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다층지반에 근입된 흙막이 벽의 역해석에 관한 연구
Back Analysis of the Earth Wall in Multi-layered Subgrade

이승훈   (연세대학교 공과대학 토목공학과*UU0000936  ); 김종민   (세종대학교 공과대학 토목공학과UU0000792  ); 김수일   (연세대학교 공과대학 토목공학과UU0000936  ); 장범수   (시설안전기술공단 기술개발지원실CC0093846  );
  • 초록

    본 연구에서는 다층지반에 근입된 흙막이 벽의 단계별 계측변위로부터 각 층의 지반물성을 추정하고 이로부터 차기단계의 거동을 예측하기 위한 역해석 기법을 제안하였다. 지반이 다수의 층으로 구성되어 있을 경우 찾아야 할 대상변수가 많아지게 되며, 대상변수가 많아질수록 역해석에 상당한 무리가 따르게 된다. 이러한 층별 지반물성을 효율적으로 추정하기 위하여 최하단층부터 순차적으로 대상변수들을 찾아가는 방법을 이용하였다. 역해석은 상당량의 반복계산이 필요하기 때문에 정해석 방법으로는 해석시간이 짧고 시공단계 별 해석이 가능한 탄소성보법을 사용하였다. 역해석 대상변수는 탄소성 하중-변위 곡선의 구성요소인 지반반력계수와 수평토압계수들을 취하였으며, 목적함수는 이상변위에 의한 오차를 최소화시키기 위하여 단계별 계측변위 증분과 해석변위 증분의 차이로 구성하였다. 목적함수를 최소화 시키는 대상변수들을 찾기 위한 최적화 수법으로는 제약순차선형계획 법을 이용하였다. 본 연구를 통하여 제안된 방법을 수치해석자료 및 현장계측자료를 이용하여 검증하였다.


    This paper presents a back-calculation technique leer the prediction of the behavior of earth wall inserted in multi-layered soil deposit. The soil properties are back-calculated from the measured displacement at each construction stage and the behavior of earth wall far the next construction stage is predicted using back-calculated soil properties. For multi-layered soil deposit, the back-calculation would be very difficult due to the increase in the number of variables. In this study, to solve this difficulty, the back-calculation was performed successively from the lowest layer to the upper layers. An efficient elasto-plastic beam-column analysis was used for forward analysis to minimize the computation time of iterative back-calculation procedure. The coefficients of subgrade reaction and lateral earth pressure necessary for the formation of p-y curve were selected as back calculation variables, and to minimize the effect of abnormal behavior of the wall which might be caused by any unexpected action during construction, the difference between measured displacement increment and computed displacement increment at each construction stages is used as the objective function of optimization. The constrained sequential linear programming was used for the optimization technique to found values of variables minimizing the objective function. The proposed method in this study was verified using numerically generated data and measured field data.


  • 주제어

    Back analysis .   Beam-column analysis .   Earth wall .   Multi-layered subgrade .   Optimization.  

  • 참고문헌 (15)

