과 Channel형 복공판의 피로거동에 관한 실험적 연구

이승수,김두환 한국구조물진단유지관리공학회 2005 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.9 No.4