RMR은 평가방법의 수월성으로 인해 터널과 사면 등 토목공사 현장에서 암반평가 방법으로 널리 활용되고 있는 만큼 좀 더 쉽고 신뢰성 있는 수정 RMR법을 찾기 위한 연구는 꾸준히 진행되어 왔다. 그만큼 RMR에 대한 다수의 연구들이 여러 가지 통계적 분석 및 평가기법에 의해 변수의 개수나 배점을 조정한 수정 RMR법 제시에 치중된 측면도 있다. 따라서 본 연구에서는 정규화한 RMR변수들의 평가 경향 분석을 통하여 기 연구들에서 중요 평가 변수들을 공통적으로 포함하면서도 다양한 변수조합의 수정 RMR법들이 제안될 수 있었던 당위성에 대하여 고찰하였다. 나아가 변수들의 분포경향으로부터 현장에서의 평가경향에 대해서도 역 추론 하였다. 약 2000개의 현장 측정 데이터들에 대해 정규화한 후 RMR과 각 변수들의 1:1 평가를 실시한 결과 일정한 패턴의 상관관계와 평가경향이 나타났다. 정량적 평가 변수인 일축압축강도와 RQD는 RMR 기준선 대비 항시 상향 분포 추세로 나타나 RMR 값들을 평가절상 하는 역할을 하는 반면, 정성적 평가 성향이 큰 절리 상태와 지하수는 기준선 대비 대부분 하향 분포 추세로 나타나 RMR 값들을 평가절하 하는 역할을 하는 것으로 판단된다. 이를 통해 정량적인 변수들과 정성적인 변수들을 적절히 조합하면 어려운 통계분석 없이도 수정 RMR법을 제시할 수 있음을 알 수 있다. 또한 정성적인 변수에 대한 현장 엔지니어의 보수적인 암반평가 경향도 추론할 수 있다.
RMR은 평가방법의 수월성으로 인해 터널과 사면 등 토목공사 현장에서 암반평가 방법으로 널리 활용되고 있는 만큼 좀 더 쉽고 신뢰성 있는 수정 RMR법을 찾기 위한 연구는 꾸준히 진행되어 왔다. 그만큼 RMR에 대한 다수의 연구들이 여러 가지 통계적 분석 및 평가기법에 의해 변수의 개수나 배점을 조정한 수정 RMR법 제시에 치중된 측면도 있다. 따라서 본 연구에서는 정규화한 RMR변수들의 평가 경향 분석을 통하여 기 연구들에서 중요 평가 변수들을 공통적으로 포함하면서도 다양한 변수조합의 수정 RMR법들이 제안될 수 있었던 당위성에 대하여 고찰하였다. 나아가 변수들의 분포경향으로부터 현장에서의 평가경향에 대해서도 역 추론 하였다. 약 2000개의 현장 측정 데이터들에 대해 정규화한 후 RMR과 각 변수들의 1:1 평가를 실시한 결과 일정한 패턴의 상관관계와 평가경향이 나타났다. 정량적 평가 변수인 일축압축강도와 RQD는 RMR 기준선 대비 항시 상향 분포 추세로 나타나 RMR 값들을 평가절상 하는 역할을 하는 반면, 정성적 평가 성향이 큰 절리 상태와 지하수는 기준선 대비 대부분 하향 분포 추세로 나타나 RMR 값들을 평가절하 하는 역할을 하는 것으로 판단된다. 이를 통해 정량적인 변수들과 정성적인 변수들을 적절히 조합하면 어려운 통계분석 없이도 수정 RMR법을 제시할 수 있음을 알 수 있다. 또한 정성적인 변수에 대한 현장 엔지니어의 보수적인 암반평가 경향도 추론할 수 있다.
Due to the convenience, RMR has been widely applied in civil engineering works such as tunnel, slope, and so on. Many researchers have studied to suggest more simple and trustable RMR by modifying its parameters. However, those researches have just focused on looking for easy modified-RMRs by reduci...
