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인공신경망 기반의 응답면 기법을 이용한 사면의 지진에 대한 취약도 곡선 작성

Development of Seismic Fragility Curves for Slopes Using ANN-based Response Surface

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.32 no.11, 2016년, pp.31 - 42  

박노석 (한경대학교 토목안전환경공학과) ,  조성은 (한경대학교 토목안전환경공학과)

초록
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지진에 대한 사면안정 해석은 지진에 의한 관성력을 정적하중으로 고려하는 유사정적해석을 널리 사용하고 있다. 사면과 같은 지반 구조물은 지반정수의 불확실성이 포함되어 있어 확률론적 해석을 이용하여 지반정수의 불확실성을 고려해야 한다. 본 연구에서는 지반의 불확실성을 고려한 확률론적 사면안정해석을 수행하였으며, 구조물이 임의 수준의 지반 운동을 받을 때 파괴상태에 도달하는 확률을 그래프로 나타낸 취약도 곡선을 작성하였다. 유사정적해석으로 확률론적 사면안정해석을 수행하기 위해 Monte Carlo Simulation(MCS)을 시행하였다. MCS의 소요 시간을 단축하기 위하여 인공신경망 기반의 응답면 기법을 이용해 파괴확률을 산출하여 수평지진계수별 취약도 곡선을 작성하는 방법을 제시하였다. 인공신경망을 이용하여 작성한 취약도 곡선을 MCS의 결과와 비교해 본 결과 상당한 시간 절약에 비해 유사한 결과를 얻을 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Usually the seismic stability analysis of slope uses the pseudostatic analysis considering the inertial force by the earthquake as a static load. Geostructures such as slope include the uncertainty of soil properties. Therefore, it is necessary to consider probabilistic method for stability analysis...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • MCS 기반의 신뢰성 해석은 신뢰성을 얻기 위하여 충분히 많은 해석이 필요하여 해석에 있어서 시간과 비용소모가 큰 문제의 경우 적용이 어렵지만 충분한 해석이 가능한 경우 보다 정확한 결과 값을 얻을 수 있다. 따라서 이에 대한 문제를 효과적으로 접근하기 위하여본 연구에서는 인공신경망 기반의 응답면 기법(Response Surface Method, RSM)을 이용하여 취약도 곡선을 작성하고 그 결과를 MCS로 작성된 취약도 곡선과 비교하여 그 적용성을 검토하였다.
  • 본 연구에서는 사용성이 넓은 유사정적해석을 기반으로 지반정수의 불확실성을 고려한 사면의 확률론적 지진 취약도 곡선의 작성 절차를 제시하였다. 지반정수의 변동성을 고려하기 위하여 Monte Carlo Simulation을 수행하였으며 Monte Carlo Simulation의 샘플링은 계산 효율을 높이기 위하여 Latin hypercube 샘플링 기법을 사용하였다.
  • 본 연구에서는 지진에 대한 사면의 취약도 곡선을 작성하기 위하여 지반정수의 불확실성을 고려한 확률론적 해석을 실시하였다. 확률론적 해석 시 MCS 기법을 사용하였으며 보다 효율적인 확률론적 해석을 시행하기 위하여 인공신경망을 이용한 응답면기법을 사용하여 MCS 결과와 비교하였다.

가설 설정

  • Table 2는 사용된 지반정수와 변동계수를 나타내며 입력물성은 확률론적으로 평균 μX와 표준편차 σX로 정의되는 정규분포(normal distribution)를 따른다고 가정하였으며 0보다 작은 값이 샘플링되지 않도록 절단정규분포(truncated normal distribution)를 적용하였다.
  • 본 연구에서는 평균값을 중심으로 ± 3σX의 영역에서 확률분포를 등분포로 가정하여 변수들을 랜덤하게 샘플링하였다.
  • 12와 같고 SP층이 안정해석 결과에 크게 영향을 미쳤으며 본 예제에서는 상부의 두 개층인 SP층과 SM층의 내부마찰각과 점착력을 서로 독립인 랜덤변수로 고려하였다. 지반정수는 대수정규분포로 가정하였으며 변동계수는 예제 1과 같은 값을 사용하였다. 제방 제외지 측 수위에 의한 침투해석을 실시하기 위하여 한계평형법 기반의 상업용 해석프로그램인 Slide V6.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
사면과 같은 지반 구조물은 어떻게 지반정수의 불확실성을 고려해야 하는가? 지진에 대한 사면안정 해석은 지진에 의한 관성력을 정적하중으로 고려하는 유사정적해석을 널리 사용하고 있다. 사면과 같은 지반 구조물은 지반정수의 불확실성이 포함되어 있어 확률론적 해석을 이용하여 지반정수의 불확실성을 고려해야 한다. 본 연구에서는 지반의 불확실성을 고려한 확률론적 사면안정해석을 수행하였으며, 구조물이 임의 수준의 지반 운동을 받을 때 파괴상태에 도달하는 확률을 그래프로 나타낸 취약도 곡선을 작성하였다.
지진에 대한 사면안정 해석은 무엇을 널리 사용하고 있는가? 지진에 대한 사면안정 해석은 지진에 의한 관성력을 정적하중으로 고려하는 유사정적해석을 널리 사용하고 있다. 사면과 같은 지반 구조물은 지반정수의 불확실성이 포함되어 있어 확률론적 해석을 이용하여 지반정수의 불확실성을 고려해야 한다.
사면의 신뢰성 해석에서 응답면기법이 적용된 이유는 무엇을 보완하기 위함인가? 이러한 지반의 불확실성을 고려한 확률론적 해석은 해석시간이 오래 소요되므로 실무에서 적용하기 어려운 면이 있다. 이 점을 보완하기 위하여 사면의 신뢰성 해석에서 응답면기법이 적용되었다(e.
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