미시추 구간의 지반 층상정보 예측을 위한 정규 크리깅 및 인공신경망 기법의 비교

전찬준,최창호,조진우 한국지반환경공학회 2019 한국지반환경공학회논문집 Vol.20 No.3

A large amount of site investigation data is essential to obtain reliable design value. However, site investigations are generally insufficient due to economic problems. It is important to estimate the ground profile information in unboring region for accurate earthwork-volume prediction, and such ground profile information can be estimated by using the geo-statistical approach. Furthermore, the ground profile information in unboring region can be estimated by training a model via machine learning technique such as artificial neural network. In this paper, artificial neural network-based model estimated the ground profile information in unboring region, and this results were compared with that of ordinary kriging technique, which is referred to the geo-statistical approach. Accordingly, a total of 84 ground profile information in an actual bridge environment was split into 75 training and 9 test databases. The observed ground profile information of the test database was compared with those of the ordinary kriging technique and artificial neural network. 확한 토공량 설계를 위해서는 충분한 량의 지반조사 자료가 필요하나 비용적인 문제로 인하여 제한적인 지반조사가 수행되고 있다. 정확한 토공량 예측을 위해서 지반의 층상정보를 추정하는 것은 중요한 사항이며, 이러한 제한적인 지반조사 데이터로부터 정확한 토공량 예측을 위해서는 지구통계학적(geo-statistical) 분석방법으로 지반 층상정보를 예측할 수 있다. 또한, 기시추된 지반 층상정보를 활용하여 기계학습을 통하여 모델을 학습하여 미시추된 지반 층상정보를 예측할 수도 있는데, 본 논문에서는 인공신경망을 통하여 미시추된 지반 층상정보를 예측하고 기존의 정규 크리깅 기법과 성능을 비교한다. 이를 위하여, 84공의 지반 층상정보를 활용한다. 84공의 지반 층상정보의 데이터셋 중에서 75공을 학습 데이터셋으로 활용하였고, 나머지 9공을 검증 데이터셋으로 활용하였다. 검증 데이터셋의 실측된 지반 층상정보와 정규 크리깅 기법과 인공신경망으로 예측된 지반 층상정보를 비교 분석한다.

배수삼축압축시험을 통한 SCP 시공과정 중 정지토압계수 평가

권영철(Kwon, Youngcheul) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.11

모래다짐말뚝(SCP)는 연약지반 내에 다짐에 의해 형성된 모래말뚝을 조성하여 지반 개량효과를 극대화하는 공법이다. 점성토 지반에서는 압밀촉진 및 배수 효과, 느슨한 모래지반에서는 다짐 등을 통해 액상화 대책공법으로 주로 사용되고 있다. SCP의 설계에 있어 강성이 큰 SCP 본체 부분도 함께 고려하지 않으면 과도하게 안전을 고려한 설계가 되며 시공비용이 늘어나 경제적으로도 불리할 가능성이 매우 높다. SCP 타설에 의한 지반 내의 응력상태의 변화나 다짐 메커니즘에 대해서는 지금까지의 연구 결과에 의해 어느 정도 구명되었으나, SCP와 원지반을 복합지반으로 고려한 연구는 사례가 적어 충분히 설명될 만큼 연구 성과를 얻지 못하고 있다. 이에 본 연구에서는 SCP 개량지반을 SCP와 원지반으로 구성된 복합지반으로 취급하였으며, SCP 타설에 의한 응력상태나 밀도변화를 모사한 요소시험(CID test)을 수행하여 SCP 시공에 따른 원지반의 응력상태의 변화를 K0와 SCP 치환율의 관계를 통해 고찰하였다. 동시에 반복삼축압축 시험장치를 이용하여 SCP의 시공과정을 실내에서 재현할 수 있는지에 대해도 검토하였다. 시험결과 SCP 시공 초기 원지반의 응력상태의 변화가 가장 크게 발생하고 있으며, 특정 시점 이후에는 SCP 시공을 위한 진동이 지반의 응력특성 변화에 큰 영향을 미치지 못하고 있었다. 또한 SCP에 의한 원지반의 거동을 실내에서 재현하기 위해서는 케이싱 진동에 해당하는 반복재하를 실시하는 것이 반드시 필요하다고 판단된다. SCP is a construction method that maximizes the effects of ground improvement by creating sand piles, which are formed by the compaction within soft ground. SCP is mainly used for consolidation and drain effects in clayey soils, and as a liquefaction countermeasure through effects such as compaction in loose sandy soils. In the design of SCP, if the sand piles with high stiffness are not taken into account, it can become a design that overly considered safety, and increased construction costs are highly likely to cause economic disadvantages. The changes in stress conditions and compaction mechanisms in the subsurface have been identified to a certain extent by study findings to date. However, the studies that considered SCP and in-situ ground as composite ground are fairly limited, and therefore, those studies have not achieved enough results to fully explain the relevant topics. In this study, the ground improved by SCP was regarded as the composite ground that consists of SCP and in-situ ground. Moreover, employing a CID test, this study examined the changes in the stress conditions of in-situ ground according to the installation of SCP through the relations between K0 and SCP replacement ratio. At the same, whether the SCP installation procedure can be recreated in a laboratory was examined using a cyclic triaxial test. According to the test results, the changes in the stress conditions of the original ground occurred most largely in an initial stage of SCP installation, and after a certain time point, the vibration for SCP installation did not have a great influence on the changes in the stress conditions of the ground. Moreover, in order to recreate the behaviors of in-suit ground according to SCP in a laboratory, cyclic loading, which corresponds to casing vibration, was concluded to be essentially required.

