HWAW방법을 이용한 토목구조물 건설에 따른 하부 지반 물성 변화 평가 Evaluation of the change in Geotechnical properties due to the Construction of Civil engineering Structure using HWAW Method원문보기
In the various fields of Civil Engineering, shear modulus is very important input parameters to design many constructions and to analyze ground behaviors. In general, a shear wave velocity profile is decided by various experiments before constructing a structure and, analysis and design are carried ...
In the various fields of Civil Engineering, shear modulus is very important input parameters to design many constructions and to analyze ground behaviors. In general, a shear wave velocity profile is decided by various experiments before constructing a structure and, analysis and design are carried out by using decided shear wave velocity profile of the site. However, if civil structures are started to construct, the shear wave velocity will be increased more than before constructions because of confining pressure increase by the load of structure. The evaluation of the change in shear wave velocity profile is used very importantly when maintaining, managing, reinforcing and regenerating existing structures. In this study, a non-destructively geotechnical investigation method by using the HWAW method is applied to an evaluation of change in properties of the site according to construction. Generally, the space for experiments is narrow when underground of existing or on-going structures is evaluate, so a prompt non-destructive experiment is required. This prompt non-destructive experiment would be performed by various in-situ seismic methods. However, most of in-situ seismic methods need more space for experiments, so it is difficult to be applied. The HWAW method using the Harmonic wavelet transforms, which is based on time-frequency analysis, determines shear wave velocity profile. It consists of a source as well as short receiver spacing that is 1~3m, and is able to determine a shear wave velocity profile from surface to deep depth by one test on a space. As the HWAW method uses only the signal portion of the maximum local signal/noise ratio to determine a profile, it provides reliability shear modulus profile such as under construction or noisy situation by minimizing effects of noise from diverse vibration on a construction site or urban area. To estimate the applicability of the proposed method, field tests were performed in the change of geotechnical properties according to constructing a minimized modeling bent. Through this study, the change of geotechnical properties of the site was effectively evaluated according to construction of a structure.
In the various fields of Civil Engineering, shear modulus is very important input parameters to design many constructions and to analyze ground behaviors. In general, a shear wave velocity profile is decided by various experiments before constructing a structure and, analysis and design are carried out by using decided shear wave velocity profile of the site. However, if civil structures are started to construct, the shear wave velocity will be increased more than before constructions because of confining pressure increase by the load of structure. The evaluation of the change in shear wave velocity profile is used very importantly when maintaining, managing, reinforcing and regenerating existing structures. In this study, a non-destructively geotechnical investigation method by using the HWAW method is applied to an evaluation of change in properties of the site according to construction. Generally, the space for experiments is narrow when underground of existing or on-going structures is evaluate, so a prompt non-destructive experiment is required. This prompt non-destructive experiment would be performed by various in-situ seismic methods. However, most of in-situ seismic methods need more space for experiments, so it is difficult to be applied. The HWAW method using the Harmonic wavelet transforms, which is based on time-frequency analysis, determines shear wave velocity profile. It consists of a source as well as short receiver spacing that is 1~3m, and is able to determine a shear wave velocity profile from surface to deep depth by one test on a space. As the HWAW method uses only the signal portion of the maximum local signal/noise ratio to determine a profile, it provides reliability shear modulus profile such as under construction or noisy situation by minimizing effects of noise from diverse vibration on a construction site or urban area. To estimate the applicability of the proposed method, field tests were performed in the change of geotechnical properties according to constructing a minimized modeling bent. Through this study, the change of geotechnical properties of the site was effectively evaluated according to construction of a structure.
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문제 정의
본 연구에서 사용된 HWAW방법은 whole wave field 분산곡선을 사용하는데 반하여 기존의 일반적인 표면파 시험은 주로 far field 분산곡선을 사용한다. 따라서 본 연구에서는 whole wave field 분산곡선과 far field 분산곡선의 하부 지반 물성 변화에 따른 민감도 분석을 수행하였다. 민감도 분석은 2개의 층으로 구성된 지반구조에 첫 번째 층의 속도값을 기준으로 두 번째 층의 속도값을 변화시켜 가며 분산곡선을 측정하여, 측정된 분산곡선 사이의 변화량 측정을 통해 수행하였다.
