이석영
(Department of Construction & Transportation, Yeongdong-gun Conuntry)
,
장서용
(Department of Civil Engineering, Chonnam National University)
,
김태수
(Highway & Transportation Technology Institute, Korea Expressway Corporation)
,
한희수
(Department of Civil Engineering, Kumoh National Institute of Technology)
사면붕괴의 위험성이 있는 다양한 실계측 데이터들이 토목기술자들에게 주어졌지만 이를 해석, 가공 후 실시간 사면거동양상을 분석하고 사면안정에 대한 결론을 유도하는 일은 결코 쉬운 일이 아니다. 최근 많은 연구기관들이 실시간 계측시스템을 위험 사면 현장에 설치하고 이를 계측하고 있으나, 대부분이 하드웨어 시스템의 설치에 초점을 맞추고 있어 이들 계측시스템에서 구한 실시간 계측자료를 해석하는 소프트웨어는 상대적으로 약하다고 할 수 있다. 그러므로 이 연구는 시간에 따라 변위가 지속적으로 증가하는 사면거동에 대한 계측자료들이 서로 어떤 상호관련성이 있고 군집화되는지를 보여주고자 하는 데 목적이 있다. 실시간 계측자료들을 분류함에 있어 저자들은 세 가지의 수학적 개념을 사용하고자 한다. 즉 평균변위차지수($AD_{i,j}$), 평균상대변위차($\overline{RD}_{i,j}$) 및 평균상대좌표시스템($\overline{RD}$, AD)을 사용하고자 한다. 이 세 가지 개념은 통계학적 방법 및 사면파괴거동에 토대를 두고 있다. 그러므로 이 방법들은 파괴거동을 일으키는 같은 대상 사면영역의 군집특성을 보여준다.
사면붕괴의 위험성이 있는 다양한 실계측 데이터들이 토목기술자들에게 주어졌지만 이를 해석, 가공 후 실시간 사면거동양상을 분석하고 사면안정에 대한 결론을 유도하는 일은 결코 쉬운 일이 아니다. 최근 많은 연구기관들이 실시간 계측시스템을 위험 사면 현장에 설치하고 이를 계측하고 있으나, 대부분이 하드웨어 시스템의 설치에 초점을 맞추고 있어 이들 계측시스템에서 구한 실시간 계측자료를 해석하는 소프트웨어는 상대적으로 약하다고 할 수 있다. 그러므로 이 연구는 시간에 따라 변위가 지속적으로 증가하는 사면거동에 대한 계측자료들이 서로 어떤 상호관련성이 있고 군집화되는지를 보여주고자 하는 데 목적이 있다. 실시간 계측자료들을 분류함에 있어 저자들은 세 가지의 수학적 개념을 사용하고자 한다. 즉 평균변위차지수($AD_{i,j}$), 평균상대변위차($\overline{RD}_{i,j}$) 및 평균상대좌표시스템($\overline{RD}$, AD)을 사용하고자 한다. 이 세 가지 개념은 통계학적 방법 및 사면파괴거동에 토대를 두고 있다. 그러므로 이 방법들은 파괴거동을 일으키는 같은 대상 사면영역의 군집특성을 보여준다.
Civil engineers have taken the numerous slope monitoring data for an engineering project subjected to hazard potential of slide. However, the topics on how to deal with and draw out proper information from the data related to the slope behavior have not been widely discussed. Recently, several resea...
Civil engineers have taken the numerous slope monitoring data for an engineering project subjected to hazard potential of slide. However, the topics on how to deal with and draw out proper information from the data related to the slope behavior have not been widely discussed. Recently, several researchers had installed the real-time monitoring system to cope with slope failure; however they are mainly focused on the hardware system installation. Therefore, this study tries to show how the measured data could be grouped and connected each other. The basic idea of analyzing method studied in this paper came from the clustering, which is the part of data mining analysis. Therefore, at the base of classification of time series data, the authors suggest three mathematical data analyzing methods; Average Index of different displacement ($AD_{i,j}$), Difference of average relative displacement ($\overline{RD}_{i,j}$) and Coordinate system of average and relative displacement ($\overline{RD}$, AD). These analyzing methods are based on the statistical method and failure mechanism of slope. Therefore they showed clustering relationships of the similar parts of the slope which makes the same sliding mechanism.
