Journal of the Korean Geotechnical Society ISSN:1229-2427(Print) 2288-646X(Online) 한국지반공학회 논문집

본 연구는 강우로 인한 사면 포화 과정에서 겉보기 점착력의 소실로 발생하는 사면파괴를 저감하기 위한 방안으로, 소수성 지반재료의 적용 가능성을 검토하기 위한 기초 연구를 수행하였다. 이를 위해 실란 기반 소수화 처리 공법을 적용하여 실란 용액의 최적의 혼합비, 재사용 가능성, 그리고 소수성 주문진 표준사의 전단강도 특성을 실험적으로 평가하였다. 실험 결과, 실란 용액의 최적 혼합 부피비는 1.0%로 나타났으며, 재사용 시 차수 성능은 약 9.8% 감소하였으나 전단강도에는 유의미한 변화가 관찰되지 않았다. 또한 직접전단시험 결과, 소수화 처리된 시료의 내부마찰각은 친수성 시료 대비 약 23% 감소하였으나, 실란 용액의 재사용에 따른 추가적인 강도 저하는 발생하지 않는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 실란 용액의 반복 사용 가능성을 확인함과 동시에, 소수성 지반재료가 차수 성능과 공학적 강도 특성을 동시에 확보할 수 있는 대안적 재료로 활용 가능함을 시사한다. 따라서 본 연구는 사면 안정성 확보를 위한 새로운 차수 공법 개발에 기초적인 자료를 제공한다.

본 연구에서는 대규모 표준관입시험 자료의 품질관리를 위해 표준관입시험 기록과 지층 기록 사이의 일관성을 평가하고, 예측 불확실성에 기반하여 검토 대상 구간을 유형화하는 방법을 제안하였다. 서울지역 지반조사 자료를 활용하여 매립층, 퇴적층, 풍화토층, 암반층의 4개 지층군을 참조 라벨로 정의하고, 표준관입시험 입력자료와 지층 기록 간의 지배적 관계를 학습하기 위한 대리 과제로 지층 분류 문제를 설정하였다. 심도, N값, 관입깊이 및 심도 방향 변화 지표를 입력변수로 하여 단방향 LSTM 모델을 구성하였으며, FCNN과의 비교를 통해 심도 방향 시퀀스 정보의 유효성을 검토하였다. 시험 자료에서 단방향 LSTM은 정확도 72.76%, macro F1 0.6701을 보여 FCNN보다 높은 성능을 나타냈으며, 예측 엔트로피 기반 AUC는 0.7340으로 산정되었다. 정분류 여부와 정규화 엔트로피를 결합하여 네 가지 유형을 정의한 결과, 고엔트로피 유형은 지층 경계부 및 N값 급변 구간과 관련성이 높았고, 저엔트로피 오분류 유형은 기록 지층군보다 예측 지층군의 경험적 SPT 분포와 더 높은 일관성을 보였다. 제안 방법은 전문가 검토 우선순위를 통한 품질관리 지원 도구로 활용될 수 있다.

본 연구에서는 삼축압축시험 중 사질토의 비균질 체적 변형과 변형률 국부화를 분석하기 위해 구조광학 3D 스캐닝 시스템과 분할 체적 측정 기법을 도입하였다. 포인트 클라우드 데이터(PCD)로 시편의 3차원 형상을 모델링함으로써 기존 체적 측정 방식의 한계를 극복하고, 고비용 X-선 CT와 2차원 계측 기법을 보완하였다. 분할 계측을 통해 평균값에 가려져 있던 중앙부의 국부 체적 변화를 포착하였고, 3차원 변위장과 2D 전개 영상으로 시료 상태별 파괴 모드를 시각화하였다. 특히 조밀한 시편에서 국부 체적 곡선의 기울기 변화가 표면 전단대 식별보다 선행하여 나타나, 전단대 형성과 체적 변화 사이의 인과관계를 확인하였다. 제안된 프레임워크는 사질토의 비균질 거동 해석 및 수치해석을 위한 신뢰성 있는 실험적 기초 자료로 활용될 수 있다.