제안 방법
또한 연속적인 실험을 통해 높은 횡방향 해상도를 가지는 2~3차원 전단파 속도 지도의 결정을 가능하게 한다. HWAW방법 대상 지반의 전단파 속도 주상도를 결정하기 위해 현장 실험에서 수행된 감지기 위치를 고려하는 whole wave field single array 역산을 수행한다. 이러한 역산을 위한 search engine은 유전자 알고리즘을 사용하며, 이러한 역산 과정은 자동화 되어 있다.
HWAW방법을 이용한 토목구조물 건설에 따른 하부 지반 물성 변화 평가에의 적용성을 알아보기 위하여 축소된 모형 교각 건설에 따른 하부 지반 물성변화 평가에 HWAW방법을 적용하였으며, 이를 통해 구조물 건설에 따른 하분 지반 물성 변화를 효과적으로 평가 할 수 있었다.
따라서 본 연구에서는 whole wave field 분산곡선과 far field 분산곡선의 하부 지반 물성 변화에 따른 민감도 분석을 수행하였다. 민감도 분석은 2개의 층으로 구성된 지반구조에 첫 번째 층의 속도값을 기준으로 두 번째 층의 속도값을 변화시켜 가며 분산곡선을 측정하여, 측정된 분산곡선 사이의 변화량 측정을 통해 수행하였다. 그림 2는 첫 번째 층의 두께가 30m 인 경우의 민감도 해석 결과이다.
HWAW방법은 2개의 감지기와 하나의 가진원으로 구성된다. 본 연구에서는 가진원으로 햄머와 감지기로는 속도계를 사용하였다. HWAW시험을 위한 실험구성은 6~12m의 간격을 가지는 가진원-감지기 간격 및 1~3m의 간격을 가지는 감지기 간격으로 구성된다.
제안된 방법의 구조물 건설에 따른 하부 물성 평가에 대한 적용성 검토를 위해 현장 실험을 수행하였다. 실험은 모형 교각 건설현장에서 수행되었다.
대상 데이터
제안된 방법의 구조물 건설에 따른 하부 물성 평가에 대한 적용성 검토를 위해 현장 실험을 수행하였다. 실험은 모형 교각 건설현장에서 수행되었다. 모형 교각은 그림 3과 같이 3단계로 건설되었다.
이론/모형
즉 하부 물성 변화에 따른 분산곡선 변화량이 클수록 하부지반 물성변화를 민감하게 평가할 수 있다. 본 연구에서 사용된 HWAW방법은 whole wave field 분산곡선을 사용하는데 반하여 기존의 일반적인 표면파 시험은 주로 far field 분산곡선을 사용한다. 따라서 본 연구에서는 whole wave field 분산곡선과 far field 분산곡선의 하부 지반 물성 변화에 따른 민감도 분석을 수행하였다.
본 연구에서는 HWAW방법(박형춘;김동수;이병식, 2004, 박형춘;김동수, 2004)을 이용한 비파괴 지반조사기법을 토목구조물 건설에 따른 하부지반 물성 변화 평가에 적용하였다. 일반적으로 기 건설된 또는 건설중인 토목구조물의 하부 지반 평가 시 시험을 수행할 수 있는 공간은 매우 협소하며 동시에 신속한 비파괴 시험이 요구된다.
본 연구에서는 구조물 건설에 따른 하부지반 상태 변화 평가에 HWAW방법을 적용하였다. HWAW방법은 구조물 건설에 따른 하부지반 상태 변화 평가 또는 기 건설 구조물의 보수 보강 재생 시 만날 수 있는 다양한 현장 조건, 즉 협소한 실험 장소 및 다양한 배경 잡음 등이 존재하는 현장조건에서도 대상 지반의 신뢰성 있는 전단파 속도 주상도를 결정할 수 있다.
성능/효과
또한 whole wave field 분산곡선을 사용하기 때문에 하부 지반의 물성 변화를 효과적으로 평가 할 수 있다. HWAW방법의 적용성을 알아보기 위해 축소된 모형 교각 건설에 따른 하부 지반 물성변화 평가에 HWAW방법을 적용하였으며, 이를 통해 HWAW방법을 이용해 구조물 건설에 따른 하부 지반 물성 변화를 효과적으로 평가 할 수 있음을 알 수 있었다.
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