Civil engineers have taken the numerous slope monitoring data for an engineering project subjected to hazard potential of slide. However, the topics on how to deal with and draw out proper information from the data related to the slope behavior have not been widely discussed. Recently, several researchers had installed the real-time monitoring system to cope with slope failure; however they are mainly focused on the hardware system installation. Therefore, this study tries to show how the measured data could be grouped and connected each other. The basic idea of analyzing method studied in this paper came from the clustering, which is the part of data mining analysis. Therefore, at the base of classification of time series data, the authors suggest three mathematical data analyzing methods; Average Index of different displacement ($AD_{i,j}$), Difference of average relative displacement ($\overline{RD}_{i,j}$) and Coordinate system of average and relative displacement ($\overline{RD}$, AD). These analyzing methods are based on the statistical method and failure mechanism of slope. Therefore they showed clustering relationships of the similar parts of the slope which makes the same sliding mechanism.
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문제 정의
즉 전체 거동차이를 하나의 값으로 나타내는 평균변위차지수도 필요하지만, 각 시간별 변위과정을 알 수 있는 값 또한 필요하다. 그러므로 이러한 요구에 합당하게 평균상대변위차라는 개념을 도입하고자 한다.
본 연구에서는 기존 비탈면 변위 해석기법의 문제점을 해결하고자 시계별 변위와 계측지점 간의 상호관련성을 분석하여 사면 안정성을 예측할 수 있는 기법을 개발하였다.
가설 설정
계측대상 사면 표면에 관측점 혹은 pole이 N개 있다고 가정을 하고, 각각의 관측점을 P1, P2, ⋯, Pn라고 한다(Fig. 1 참조). 데이터를 측정하는 시간분포를 t1, t2, ⋯, tn이라 하고 시간에 따른 각 관측점의 위치변화, 즉 사면상부의 변위를 D라고 표현하기로 한다.
제안 방법
(3) 평균변위차지수 및 평균상대변위차를 조합하여 사면의 안정성 평가를 하기 위하여 이를 각각 좌표의 한 축으로 하는 평균상대좌표시스템을 정의하여 사면 파괴영역 구분 및 파괴거동에 대한 지표를 정의하였다.
사면의 다양한 실계측 데이터들을 해석, 가공 후 실시간 사면거동양상을 분석하고, 사면안정에 대한 결론을 유도하기 위해 실시간 계측자료들을 분류함에 있어 원 계측자료, 지점 간 절대변위차 및 상대변위차를 이용하였다. 각 지점간 변위차를 명확히 하기 위하여 평균변위차지수, 평균상대변위차 및 평균상대좌표체계를 이용하여 사면의 실시간 거동을 해석하였다.
사면의 다양한 실계측 데이터들을 해석, 가공 후 실시간 사면거동양상을 분석하고, 사면안정에 대한 결론을 유도하기 위해 실시간 계측자료들을 분류함에 있어 원 계측자료, 지점 간 절대변위차 및 상대변위차를 이용하였다. 각 지점간 변위차를 명확히 하기 위하여 평균변위차지수, 평균상대변위차 및 평균상대좌표체계를 이용하여 사면의 실시간 거동을 해석하였다.
대상 데이터
본 해석 모델을 충청북도 D사면의 계측 데이터에 적용하였다. 대상사면은 국도의 절취사면부로 1～3단면은 사면하부의 남한강을 기준으로 붕적사면에서 마을 진입로 상의 콘크리트 도로와 상부의 폐석 성토층에 이르는 단면으로 진입로 하부 사면에서 인장균열이 발견된 지점이다. 4～5단면은 전석와 붕적토(H.
본 해석 모델을 충청북도 D사면의 계측 데이터에 적용하였다. 대상사면은 국도의 절취사면부로 1～3단면은 사면하부의 남한강을 기준으로 붕적사면에서 마을 진입로 상의 콘크리트 도로와 상부의 폐석 성토층에 이르는 단면으로 진입로 하부 사면에서 인장균열이 발견된 지점이다.
현장의 계측 자료 중 사용된 부분은 1단면의 관측점 P1～P3과 3단면의 관측점 P4～P6이다. 사면거동의 유사성을 계산하는 과정을 Table과 Figure로 구현하여 보았다.
성능/효과
(4) 사면 3단면의 경우, 20∼30일 사이 대부분의 상대변위차는 거의 0에 수렴하여 작은 값을 보이므로 지점 간 변위차가 거의 없어 안정적이다.
(5) 사면 1단면의 평균변위차지수들은 거의 1에 가까운 값이 나와 각 관측지점들의 전반적 사면 거동의 변위차가 크다. 그러나 3단면의 평균변위차지수는 1단면에 비해 매우 낮은 값들이 나와 각 지점 간 변위차가 평균적으로 크게 차이가 나지 않아 안정적인 상태임을 의미한다.
(6) 평균상대변위차의 경우, 1 및 3단면이 0.851~0.915 정도에서 움직여 현재 사면의 거동이 안정적인 상태로 가고 있음을 알 수 있다.