Due to the convenience, RMR has been widely applied in civil engineering works such as tunnel, slope, and so on. Many researchers have studied to suggest more simple and trustable RMR by modifying its parameters. However, those researches have just focused on looking for easy modified-RMRs by reducing number of parameters using various statistical analyses. Therefore, this research studied questions of modified-RMRs and gaps between RMR and its parameters. Approximately 2,000 parameters of 400 RMRs from various tunnel sites were normalized respectively and compared with one another to study their relations and divergences. The comparison results showed that there were common patterns among RMR and parameters. Data of uniaxial compressive strength and RQD, qualitative parameters, were located in upper side of RMR line. Discontinuity condition and ground water, quantitative oriented parameters, were opposite to them. It means if both qualitative and quantitative parameters can be properly combined then it can be easy to make simple and easy modified-RMRs without using difficult statistics. This results also show that the majority of field engineers used to estimate RMR conservatively when they did quantitative oriented parameters.
Due to the convenience, RMR has been widely applied in civil engineering works such as tunnel, slope, and so on. Many researchers have studied to suggest more simple and trustable RMR by modifying its parameters. However, those researches have just focused on looking for easy modified-RMRs by reducing number of parameters using various statistical analyses. Therefore, this research studied questions of modified-RMRs and gaps between RMR and its parameters. Approximately 2,000 parameters of 400 RMRs from various tunnel sites were normalized respectively and compared with one another to study their relations and divergences. The comparison results showed that there were common patterns among RMR and parameters. Data of uniaxial compressive strength and RQD, qualitative parameters, were located in upper side of RMR line. Discontinuity condition and ground water, quantitative oriented parameters, were opposite to them. It means if both qualitative and quantitative parameters can be properly combined then it can be easy to make simple and easy modified-RMRs without using difficult statistics. This results also show that the majority of field engineers used to estimate RMR conservatively when they did quantitative oriented parameters.
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문제 정의
이에 본 연구에서는 우리가 당연한 결과처럼 생각하는 주요 변수들의 공통적 산출에 대하여 그 원인과 당위성에 대해 살펴보고자 한다. 아울러 원인분석 결과를 통해 실제 현장에서 평가된 RMR 결과와 기술자 평가 사이의 격차(gap)를 역으로 추론하여 그 이유 또한 고찰해 보고자 한다. 본 연구를 위하여 국내 터널 현장 약 400개소에서 실시한 RMRb(방향성 보정인자 제외)평가 자료의총 약 2,000개 데이터들(5개 변수 데이터)을 정규화(normalizing)하고 그 값들을 RMRb 값과 비교하여 상관관계와 분산 편차에 대한 분석을 실시하였다.
이에 본 연구에서는 우리가 당연한 결과처럼 생각하는 주요 변수들의 공통적 산출에 대하여 그 원인과 당위성에 대해 살펴보고자 한다. 아울러 원인분석 결과를 통해 실제 현장에서 평가된 RMR 결과와 기술자 평가 사이의 격차(gap)를 역으로 추론하여 그 이유 또한 고찰해 보고자 한다.
제안 방법
변수 데이터들을 사용하였다. RMRb의 5가지 변수인 암석의 일축압축강도, RQD, 절리 간격, 절리 상태 및 지하수 상태에 대해서 각 변수별 현장 측정값들을 변수의 최대값으로 나눈 후 100을 곱하여 정규화(normalizing)하였다(식 1).
아울러 원인분석 결과를 통해 실제 현장에서 평가된 RMR 결과와 기술자 평가 사이의 격차(gap)를 역으로 추론하여 그 이유 또한 고찰해 보고자 한다. 본 연구를 위하여 국내 터널 현장 약 400개소에서 실시한 RMRb(방향성 보정인자 제외)평가 자료의총 약 2,000개 데이터들(5개 변수 데이터)을 정규화(normalizing)하고 그 값들을 RMRb 값과 비교하여 상관관계와 분산 편차에 대한 분석을 실시하였다.
