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투수 및 이완하중 파악을 위한 터널 라이닝의 인공신경망 역해석
Tunnel-lining Back Analysis Based on Artificial Neural Network for Characterizing Seepage and Rock Mass Load 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.22 no.8, 2006년, pp.107 - 118  

공정식 (고려대학교 사회환경시스템공학과) ,  최준우 (고려대학교 사회환경시스템공학과) ,  박현일 (삼성물산(주)건설부문 기술연구소) ,  남석우 (삼성물산(주)건설부문 토목기술팀) ,  이인모 (고려대학교 사회환경시스템공학과)

초록
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터널과 관련된 여러 영향인자중 시간의 따른 투수상태와 지반의 장기거동은 터널의 이상 거동을 이해하는데 있어서 중요하다. 터널은 이러한 인자에 의해서 심각한 손상을 입을 수 있으나 시공 후 이러한 인자들에 의해 발생한 영향을 정량적으로 분석해 내는 것은 쉽지 않다. 입력과 출력간의 상관관계가 비교적 독립적이라면 터널거동에 미치는 인자들의 영향은 역해석 기법을 적용하여 예측할 수 있다. 모델을 구성하는 입출력 자료의 특성에 따라 인공신경망 기법이나 최소제곱법 등 다양한 역해석 방법이 개발 될 수 있으며 수치해석, 실험 또는 계측 결과가 역해석 모델의 구성 및 검증을 위해 쓰일 수 있다. 본 연구에서는 시공 후 터널의 내공 변위 변화로부터 투수 및 지반의 장기거동과 관련된 인자들 중 배수재의 투수계수, 지하수위, 장기 이완 하중 크기 및 암반 손상 패턴 등의 변화에 의한 영향을 정량적으로 분석할 수 있는 역해석 기법을 개발하였다. 역해석은 인공신경망 기법을 적용하였으며 학습데이터 확보를 위해 수치해석 모델이 개발 되고 다양한 하중 상태에 대한 거동 분석이 이루어졌다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Among a variety of influencing components, time-variant seepage and long-term underground motion are important to understand the abnormal behavior of tunnels. Excessiveness of these two components could be the direct cause of severe damage on tunnels, however, it is not easy to quantify the effect o...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 터널 라이닝의 거동으로부터 지반의 투 수상태와 하중상태를 예측하고, 이로부터 변상유발 주요 요인들의 시간에 따른 변화를 분석할 수 있는 방법을 개 발하였다. 터널 라이닝의 거동 분석(최준우 2005)을 통해 토사터널에 대해서는 부직포 투수계수 저하와 수위 변화 를 주요 변상유발 인자로 보았으며, 암반터널에 대해서는 암반의 점소성 거동과 이완하중을 주요 변상유발 인자로 보았다.
  • 본 연구에서는 터널변상의 주요 요인인 시공 후 부직 포의 투수계수 저호卜, 수위 증가 및 지반의 점소성 거동, 이완하중에 의한 터널 라이닝의 거동경향으로부터 시 공 후 부직포의 투수계수의 저하 및 지반의 이완하중 발생크기를 예측할 수 있는 역해석 방법을 제시하였다. 터널 주변의 시공 후 부직포 투수계수 저하와 수위상 승 및 터널에 작용하는 이완하중의 크기 및 손상범위를 예측하기 위해 수치해석을 통하여 해석결과를 확보하 였으며, 인공신경망 모델을 통해 부직포 투수계수와 수 위상승 및 이완하중의 크기와 손상범위를 예측해 보았 다.

가설 설정

  • 지반의 장기거동인자들에 대한 매개변수 분석을 위 한 암반터널의 해석 단면과 물성치는 그림 4와 표 2에나타내 었으며 , 도로터 널 표준단면(한국도로공사, 2003) 을 대상으로 한 것이다. 손상범위에 대한 매개변수 분석 을 제외한 나머지 해석에서는 과발파 손상범위를 3m로 가정하였으며 , 발파손상정도를 D=0.6 으로 가정하였다. 시공후 발생하는 이완하중은 콘크리트 라이닝에 재하 되는 것으로 가정하였다.
  • 6 으로 가정하였다. 시공후 발생하는 이완하중은 콘크리트 라이닝에 재하 되는 것으로 가정하였다.
  • 지반의 투수계수가 클수록, 즉 지반 투수 계수와 설치전 부직포 투수계수의 비율㈤巧K刎)이 작 을수록, 콘크리트라이닝의 내공변위가 크게 나타남을 확인하였다. 이 때, 설치전 부직포의 투수계수는 Icm/sec 로 가정하였고, 그라우팅의 투수계수는 지반의 투수계 수의 1/20로 가정하였다{Barton, 2002). 그라우팅의 물 성치도 콘크리트 라이닝의 내공변위에 영향을 미칠 수 있으나, 그라우팅 부분의 물성치는 지반의 물성치에 영 향을 많이 받아 독립적이지 않다.
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참고문헌 (15)

  1. 이성진, 이승래, 장범수 (2002), '인공신경망 모델을 이용한 불포화토 겉보기 점착력 추정에 관한 연구', 대한토목학회논문집, Vol.22, No.3, pp.331-344 

  2. 이준석, 최일윤 (2002), '정적 내공변위를 이용한 터널 라이닝 손상 검출기법에 관한 연구', 한국지반공학회논문집, Vol.18, No.6, pp.153-160 

  3. 최준우 (2005), 투수 및 이완하중 파악을 위한 터널 라이닝의 해석 및 역해석, 석사학위논문, 고려대학교 

  4. 한국시설안전기술공단 (2003), 공용중인 터널(산악터널)에 작용하는 지반응력 측정에 관한 연구, 한국시설안전기술공단 

  5. 한국도로공사 (2003), 도로설계요령 제4권 터널, pp.16-28 

  6. Aleksander, I. and Morton, H. (1990), An Introduction to Neural Computing, Chapman and Hall 

  7. Barton, N. (2002), 'Some New Q-value Correlations to Assist in Site Characterisation and Tunnel Design', Journal of Rock Mechanics and Mining Science & Geomechanics, Vol.39, No.2, pp.185-216 

  8. Dowla, F.U. and Rogers, L.L. (1995), Solving Problems in Environmental Engineering and Geoscience with Artificial Neural Networks, MIT 

  9. Forsee, F.D. and Hagan, M.T. (1997), 'Gauss-Newton Aproximation to Bayesian Learning', Proceedings of the 1997 International Join Conference on Neural Networks, pp.1930-1935 

  10. Hagan, M.T., Demuth, H.B. and Beale, M.H. (1996), Neural Network Design, PWS Pub 

  11. Hertz, J., Krogh, A. and Palmer, R. (1991), 'Introduction to the Theory of Neural Computation', Addison-Wesley 

  12. Hoek, E., Carranza-Torres, C. and Corkum, B. (2002). 'Hoek-Brown Failure Criterion - 2002 Edition', North American rock mechanics symposium, pp.267-274 

  13. Khanna, T. (1989), Foundations of Neural Networks, Addison-Wesley 

  14. Kohonen, T. (1988), 'An Introduction to Neural Computing', Neural Networks, Vol.1, No.1, pp.3-16 

  15. Kurup, P.U. and Dudani, N.K. (2002), 'Neural Networks for Profiling Stress History of Clays from PCPT Data.', Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol.28, No.7, pp.569-578 

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