후속연구
뿐만 아니라, 지반의 불균질로 인해 지반성상의 완벽한 파악이 현실적으로 불가능하여 설계 및 시공의 불확실성 인자의 포함은 피할 수 없다. 그러므로 사면에 발생할 수 있는 돌발 상황 및 사면거동을 지속적/상시적으로 파악하기 위하여 다양한 실시간 계측기술 및 효과적인 분석기법이 있어야 할 것이다.
)라는 개념을 정의하였다. 그러므로 이 두 가지 개념을 각각 사용하는 것이 아니라 함께 사용한다면 두 관측 지점의 시계열 데이터의 변위차의 정도 및 시계열 그래프로 나타난 모양이 비슷한 정도(각 지점의 시간에 따른 데이터의 증감 정도)를 동시에 나타낼 수 있을 것이다. 이 평균변위차지수와 평균상대변위차를 각각 좌표의 한 축으로 하여 그래프로 표현할 수 있으며, 같은 무리에 속하면 같은 전반적 거동 및 실시간 거동을 나타내고 있다고 할 수 있을 것이다.
여기서 ∞의 공학적 의미는 사면파괴에 해당하며 +는 두 측점간의 변위의 증가, -는 변위의 감소를 의미한다. 사면에서 발생한 변위차는 추후 전개될 공식 및 그래프 상에서 비교･분석되어야 하므로 변위차를 무차원의 간단한 상수로 바꾸어 계산하는 것이 좋을 것이다. 그러나 변위차는 절대값으로 표현되므로 [0∼∞] 사이에서 움직이고 있으므로 [0°∼ 90°] 사이에서 [0∼∞]로 움직이는 tan함수의 특성을 이용할 경우, 함수를 무차원 상수로 변환할 수 있다.
평균변위차지수(sin2αi,j)를 이용하여 전체 변위의 평균 변위자료에서 사면의 두 지점간 전반적 변위 거동차를 구하였으나 사면의 각 지점이 시간별로 얼마나 같이 연동하는가의 여부를 알면 사면 파괴 면의 영역을 알 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
평균변위차지수가 0일 경우와 1일 경우는 각각 어떤 의미를 갖는가?
이를 평균변위차지수(Average index of different displacement, ADi,j)라 하면 이 지수가 0일 경우 전반적으로 변위가 없는 것을 의미하고, 1이면 전반적 변위가 큼을 의미한다. 이 지수는 전체 변위의 평균 변위자료에서 구한 값이므로 일시적 변위에 대한 값이 아니라 전반적 변위 값이다.
사면의 지표변위자료를 이용하여 거동을 해석하는 기법 2가지는 무엇인가?
사면의 지표변위자료를 이용하여 거동을 해석하는 기법들에는 크게 두 가지로 구분된다. 방정식을 이용하는 결정론적 방법과 통계기법을 이용한 확률론적 방법이 있다(Han & Chang, 2005). 외국의 경우 비탈면 변위자료를 이용하여 붕괴 시점을 예측하는 다양한 방법들이 제시되었다(Saito & Uezawa, 1961; Voight, 1988; Fukuzono, 1990).
산사태의 특징은 무엇인가?
산사태는 집중호우가 내리는 경우 많이 발생되는데 이를 사전에 예방하기란 현실적으로 불가능하고, 특히 암반사면에서는 붕괴까지의 변형이 작고 종래부터 일반적으로 쓰이고 있는 변위계측에서는 그 전조현상을 포착하기 어려워 붕괴의 사전 예지가 거의 불가능하다. 뿐만 아니라, 지반의 불균질로 인해 지반성상의 완벽한 파악이 현실적으로 불가능하여 설계 및 시공의 불확실성 인자의 포함은 피할 수 없다. 그러므로 사면에 발생할 수 있는 돌발 상황 및 사면거동을 지속적/상시적으로 파악하기 위하여 다양한 실시간 계측기술 및 효과적인 분석기법이 있어야 할 것이다.
참고문헌 (4)
Fukuzono, T. (1990), Recent studies on time prediction of slope failure, Landslide News, No. 4, pp. 9-12.
Han, H. S. and Chang, K. T. (2005), Predicting the Failure of Slope by Mathemetical Model, Journal of the Korea Geotechnical Society, Vol. 21, No. 2, pp. 145-150.
Saito, M. and Uezawa, H. (1961), Failure of soil due to creep, Proceedings of the International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vol. 1, pp. 315-318.
Voight, B. (1988), A method for prediction of volcanic eruption, Nature, London, No. 332, pp. 125-130.
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