본 연구에서는 약 400개소 터널 시공 현장의 RMRb 평가자료(총 약 2,000개의 데이터)를 대상으로 각 변수별 데이터에 대한 정규화과정을 거친 후 RMRb 과 각 정규화 변수들 간의 분산 및 상관관계 분석을 실시하였다. 그 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
본 연구에서 RMRb과 변수들을 비교분석하기 위해, 영천댐 도수터널 현장에서 현장 터널기술자에 의해 실시한 수년간의 현장 작업일지로부터 취득한 약 400개소 총 2,000여개의 RMRb 변수 데이터들을 사용하였다. RMRb의 5가지 변수인 암석의 일축압축강도, RQD, 절리 간격, 절리 상태 및 지하수 상태에 대해서 각 변수별 현장 측정값들을 변수의 최대값으로 나눈 후 100을 곱하여 정규화(normalizing)하였다(식 1).
데이터처리
자료들에 대한 평균값을 구하고 그 결과를 그림 2에 나타냈다. 그림 2(a)는 RMRb의 5개 변수별 최고 배점, 변수별 측정된 평균값(그림 상에 표시된 수치, 점선), 평균 RMRb값에 대하여 역으로 산출한 변수별 예상 평균값(표 1의 EP, 파선)을 비교하여 나타냈다. 그림에 의하면, 정량적 변수인 일축압축강도와 RQD에서는 측정값이 예상 값보다 크고, 반대로 정성적인 성향의 값인 절리상태와 지하수의 경우는 측정값이 예상 값보다 확연히 작은 것을 알 수 있다.
그림 2(b)는 RMRb 평균과 정규화한 RMRb 변수들 각각의 평균값을 비교한 것이다. 분석 데이터의 RMRb 평균값을 중앙에 다각형의 면적으로 표현하여 정규화한 RMRb 변수들의 평균값과 비교하였다. 이를 통해 각 변수 간 차이와 평균 RMRb 값에 대한 각 변수의 차이도 쉽게 인지할 있다.
성능/효과
1. RMRb에 대하여 정량적 평가 변수인 일축압축강도와 RQD의 분산 관계는 기준선 대비 상향 분포 추세를 나타낸다. 절리 간격은 기준선과 거의 유사한 분포 추세를 나타내고, 정성적 평가 성향이 큰 변수인 절리 상태와 지하수는 전반적으로 기준선 대비 하향 분포 추세를 나타낸다.
2. RMRb 기준 등급(기준선 통과 구간)에 대한 분포 경향은 일축압축강도와 RQD는 기준 등급보다한 등급씩 상향 구간에 분포하여 실제 RMRb보다 평가 절상되는 경향을 나타낸다. 절리간격은 다른 변수에 비해 상대적으로 오차범위 내에서 분포하는 경향을 나타내고 있어 단일 변수로는 RMRb 값을 대표하는 것으로 평가되는 경향을 나타낸다.
3. RMRb과 정규화 된 혼합변수간의 상관성 분석결과 RQD와 절리상태의 최소 조합 또는 일축압축 강도, RQD, 절리상태 세 변수 조합만으로 RMRb암반분류를 대변할 수 있는 간편한 암반분류가 가능할 것으로 판단된다. 이는 정량적 평가 변수와 정성적 평가 경향이 큰 변수들의 적절한 조합만으로 기존 연구에서 제안한 복잡한 통계기법과 분석을 실시하지 않고도 쉽고 간편한 수정 RMRb 방법을 제시할 수 있음을 보여주는 것이다.
4. 분석결과 일축압축강도와 RQD는 평가 절상되어 현장의 RMRb 값이 상향 표현되는 역할을 하고, 절리상태와 지하수는 평가 절하되어 현장의 RMRb 값이 하향 표현되는 역할을 하는 것으로 나타났다. 이는 대부분의 엔지니어들이 현장에서 암반 평가시 정성적 평가경향이 큰 변수에 대해서는 보다 보수적인 평가를 내리는 경향이 있는 것으로 판단할 수 있다.
일축압축강도와 RQD는 예상배점보다 높게(양(+)의 값), 절리간격은 예상배점과 유사하게, 절리상태와 지하수는 예상배점보다 낮게(음(-)의 값) 측정값이 산출되었음을 알 수 있다. Gap 1의 결과를 통해 각 변수들은 RMRb 평균값을 높이거나(+) 낮추는데(-) 기여하는 특성을 가지며 그 기여 정도는 절리상태, RQD, 일축압축강도 순으로 RMRb에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다. Gap 2는 정규화한 평균배 점(NP)과 RMRb의 차이를 비교한 것이고, Gap 3은 RMRb에 대한 각 변수들의 정규화한 평균배점 비율을 백분율로 비교하여 나타낸 것이다.
