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초록
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본 연구에서는 하천제방의 현장투수계수를 예측하기 위하여 낙동강과 금호강 유역에 위치한 12개소 제방의 지반물성치, 표준관입실험 그리고 현장투수실험 자료를 이용하여 인공신경망해석을 실시하였다. 총 108개의 자료 중 82%인 89개 자료를 학습단계에 그리고, 나머지 19개 자료는 예측단계에 사용하였다. 또한 그 적용성 평가를 위하여 현재 널리 사용되고 있는 경험식들에 의한 결과와 비교하였다. 그 결과 경험식을 통한 현장투수계수는 모두 실측치와의 상관계수가 0.3 이하로 나와 실측치와는 큰 차이가 있으나, 그에 비하여 신경망에 의한 예측결과는 모든 Case에서 실측치와의 상관계수가 모두 0.8이상으로 기존 경험식들에 비하여 정확한 현장투수계수를 예측을 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, artificial neural network was performed using the data of soils characteristic value, standard penetration test, and field permeability test of the 12 embankment that are located in the near Nak-dong and Kum-ho river to estimate the coefficient of field permeability of river embankmen...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • Garson(1991)이 제시한 인공신경망의 sensitivity 해석기법을 적용하여 각 입력인자들의 상대적 중요도를 평가하여 보았다. 이는 입력층 노드 i, 은닉층 노드 j 그리고 출력층 노드의 연결강도를 이용하여 각각의 입력변수가 신경망의 예측과정에서 어느 정도의 상대적 중요성을 지니고 있는가를 판단하는 것이다. 이러한 상대적 중요도는 그 모델에서 인자 중요도를 판단할 수 있는 자료로 각 CASE별 비교는 큰 의미가 없다.
  • 이에 본 연구에서는 현장투수계수의 보다 정확한 예측을 위하여 낙동강과 금호강 유역에 위치한 제방들의 현장투수실험 결과를 이용한 인공신경망의 학습을 통하여 현장투수계수를 예측하였다. 인공신경망은 실제 지반의 물성치를 이용하여 학습, 예측을 통하여 그와 비슷한 지반조건에서는 다른 방법보다 빠르게 정확한 결과를 얻을 수 있다.
  • 그러나 CASE 1이 CASE 2에 비하여 입력인자가 적게 고려되었음에도 좀더 좋은 예측결과가 나타났는데, 이는 한정된 데이터 수와 예측을 위한 입력인자들의 자료 신뢰성의 문제나 최적 신경망으로 선택이 되지 않았다고 판단할 수 있다. 최적신경망의 구조의 선택의 경우 학습구조를 더욱 세분하면 예측결과의 정확도를 높일 수 있다고 판단하나 큰 차이는 없을 것으로 생각하며, 본 연구에서는 인공신경망의 현장투수계수예측 가능성을 알아보고자 하였기에 생략하였다.

