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수치해석에 의한 강우 침투 시 사면 파괴시간의 확률론적 해석
Probabilistic Failure-time Analysis of Soil Slope under Rainfall Infiltration by Numerical Analysis 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.35 no.12, 2019년, pp.45 - 58  

조성은 (한경대학교 토목안전환경공학과)

초록
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본 연구에서는 강우의 침투에 따른 토사사면의 파괴에 대한 강우강도-지속시간의 강우기준을 평가하기 위하여 수치해석에 의한 파괴시간의 확률론적 해석 절차를 제안하였다. 취약도 곡선은 시간에 따른 강우의 침투해석 결과를 반영하며 지반의 역학적 특성의 불확실성을 고려한 MCS에 의한 확률론적 사면 안정해석의 결과로부터 강우강도-지속기간의 함수로 생성하였다. 확률론적 해석에서 한계상태함수를 계산하기 위하여 강우의 침투해석과 연동된 사면 안정해석을 수행하였다. 생성된 사면의 취약도 곡선들을 기반으로 확률론적 사면 파괴분포 분석을 수행하여 지반의 불확실성을 고려한 사면 파괴 유발 강우기준을 평가하였다. 제안된 사면 파괴분포 분석법은 강우의 침투로 인한 사면 파괴의 과정을 분석하고 사면 파괴가 발생할 수 있는 시간을 예측하는데 유용하게 사용될 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, a stochastic analysis procedure based on numerical analysis was proposed to evaluate a kind of intensity-duration rainfall threshold for the initiation of slope failure due to rainfall infiltration. Fragility curves were generated as a function of rainfall intensity-duration from the ...

주제어

표/그림 (14)

AI 본문요약
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문제 정의

  • ,2014; Cho, 2014). 그러나 실무에서 사용되고 있는 상업용 지반해석 프로그램들 중에는 지반의 수리학적 특성을 나타내는 변수들의 불확실성을 고려하여 확률론적 사면 안정해석을 수행할 수 있는 해석 프로그램이 없으므로 본 연구에서는 지반의 역학적 거동특성을 나타내는 강도정수들의 불확실성만을 고려하여 확률론적 사면 안정해석을 수행하였다. 물론, 본 연구에서 제안된 파괴분포 해석법은 확률론적 해석법의 종류와 난이도와는 상관없이 적용할 수 있는 보편적 방법이다.
  • 본 연구에서는 강우의 침투로 인한 사면의 시간 의존적 파괴확률을 나타내기 위하여 대수정규분포를 사용하여 사면의 파괴시간을 확률적으로 해석하였다. 더불어 시간 의존적인 사면의 파괴확률이 특정 확률분포를 따르지 않는 경우에도 적용할 수 있도록 smoothing spline 모델을 사용하여 연속적인 함수 형태로 표현하는 기법을 제안하였다.
  • 본 연구에서는 강우의 침투에 따른 토사사면의 파괴에 대한 강우강도-지속시간의 강우기준을 평가하기 위하여 수치해석에 의한 파괴시간의 확률론적 해석 절차를 제안하였다. 이 절차는 지반의 강도정수의 불확실성을 고려하는 MCS에 의한 확률론적 사면 안정해석의 결과에 기초하여 사면 파괴 발생 시간을 확률적으로 분석한다.
  • 본 연구에서는 강우의 침투에 따른 토사사면의 파괴에 대한 강우기준을 평가하기 위하여 파괴시간의 확률론적 해석 절차를 제안하였다. 사면 파괴 유발 강우기준은 사면의 취약도 곡선을 기반으로 한 확률론적 사면파괴분포 분석을 통하여 평가하였다.
  • 본 연구에서는 취약도 곡선에 기초한 확률론적 사면파괴시간 분석법을 제안하였다. 이 방법은 산업공학에서 다양한 기계의 유효한 수명을 설명하는데 사용된 기법에서 파생되었다.

가설 설정

  • Wu(2015)는 지진과 강우에 대하여 사면의 취약도 곡선을 작성하는 방법론을 제시했다. 사면 안정해석에는 사면파괴가 지반과 불투수성 기반암의 경계면으로부터 상승하는 지하수위로부터 유발된다는 가정으로부터 간단한 무한사면 해석이 적용되었다. Martinović et al.
  • 단위중량, 점착력 및 내부마찰각의 변동계수에 따른 파괴확률의 민감도 분석이 이루어진 기존 연구(Kim and Cho, 2006)에 의하면 확률론적 해석에 있어서 흙의 단위중량의 변동성은 다른 변수들에 비해 작아 해석결과에 큰 영향을 미치지 않으므로 해석의 효율성을 고려하여 결정론적으로 고려하였다. 점착력과 내부마찰각은 확률적으로 대수정규분포를 따른다고 가정하였다. 랜덤 변수들의 샘플링을 위해서는 변수들 간의 상관성을 고려해야 한다.
  • (1994)의 방법으로 예측하였다. 지하수위는 Fig. 1과 같이 해석영역의 바닥에 존재하는 것으로 가정하였다. 시간 의존적인 강우의 침투를 모델링하기 위해서는 수리학적 초기조건이 지정되어야 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
취약도 곡선은 무엇인가? Kennedy et al.(1980)은 지진 공학에서 취약도 곡선을 원자력 발전소 구성 요소의 파괴 빈도와 지진 시 최대지반 가속도 사이의 확률적 관계로 정의했다. 보다 일반적으로, 취약도 곡선은 시설물 또는 구성 요소가 환경적인 자극을 나타내는 지표의 함수로 정의되는 한계상태에 도달하거나 초과할 확률을 표현하는 관계로 정의될 수 있다(Porter, 2018).
강우에 의한 사면파괴가 발생하는 원인은 무엇인가? 강우의 침투에 의하여 지하수위가 상승하거나 임시 지하수위가 발생하며, 사면표면에 침식이 발생하고 함수비는 증가하여 흙의 단위중량이 증가하게 된다. 함수비증가로 인한 지반의 전단력 증가와 전단강도의 감소는 강우에 의한 사면파괴를 유발한다(Cho, 2014).
물리적 기반의 방법으로 결정된 사면 파괴 유발 강우기준의 한계는 무엇인가? 물리적 강우기준은 사면파괴를 유발하는 강우강도와 지속시간을 결정하기 위하여 보통 침투해석과 사면 안정해석을 결합한다. 이들 물리적 강우기준(e.g., Pradeland Raad, 1993; Fourie et al., 1999; Cho and Lee, 2002;Cho, 2009)은 경험적 강우기준에 비해, 강우의 침투로 인한 이론적인 사면파괴 과정을 반영하는 장점이 있지만 사면 파괴 발생과 관련한 다양한 불확실성을 고려하지는 못한다.
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참고문헌 (34)

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