Gap 2는 정규화한 평균배 점(NP)과 RMRb의 차이를 비교한 것이고, Gap 3은 RMRb에 대한 각 변수들의 정규화한 평균배점 비율을 백분율로 비교하여 나타낸 것이다. Gap 2와 Gap 3의 결과로부터 일축압축강도, 절리상태, RQD 순으로 RMRb에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 또한 지하수도 Gap 2와 Gap 3에서 -6%와-10% 차이를 나타내며 절리상태와 더불어 RMRb 평균값을 낮추는데 기여하고 있음을 알 수 있다.
Gap 2와 Gap 3의 결과로부터 일축압축강도, 절리상태, RQD 순으로 RMRb에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 또한 지하수도 Gap 2와 Gap 3에서 -6%와-10% 차이를 나타내며 절리상태와 더불어 RMRb 평균값을 낮추는데 기여하고 있음을 알 수 있다. 한편, 절리 간격의 경우는 실제 측정평균값과 예상 배점값이 1차이(Gap 1)가 있고, 측정값 정규 화와 정규화 백분율 비교에서는 각각 3(Gap 2), 4(Gap 3)로 상대적으로 다른 변수들보다 적은 오차범위를 나타내며 RMRb과 상당히 유사한 결과를 보이고 있다.
예를 들어 15점 배점인 일축압축강도 값이 12점으로 측정되었다면 12/15×100=80 으로 변수 값을 재 표현하였다. 본 연구에서 이렇게 변수값에 대한 정규화를 실시한 이유는 첫째, 변수들의 최고 배점이 다르게 표현된 바와 같이 RMR에 대한 기여도나 영향력이 동일하지 않은 각 변수들 사이에 데이터에 대한 왜곡이 없도록 동일한 기준으로 재배열하여 분석하기 위함이고 둘째, RMRb 값은 RMRb내의 다른 변수들과 밀접한 관계가 있으므로 변수들의 정규화를 통해 RMRb과 변수들의 1:1비교도 가능할 것이기 때문이며 셋째, RMRb 값은 각각의 변수 값의 합이면서 그 총점이 100이기 때문이다. RMRb 값과 각각의 변수들에 대한 1:1 평가를 통하여 일반 PC에서 Excel 등 간단한 통계 프로그램으로도 RMRb과 변수들 사이의 상관관계를 쉽게 파악할 수 있을 것으로 기대된다.
RMRb과 정규화 된 혼합변수간의 상관성 분석결과 RQD와 절리상태의 최소 조합 또는 일축압축 강도, RQD, 절리상태 세 변수 조합만으로 RMRb암반분류를 대변할 수 있는 간편한 암반분류가 가능할 것으로 판단된다. 이는 정량적 평가 변수와 정성적 평가 경향이 큰 변수들의 적절한 조합만으로 기존 연구에서 제안한 복잡한 통계기법과 분석을 실시하지 않고도 쉽고 간편한 수정 RMRb 방법을 제시할 수 있음을 보여주는 것이다. 또한 기존의 연구결과들에서 중요 변수들을 공통적으로 포함한 수정 암반분류법들이 제안될 수 있었던 것도 RMRb에 대한 각 변수들의 이러한 경향성에 기인한 것으로 판단할 수 있다.
실제로 시설물의 관리주체별로 한국철도시설공단, 한국도로공사, 서울특별시 등에서는 RMR 산정을 위한 변수들에 대해 각각의 기준을 적용하여 암반을 분류하고 있는 실정이기도 하다. 이러한 연구결과들을 분석해 보면, 각각의 수정 RMR들이 주요 변수들을 공통적으로 포함하고 있다는 사실을 발견할 수 있다. 그러나 기존 연구 결과들은 다양한 기법을 사용했음에도 불구하고 주로 RMR을 쉽고 단순하게 사용할 수 있도록 수정 또는 대체하는 기법에 치중하였지 왜 주요 변수들이 공통적으로 포함되는지에 대한 원인 분석은 부족한 것이 현실이다.