가설 설정

  • Kozeny-Carman 경험식에서 Carrier(2003)는 실무적 이용을 위하여 20℃의 온도에서 물의 rω/η는 9.93 × 104(1/cm·s), CsT2는 대략 5정도로 가정하여 Table 6의 식을 다음과 같이 수정된 식 (2)로 제안하였으며, 본 연구에서도 식 (2)을 이용하여 투수계수를 산정하였다.
  • 여기서, SF의 경우 형상계수로서 6~8의 값을 가지며, 본 연구에서는 입자의 모양을 angular로 가정하여 Fair & Hatch(1933)가 제안한 7.7을 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현장투수실험의 장점 및 단점은 무엇입니까? 현재 투수계수의 산정방법으로는 실내투수실험과 현장투수실험이 이용되고 있으며, 실험이 불가피한 경우에는 Hazen(1930), Kozeny-Carman(1956), Amer & Awad(1974), Carrier(2003) 등 많은 연구자들이 실내실험결과를 바탕으로 제시한 경험식으로 추정하는 방법이 있다. 그 중 현장투수실험은 가장 정확하게 지반의 투수계수를 산정할 수 있으나 많은 비용과 시간이 소요된다. 이에 Hazen(1930)은 유효입경(D10)을 이용한 투수계수 경험식을 제시하였으며, 그 이후 많은 연구자들이 흙의 입도와 간극비 그리고 그 외의 인자들을 이용하여 투수계수의 경험식을 제시하였으나 현장의 여러 가지 조건으로 인하여 대부분의 경우 현장실험결과와 차이를 나타낸다.
투수계수의 산정방법으로 경험식으로 추정하는 방법을 사용할경우 발생하는 단점은 무엇입니까? 그 중 현장투수실험은 가장 정확하게 지반의 투수계수를 산정할 수 있으나 많은 비용과 시간이 소요된다. 이에 Hazen(1930)은 유효입경(D10)을 이용한 투수계수 경험식을 제시하였으며, 그 이후 많은 연구자들이 흙의 입도와 간극비 그리고 그 외의 인자들을 이용하여 투수계수의 경험식을 제시하였으나 현장의 여러 가지 조건으로 인하여 대부분의 경우 현장실험결과와 차이를 나타낸다. 또한 경험식의 경우 Kozeny-Carman(1956)이 제안한 식에서 간극비를 고려한 이후로 많은 식에서 중요한 인자로서 간극비를 사용하게 되나 실제 지반의 경우 불교란 시료 채취의 어려움과 운반 및 시료성형과정에서의 교란으로 인하여 정확한 간극비의 추정이 어려운 실정이다.
현재 투수계수의 산정방법 종류로는 무엇이 있습니까? 현재 투수계수의 산정방법으로는 실내투수실험과 현장투수실험이 이용되고 있으며, 실험이 불가피한 경우에는 Hazen(1930), Kozeny-Carman(1956), Amer & Awad(1974), Carrier(2003) 등 많은 연구자들이 실내실험결과를 바탕으로 제시한 경험식으로 추정하는 방법이 있다. 그 중 현장투수실험은 가장 정확하게 지반의 투수계수를 산정할 수 있으나 많은 비용과 시간이 소요된다.
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참고문헌 (11)

  1. 김영수, 정우섭, 정환철, 임안식(2003) 인공신경망을 이용한 연약지반의 지반설계정수 예측, 대한토목학회논문집, 대한토목학회,제23권, 제5C호, pp. 273-279. 

  2. 김병탁, 김영수, 배상근(2001) 압축지수의 추정을 위한 인공신경망 적용과 경험식 제안. 한국지반공학회논문집, 한국지반공학회, 제17권, 제6호. pp. 25-36. 

  3. 윤길림, 김병탁(2003) 국내 해양지반에 적합한 압축지수 경험식 제안. 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제23권, 제3C호, pp. 169-176. 

  4. 이인모, 조계춘, 이정학(1997) 인공신경망을 이용한 암반의 투수 계수 예측. 한국지반공학회논문집, 한국지반공학회, 제13권, 제2호, pp. 77-89. 

  5. Amer, A.M. and Awad, A.A. (1974) Permeability of cohesionless soils. Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 100, No. GT12, pp. 1309-1316. 

  6. Carman, P.C. (1956) Flow of gases through porous media. Academic Press, New York, N.Y. 

  7. Carrier, W.D. (2003) Goodbye, Hazen; Hello, Kozeny-Carman. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineeing, ASCE, Vol. 129, No. 11, pp. 1054-1056. 

  8. Chapuis, R.P., Gill, D.E., and Baass, K. (1989) Laboratory permeability tests on Sand: Influence of compaction method on anisotropy. Canadian Geotechnical Journal, Vol. 26, pp. 614-622. 

  9. Fair, G.M. and Hatch, L.P. (1933) Fundamental factors governing the streamline flow of water through sand. Journal of the American Water Works Association, Vol. 25, No. 11, pp. 1551-1565. 

  10. Hazen, A. (1930) Water supply. American Civil Engineers Handbook, John Wiley & Sons, New York, N.Y. 

  11. Garson, G.D. (1991) Interpreting neural-network connection weights. AI Expert, Vol. 6, No. 7, pp. 47-51. 

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