    1. Arora, J. S. , Introduction Optimum Design / v.,pp.347-371,
    2. Vanderplaatts, G. N. , Numerical Optimization Techniques for Engineering Design / v.,pp.153-177,
    3. Back Analysis Procedures for the Interpretation of Field Measurements in Geomechanics , Gioda, G.;Sakurai, S. , International Journal of Numerical Analysis Methods Geomechanics / v.11,pp.555-583,
    4. Bazaraa, M. S.;Sherali, H. A.;Shetty, C. N. , Nonlinear Programming : Theory and Algorithm / v.,pp.,
    5. 류인선;임오강;박경진 , 최적설계입문 / v.,pp.,
    6. 널말뚝 벽의 역해석에 관한 비교 연구 , 조성호 , 박사학위 논문 / v.,pp.,
    7. 굴착단계별 토류벽 역해석의 대상범위 선정에 관한 연구 , 문준식 , 석사학위 논문 / v.,pp.,
    8. 지반반력계수 산정방법에 따른 토류벽의 굴착 단계별 거동 비교 , 김황 , 석사학위 논문 / v.,pp.,
    9. P-y특성곡선의 Coupling을 고려한 토류벽의 거동해석 , 김수일;정상섬;장범수 , 대한토목학회 논문집 / v.14,pp.553-563,
    10. The Back Analysis of In-situ Stresses in a Multiple Stage Excavation Problem , Akutagawa, S.;Meek, J.L.;Brown, E.T. , Computer Methods and Advances in Geomechanics / v.,pp.937-942,
    11. A Beam-Column Method for Tieback Walls , Kim, N. , Ph.D Dissertation / v.,pp.,
    12. 지반의 탄소성 하중-변위관계를 이용한 흙막이벽의 역해석기법 개발 , 장범수 , 박사학위 논문 / v.,pp.,
    13. 모형실험을 통한 사질토 지반에서의 굴착단계별 흙막이벽의 거동분석 , 서동희 , 석사학위 논문 / v.,pp.,
    14. 직접탐색법에 의한 굴착단계별 토류벽의 역해석 , 최충식 , 석사학위 논문 / v.,pp.,
    15. 탄소성 지반 스프링 모델에 의한 굴착 해석시 지반의 물성치 평가를 위한 역해석 , 이해성;정충기;김재관;김봉균 , 대한토목학회 논문집 / v.16,pp.561-571,
  • 이 논문을 인용한 문헌 (3)

    1. Kim, Se-Jin ; Kim, Moon-Kyum ; Won, Jong-Hwa ; Kim, Jung-Soo 2009. "Back Analysis Method for Material Properties of Multi-layers Ground Considering Multiple Unknown Variables" 韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, 25(9): 93~100     
    2. Park, Hyun-Jung 2014. "A Field Case Research by Construction Management of Underground Excavation Construction Using Inverse Analysis Method" 한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, 15(2): 1089~1095     
    3. Park, Hyun-Jung 2014. "A Study on the Displacement Prediction Method using the Inverse Analysis Algorithm" 한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, 18(4): 920~926     

 저자의 다른 논문

  • 김수일 (73)

    1. 1982 "보강재(補强材) 및 배수촉진재(排水促進材)로서 Geotextile 의 효과(?果)에 관한 실험적(實驗的) 연구(硏究)" 대한토목학회논문집 2 (4): 39~47    
    2. 1985 "사질토(砂質土) 위에 놓인 강성(剛性) 원형기초(圓形基礎)의 수직진동(垂直振動)" 대한토목학회논문집 5 (3): 127~136    
    3. 1986 "무작위 진동 기법을 이용한 기계기초의 진동해석에 관한 실험적 연구" 大韓土質工學會誌 2 (2): 29~36    
    4. 1987 "DYNAFLECT에 의한 아스팔트 콘크리트 포장도로의 분산도 특성에 관한 연구" 大韓土質工學會誌 3 (1): 53~64    
    5. 1987 "사회보건교육의 활성화 방안" 韓國保健敎育學會誌 = Journal of Korean Society for Health Education 4 (1): 25~34    
    6. 1988 "표면파 기법을 이용한 자연지반 및 포장지반의 전단파 속도 분포 추정에 관한 연구" 대한토목학회논문집 8 (4): 49~57    
    7. 1988 "밀도와 구속압력이 노상토의 탄성계수에 미치는 영향에 관한 실험적 연구" 대한토목학회논문집 8 (2): 33~40    
    8. 1989 "처짐곡선을 이용한 3층 아스팔트 포장 구조체의 물성 추정에 관한 연구" 대한토목학회논문집 9 (1): 97~107    
    9. 1989 "사질토층의 터널굴착에 따른 지반침하의 예측" 대한토목학회논문집 9 (3): 143~151    
    10. 1990 "FWD에 의한 4층 아스팔트 포장 구조체의 층별 탄성계수 추정" 대한토목학회논문집 10 (2): 67~78    

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