Gap 1은 각 변수들의 측정된 평균배점과 예상 평균배점의 차이에 대한 분석이다. 일축압축강도와 RQD는 예상배점보다 높게(양(+)의 값), 절리간격은 예상배점과 유사하게, 절리상태와 지하수는 예상배점보다 낮게(음(-)의 값) 측정값이 산출되었음을 알 수 있다. Gap 1의 결과를 통해 각 변수들은 RMRb 평균값을 높이거나(+) 낮추는데(-) 기여하는 특성을 가지며 그 기여 정도는 절리상태, RQD, 일축압축강도 순으로 RMRb에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
지금까지의 분석결과들을 종합하여 살펴보면, RMRb 평가 변수 5가지는 산출된 RMRb에 비해 상향 평가되는 변수인지 하향 평가되는 변수인지에 따라 구분해 볼 수 있고, 이러한 평가 영향을 고려한 간단한 변수조합만으로도 기존의 연구들에서 제안된 어려운 통계방법을 적용하지 않고도 쉽고 간편한 수정 RMRb법을 제시할 수 있음을 알 수 있다. 다시 말하면, 지금까지의 연구결과들에서 중요 변수들이 공통적으로 포함된 수정 RMRb 법들이 제안될 수 있었던 것도 이러한 각 변수별 RMRb 평가 경향에 기인한 것으로 판단할 수 있다.
RQD, 절리 상태, 지하수 조합에서는 전반적으로 기준선에 하향 분포 추세를 나타내면서 대체로 RMRb 기준등급 구간 내에 분포하고 있는 것으로 나타난다(그림 3(f)). 표 1의 분석결과에서 정규화백분율 비교(Gap 3)시 RQD, 절리상태, 지하수는 각각 22%, -26%, -10%를 나타내고 있어 세 변수 조합 시 하향 분포 추세를 나타내는 것은 당연한 결과로 볼 수 있다. 다만, 일축압축강도, RQD, 절리간격 조합에 비해 분포 범위가 넓지 않은 경향을 나타내고 있는 것이 특징적인데, 이는 그림 1의 지하수 분포가 광범위하게 나타나고 있어 여러 변수 조합 시 이러한 상향 또는 하향 평가 오차가 서로 상쇄되어 표현되었기 때문인 것으로 판단된다.
후속연구
본 연구에서 이렇게 변수값에 대한 정규화를 실시한 이유는 첫째, 변수들의 최고 배점이 다르게 표현된 바와 같이 RMR에 대한 기여도나 영향력이 동일하지 않은 각 변수들 사이에 데이터에 대한 왜곡이 없도록 동일한 기준으로 재배열하여 분석하기 위함이고 둘째, RMRb 값은 RMRb내의 다른 변수들과 밀접한 관계가 있으므로 변수들의 정규화를 통해 RMRb과 변수들의 1:1비교도 가능할 것이기 때문이며 셋째, RMRb 값은 각각의 변수 값의 합이면서 그 총점이 100이기 때문이다. RMRb 값과 각각의 변수들에 대한 1:1 평가를 통하여 일반 PC에서 Excel 등 간단한 통계 프로그램으로도 RMRb과 변수들 사이의 상관관계를 쉽게 파악할 수 있을 것으로 기대된다.
이렇게 정규화한 혼합 변수들과 RMRb의 상관성에 대해 살펴본 결과, RQD와 절리상태의 최소 조합 또는 일축압축강도, RQD, 절리상태 조합만으로도 RMRb에 의한 암반분류를 대표할 수 있는 간편한 암반분류가 가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
RMRb 과 각 정규화 변수들 간의 분산 및 상관관계 분석을 실시한 결과는 어떤가?
1. RMRb에 대하여 정량적 평가 변수인 일축압축강도와 RQD의 분산 관계는 기준선 대비 상향 분포 추세를 나타낸다. 절리 간격은 기준선과 거의 유사한 분포 추세를 나타내고, 정성적 평가 성향이 큰 변수인 절리 상태와 지하수는 전반적으로 기준선 대비 하향 분포 추세를 나타낸다.