현장 계측 결과와 시공단계를 고려한 역해석기법을 이용한 연약지반의 특성값 재산정에 관한 연구

이규진,윤형석,이상조 한국지반환경공학회 2006 한국지반환경공학회논문집 Vol.7 No.5

A primary factor affecting on the design of soft ground is to determine the soil properties (Compression index, Coefficient of consolidation) and the depth of soft ground. It could be the basic sources to estimate settlement behavior of soft ground. Even though the reliable soil examination equipment was used to examine soil to determine the depth of soft ground, it's very hard to find out the accurate properties of soft ground, because the condition of indoor experiment cannot reproduce the circumstances of ground perfectly. Therefore, this study was re-estimated to find out the most reliable soil properties by using back-analysis with field monitoring data of "Site preparation for Airplane Mooring of Incheon International Airport Phase II Development" for 317days. 연약지반 설계시 영향을 미치는 주요 요인으로는 연약지반의 심도 및 지반의 특성값(압축지수, 압밀계수)을 결정하는 것이다. 이것은 연약지반의 설계시 지반의 침하거동을 예측할 수 있는 기초 자료가 된다. 신뢰성이 높은 지반조사 장비로 연약층의 심도를 결정하였더라도, 연약지반의 역학적 특성을 찾기 위한 실내시험 조건이 실제 지반환경을 완벽하게 재현하지 못하기 때문에 정확한 지반 특성값을 결정하는 것은 상당히 어려운 것이 현실이다. 따라서, 본 연구에서는 가장 신뢰성 있는 지반 특성값을 재산정하기 위해 인천국제공항 2단계 여객계류장 부지조성시의 317일간의 현장 계측데이터를 역해석 기법을 이용하여 지반의 특성값을 재산정하였다.

2023년 가을학술발표회 세션후기

편집부(편집자) 한국지반공학회 2023 지반 : 한국지반공학회지 Vol.39 No.6

원심모형실험에서 관측된 건조 지반-말뚝 동적 상호작용의 수치 모델링

권선용,김석중,유민택 한국지반공학회 2016 한국지반공학회논문집 Vol.32 No.4

"건조토 지반에 근입된 지반-말뚝 시스템의 동적 거동을 정확히 예측하기 위해 3차원 수치 모델링을 수행하였다. 제안된 모델은 강진 시 지반의 비선형 거동을 적절하게 모사하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 이용하여 시간 영역에서 해석이 수행되었다. 모델링 방법론으로써 지반 구성 모델은 Mohr-Coulomb 탄소성 모델을 적용하였으며 지반 전단 탄성 계수의 비선형적인 감소를 모사할 수 있는 이력 감쇠 모델을 적용하였다. 진동 시 지반-말뚝간의 완전 접촉, 미끄러짐, 분리 현상을 모두 모사하는 경계요소 모델을 적용하였으며 경계요소 모델을 구성하는스프링 계수는 탄성이론에 기초하여 결정되어, 내장 함수인 FISH를 통해 깊이에 따라 연속적으로 입력되었다. 경계조건의 경우, 지반-말뚝 상호작용의 영향을 받는 근역 지반만 메쉬를 생성하고 근역 지반의 경계부에 원역 지반의가속도-시간 이력을 입력하는 방식인 단순화 연속체 모델링 기법(Kim et al., 2012)을 적용함으로써 해석 효율을 증가시키고자 하였으며 적절한 최대지반탄성계수와 항복 깊이의 설정으로 지반의 비선형 거동을 더욱 정확히 모사하고자 하였다. 수치 해석의 오차를 최소화하고 모델의 신뢰성을 확보하기 위해, Yoo(2013)이 수행한 원심모형시험 결과와수치 해석 결과와의 비교를 통해 제안된 기법의 캘리브레이션을 수행하였으며, 말뚝 최대 휨 모멘트와 말뚝 횡방향최대 변위의 깊이 별 분포가 다양한 입력 하중 조건에서 실험 결과를 적절히 모사하고 있는 것을 확인하였다. 또한,제안된 수치 모델의 적용성 평가를 위해 다른 실험 결과와의 비교 검증을 수행하였다."