2. RMRb 기준 등급(기준선 통과 구간)에 대한 분포 경향은 일축압축강도와 RQD는 기준 등급보다한 등급씩 상향 구간에 분포하여 실제 RMRb보다 평가 절상되는 경향을 나타낸다. 절리간격은 다른 변수에 비해 상대적으로 오차범위 내에서 분포하는 경향을 나타내고 있어 단일 변수로는 RMRb 값을 대표하는 것으로 평가되는 경향을 나타낸다. 절리상태의 경우는 RMRb 기준 등급보다 한 등급 씩 하향 구간에서 분포하여 실제 RMRb보다 평가 절하되는 경향을 나타낸다. 가장 넓은 분산 범위를 나타내는 지하수의 경우는 실제 RMRb 보다 평가절상 또는 평가절하 되는등 일정하지 않은 경향성을 나타낸다.
3. RMRb과 정규화 된 혼합변수간의 상관성 분석결과 RQD와 절리상태의 최소 조합 또는 일축압축 강도, RQD, 절리상태 세 변수 조합만으로 RMRb암반분류를 대변할 수 있는 간편한 암반분류가 가능할 것으로 판단된다. 이는 정량적 평가 변수와 정성적 평가 경향이 큰 변수들의 적절한 조합만으로 기존 연구에서 제안한 복잡한 통계기법과 분석을 실시하지 않고도 쉽고 간편한 수정 RMRb 방법을 제시할 수 있음을 보여주는 것이다. 또한 기존의 연구결과들에서 중요 변수들을 공통적으로 포함한 수정 암반분류법들이 제안될 수 있었던 것도 RMRb에 대한 각 변수들의 이러한 경향성에 기인한 것으로 판단할 수 있다.
4. 분석결과 일축압축강도와 RQD는 평가 절상되어 현장의 RMRb 값이 상향 표현되는 역할을 하고, 절리상태와 지하수는 평가 절하되어 현장의 RMRb 값이 하향 표현되는 역할을 하는 것으로 나타났다. 이는 대부분의 엔지니어들이 현장에서 암반 평가시 정성적 평가경향이 큰 변수에 대해서는 보다 보수적인 평가를 내리는 경향이 있는 것으로 판단할 수 있다. 위와 같은 분석결과는 광산의 업무연속성을 위한 계획(mining business continuity plan)수립 시 리스크 분석, 가중치 및 중요도 산정 등에 주요 인자로 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
RMR은 무엇인가?
RMR은 평가방법의 수월성으로 인해 터널과 사면 등 토목공사 현장에서 암반평가 방법으로 널리 활용되고 있는 만큼 좀 더 쉽고 신뢰성 있는 수정 RMR법을 찾기 위한 연구는 꾸준히 진행되어 왔다. 그만큼 RMR에 대한 다수의 연구들이 여러 가지 통계적 분석 및 평가기법에 의해 변수의 개수나 배점을 조정한 수정 RMR법 제시에 치중된 측면도 있다.
암반 특성을 정확히 파악하는 것이 중요한 이유는?
터널, 댐, 지하공간, 암반사면, 교량 기초 등 암반을 대상으로 한 다양한 토목공사에서, 안전하고 합리적인 시공을 위해서는 암반 특성을 정확히 파악하는 것이 중요하다. 따라서 복잡 다양한 현장 암반 조건에 대하여 대표 물성치들을 고려할 수 있는 암반분류법은 일선의 엔지니어들이 현장에서 암반을 쉽게 이해하고 빨리 적용할 수 있도록 하는 수단이 된다.
참고문헌 (11)
김광염, 임성빈, 김성권, 김창용, 서용석 (2007), "지질 조건을 고려한 RMR 인자값 추정을 위한 선형회귀식 제안", 대한지질공학회지, 제17권 제4호, pp. 547-558.
김보현 (2002), "다변량 분석을 이용한 암반분류 재평가와 터널 지보량 산정에 관한 연구", 공학 박사학위논문, 전남대학교, pp. 108-109.
김홍표, 장호민, 강추원, 고진석 (2010), "현장암반 평가에 관한 제안 및 암반분류법들간의 상관관계 고찰", 대한화약발파공학회지, 제28권, 제2호, pp.133-147.
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