저유동설 몰탈주입에 의한 연약지반의 침하억제 효과

천병식,여유현,정영교 한국지반공학회 2001 한국지반공학회논문집 Vol.17 No.6

본 연구에서는 침하가 발생한 연약지반에 대하여 저유동성 몰탈에 의한 주입공법인 CGS공법의 적용성과 침하억제 효과를 확인하기 위하여 시험시공을 실시하고 그 결과를 분석하였다. 시험시공 현장은 파일에 의하여 지지된 기 시공 된 아파트의 주변지반으로서 사전에 sand drain공법으로 지반에 대한 처리를 실시하였으나 이후에도 지속적인 침하가 발생하고 있는 연약지반이다. CGS주입 전. 후의 지반개량특성을 파악하기 위하여 현장 및 실내토질시험과, 주입시공 중 거동특성을 파악하기 위하여 계측관리와 FDM해석을 실시하였다. 분석결과 연약지반의 지반침하 방지를 주목적으로 하는 CGS공법은 지반조건에 적합한 설치직경, 간격, 심도, 주입재, 주입압 등 다양한 조건으로부터 시공관리가 가능하며, 따라서 설치된 CGS구체는 파일의 지지효과와 더불어 주변지반을 압축강화시켜 복합적으로 지반을 개량시키므로 N치가 평균 2.1 증가하는 등 지반의 지지력 증대 및 침하억제에 효과가 있었다. 또한 적용성 있는 다양한 현장에 일반적으로 사용하게 될 경우 개량효과와 더불어 경제성이 확보될 수 있을 것으로 기대된다.

연약지반의 측방유동으로 인하여 매설관에 작용하는 측방토압

홍원표(Hong Wonpyo),김재홍(Kim Jaehong) 한국지반환경공학회 2010 한국지반환경공학회논문집 Vol.11 No.9

모형실험과 유한요소법에 의한 수치해석을 통하여 측방변형지반 속에 설치된 매설관에 작용하는 측방토압을 관찰하였다. 모형실험에서는 모형지반 속에 매설관을 설치한 후 모형지반에 측방변형이 발생될 수 있게 모형실험기를 제작하여 실제 지반에서의 상황을 시뮬레이션하였다. 이 모형실험기는 지반의 변형속도를 여러 가지로 조절할 수 있게 제작하였다. 여러 가지 직경과 형상의 매설관에 대하여 실험을 실시함으로써 이들 요인이 측방토압에 미치는 영향을 조사하였다. 모형실험결과 연약지반의 측방유동으로 인하여 매설관에 작용하는 측방하중은 연약지반의 측방변형속도가 빠를수록 크게 작용하였다. 순간재하 조건에 의한 수치해석결과는 지반변형속도가 중간 정도 빠르기인 0.3㎜/min에서 1.0㎜/min 사이의 지반변형속도의 조건에서 실시한 모형실험 결과와 유사하였다. 대부분의 모형실험결과 지반변형량이 작은 시점에서 측방하중의 제1항복이 발생하며 이때까지 탄성변형거동을 보이다가 제2항복에 이르기까지 하중이 한 동안 수렴되는 소성거동을 보였다. 지반변형이 계속하여 증가하면 측방하중도 다시 증가하여 압축거동을 보였다. 그러나 빠른 지반변형속도에서의 실험 결과에서는 항복하중에 도달한 후 수렴과정이 없이 계속하여 하중이 증가하였음을 볼 수 있다. 매설관의 직경이 클수록 측방유동 연약지반 속에 설치된 매설관에 작용하는 측방하중의 크기와 하중증가 속도가 컸으며 초기지반변형에서는 측방하중이 매설관의 직경 및 형상의 영향을 적게 받지만 지반변형량이 증가함에 따라 그 영향이 크게 나타났다. A series of model test as well as numerical analysis by FEM was performed to investigate lateral earth pressure acting on a buried pipe in soft ground undergoing horizontal soil movement. A model test apparatus was manufactured so as to simulate horizontal soil movement in model soft ground, in which a model rigid buried pipe was installed. The velocity of soil deformation could be controlled as wanted during testing. The model test was performed on buried pipes with various diameters and shapes to investigate major factors affected the lateral earth pressure. The result of model tests showed that the larger lateral earth pressure acted on the buried pipes under the faster velocity of soil movement. The result of numerical analysis, which was performed under immediate loading condition, showed a similar behavior with the result of model tests under 0.3㎜/min to 1.0㎜/min velocity of soil deformation. Most of model tests showed the soil deformation-lateral load behavior, in which the first yielding load developed at small soil deformation and elastic behavior was observed by the yielding load. Then, lateral load was kept constant by the second yielding load, in which plastic behavior was observed between the first yielding load and the second yielding one. Beyond the second yielding load, the compression behavior zone was observed. When the velocity was too fast, however, the lateral load was increased with soil deformation beyond the first yielding load without showing the second yielding load. The buried pipes with the larger diameter was subjected to the larger lateral load and the larger increasing rate of lateral load. At small soil deformation, the influence of diameter and shape of buried pipes on lateral load was small. However, when soil deformation was increased considerably, the influence became more and more.

국내 초연약지반의 비배수전단강도 특성 및 개량표준관입시험기 개발

정혁상(Jung Hyuksang),조창구(Cho Changkoo),천병식(Chun Byungsik) 한국지반환경공학회 2009 한국지반환경공학회논문집 Vol.10 No.6

본 연구에서는 국내 초연약지반의 비배수전단강도 특성파악을 위해 남해안 일대 초연약지반 5개 현장에서 표준관입시험, 베인전단시험, 콘관입시험을 실시하여 분석하였고, 초연약지반상에서 적용 가능한 개량표준관입시험기를 개발한 내용을 다루었다. 연구결과 초연약지반(N값 2미만)의 비배수전단강도는 표준관입시험의 결과를 선행연구자들이 제안한 식으로 비배수전단강도를 환산했을 경우 12.5㎪ 이하, 현장시험에서의 베인전단강도 분석결과 50㎪ 이하, 콘관입시험결과 65㎪ 이하의 범위에 있는 것으로 나타났다. 원위치시험의 결과가 표준관입시험의 결과를 비배수전단강도로 환산한 값보다 높게 나타났고 초연약지반의 비배수 전단강도는 실질적으로 상당히 폭넓은 전단강도의 범위를 가지고 있는 것으로 분석되었다. 또한 개량표준관입시험기에 의한 Nm값과 베인전단시험에 의한 비배수전단강도와의 상관관계는 Su=1.76Nm-10.47, 콘관입시험에 의한 비배수전단강도와의 상관관계는 Su=1.82Nm-9.71로 분석되었다. In this study, SPT, FV, and CPT tests were performed at five very soft grounds in southern coast of Korea to characterize the Su of very soft ground. In addition, a new modified SPT that is applicable to very soft ground was developed. Tests results showed that in very soft ground (N<2), the Su was lower than 12.5 ㎪ using the empirical N-Su correlation, and lower than 50 ㎪ and 65 ㎪ using vane shear test and CPT, respectively. It was shown that the results of in-situ tests were higher than those estimated from the N-Su correlation, and it was also demonstrated that the range of estimated Su was quite wide. New correlations that relate the modified SPT Nm with Su from FV and CPT were developed, which are Su=1.76Nm-10.47 and Su=1.82Nm-9.71, respectively.

지반함몰 방지를 위한 지하수 재주입 실험적 연구

신은철(Eunchul Shin),박춘성(Chunsung Park) 한국지반환경공학회 2017 한국지반환경공학회논문집 Vol.18 No.5

지하수위 저하를 방지하기 위한 방법으로 지반 굴착에 따라 배출된 지하수를 대상 지반에 다시 재주입함으로써 흙막이 벽체 배면의 지반함몰 및 침하를 방지하는 방법에 관한 연구이다. 지하수 재주입에 따른 흙막이 벽체 배면의 지반함몰 및 침하를 분석하기 위해 지하수 재주입 여부와 흙막이 벽체 배면으로부터 거리 등 조건을 달리하며 재주입정 위치별 효과를 확인할 수 있는 실내모형실험을 수행하였다. 실험을 통해 지하수위에 영향을 미치는 인자와 흙막이 벽체 배면의 지반함몰 및 침하경향을 분석하고, 지하수 재주입에 따른 지반함몰 방지효과에 대한 연구를 수행하였다. 지하수위의 영향을 고려한 침하분석 결과, 흙막이 전면을 굴착할 때 지하수위 저하에 따라 지표면 침하가 발생, 흙막이 벽체 배면에서 최대가 된다. 또한 흙막이 길이를 기준으로 흙막이 벽체배면으로부터 재주입정 위치별 거리 비에 따라 침하량이 달라지는 것으로 분석되었다. 지하수의 영향에 의한 지반함몰 및 침하를 방지하기 위한 방법으로 흙막이 벽체 배면으로부터 가까운 위치에 지하수를 재주입 할 때 지반함몰 및 침하 방지 효과가 크고 최대 침하영향거리도 감소하는 것으로 분석되어 지하수 재주입정 공법의 지반함몰 방지효과를 확인하였다. It is a method of suppressing back ground subsidence by re-injecting groundwater back to the target ground and recovering the underground water level. In order to analyze the subsidence of the back ground due to maintaining the underground water level, indoor model experiments were conducted. Through this study, the factors influencing on the groundwater and the tendency of subsidence back ground by experiments were analyzed and the effect of ground subsidence by reinfusion of groundwater was also investigated. As a result of the subsidence analysis with considering only the influence of the underground water level, the settlement of the ground occurs as the underground water level at the time of ground excavation goes down. The closer to the back of the retaining wall, the maximum settlement occurred. Moreover, it was analyzed that the influence distance where subsidence occurs from retaining wall to the point of about 1.8 H on the basis of the ground collapse. The most effective location of water reinjection is the closet location to the back of braced-cut wall for reducing the groundwater down and also minimizing the ground settlement.

빅데이터 지반정보의 불확실성을 고려한 중진지역에서의 액상화 위험도 작성기법 개발

곽민정(Minjung Kwak),구태진(Taijin Ku),최재순(Jaesoon Choi) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회논문집 Vol.16 No.1

최근 우리 정부는 안전한 대한민국이라는 슬로건 아래 지진재해를 포함한 자연재해피해를 최소화하는데 많은 노력을 집중하고 있으며, 이를 위해 산사태 위험도와 액상화 위험도와 같은 지진 시 지반피해 GIS 시스템 데이터가 구축되고 있는 실정이다. 우리나라 전역을 포함하는 지진 시 액상화 위험도를 작성하기 위해서는 수많은 지반시추정보에 대한 적용성 검토가 필요하다. 본 연구에서는 액상화 위험도 작성을 위해 인구밀도가 높은 광역지역의 지반증폭계수를 검토하였으며 이를 위해 S시 522개 시추공지반 정보를 수집하여 지반응답해석을 수행하였다. 이때 지반분류는 지반정보의 불확실성을 고려하고자 현행 내진 설계기준에서 제안하고 있는 시추종료 깊이 이후의 지반 정보를 30m로 가정하는 경우와 지반정보의 오리지널 데이터 값만을 이용하는 경우로 나누어 비교하였으며, 타당성 검토 시에는 지반응답해석 결과에 대한 확률분포와 통계분석을 이용하여 수행하였다. 최종적으로 정규분포를 통한 신뢰도 50%, 70%, 90%에 대한 지반증폭계수를 도출하여 액상화 위험도를 도시하였으며, 이를 지반응답해석을 통해 도시한 LPI 액상화 위험도와 비교하여 가장 유사한 값을 추천하였다. 연구결과 제안된 지반증폭계수가 향후 국내 액상화에 대한 연구와 중진지역의 광역지역 액상화 위험도 작성에 큰 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다. Recently, Korean government has tried out to set up earthquake hazards prevention system. In the system, several geotechnical hazard maps including liquefaction hazard map and landslide hazard map for the whole country have drawn to consider the domestic seismic characteristics. To draw the macro liquefaction hazard map, big data of site investigations in metropolitan areas and provincial areas has to be verified for its application. In this research, we carried out site response analyses using 522 borehole site investigation data in S city during a desirable earthquake. The soil classification was separately compared to shear wave velocity considering the uncertainty of site investigation data. Probability distribution and statistical analysis for the results of site response analyses was applied to the feasibility study. Finally, we suggest a new site amplification coefficient, hereby presented with the similar results of liquefaction hazard mapping using the calculated liquefaction potential index by the site response analyses. Above-mentioned study will be expected to help to follow research and draw liquefaction hazard map in moderate seismic region.