싱크홀은 지표면 하부의 공동이 확장됨에 따라 상부 지반이 하중을 지지하지 못하여 붕괴되는 현상이다. 도심지 싱크홀은 노후 매설관, 굴착공사, 되메우기 등 인위적 요인과 밀접하게 연관되며, 이 중에서도 하수관 손상은 도로 하부의 토사 유실과 지중 공동 성장을 유발한다는 점에서 대표적인 원인으로 꼽힌다. 본 연구에서는 서울시 실제 싱크홀 사례를 대상으로 SBAS-InSAR 시계열 변위와 연속웨이블릿변환(CWT)을 결합한 CWT-SBAS-InSAR 기법을 이용하여 싱크홀 발생 전 지표 변위의 시간-주파수 특성을 분석하였다. 분석 결과, 일반적인 시계열에서는 명확히 구분되지 않는 싱크홀 발생 전조 신호가 CWT 스펙트럼 상에서 특정 시점과 주기 대역의 에너지 집중 패턴으로 나타났다. 특히 하수관 손상 사례에서는 단주기 및 중주기 대역에 걸친 에너지 집중 양상이 관찰되어, 점진적 토사 유실과 공동 성장 과정이 시간-주파수 신호로 표현될 수 있음을 확인하였다. 본 연구 결과는 CWT-SBAS-InSAR 분석이 도심지 싱크홀 조기 탐지와 위험 구간 선별을 위한 보조적 도구로 활용될 수 있음을 시사한다.

본 연구에서는 미세플라스틱의 응집 및 유량 변동이 포화 모래지반 내 이동 특성에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 위해 폴리스티렌 미세플라스틱(PSMP)을 대상으로 응집 kinetic test를 통해 입자의 응집 특성을 확인하고, 일정 유량 및 변동 유량 조건에서 모래 컬럼 실험을 통해 유출 특성을 비교하였다. 응집 kinetic test 결과, 교반하지 않은 PSMP 현탁액은 안정적인 분산 상태를 유지한 반면, 교반한 PSMP 현탁액에서는 시간에 따라 입자의 응집이 발생하였다. 컬럼 실험 결과, 응집 상태의 PSMP는 분산 상태에 비해 낮은 유출 농도와 유출 회수율을 나타냈으며, 이러한 경향은 모래 입경이 작아질수록 뚜렷하게 나타났다. 또한 변동 유량 조건에서는 PSMP 유출이 감소하였으며, 이는 PSMP와 모래 입자 사이의 접촉 시간 증가가 입자 간 부착을 촉진할 수 있음을 의미한다. 본 연구 결과는 모래지반 내 미세플라스틱 이동성을 평가할 때 입자 응집과 시간적 유량 변동을 함께 고려할 필요가 있음을 보여준다.

매립 지역의 연약 점토층은 높은 공간적 변동성을 보여 종종 통상적인 기계 학습 기법의 적용이 어려워 연약 지반 매립 프로젝트에서 정확한 압밀 침하 예측은 지속적인 과제로 남아 있다. 기계 학습의 공간 입력으로 직접 사용되는 지리적 좌표는 제한적인 공간적 의미를 가지지만, 대부분의 지반 침하 예측 연구에서는 좌표 변환이 예측 성능에 미치는 영향을 체계적으로 검토하지 않았다. 본 연구에서는 다섯 가지 공간 인코딩 기법을 분석하고, 대한민국 송도 신도시의 376개 시추공 자료를 이용하여 학습/검증된 XGBoost 회귀 절차를 사용하여 결과를 비교 분석하였다. 인코딩 기법은 기준이 되는 원시 좌표(raw coordinates), Euclidean distance to neighboring points(EDNP), buffer boundary distances(BUFF), polynomial coordinate features(POLY), radial basis functions(RBF)를 적용하였으며, 각 방법은 Bayesian hyperparameter 최적화를 적용한 10-fold 교차 검증을 통해 평가되었다. 각 기법의 성능은 예측 정확도 평가지표, Moran’s I를 통한 잔류 공간 자기상관, SHAP 기반 특징 기여도의 조합으로 평가하였다. 학습된 모든 방법 중에서 원시 좌표의 R² = 0.719에 비교하여 EDNP가 R² = 0.776, RMSE = 0.091로 가장 좋은 성능을 보였다. 인코딩의 복잡도가 높다고 해서 예측 정확도가 반드시 향상되는 것은 아니며, POLY, RBF, BUFF는 구조적 차이에도 불구하고 유사한 성능을 보였다. 지반 정수의 특성이 모든 인코딩의 예측을 좌우하며, 공간 특징은 보완적인 역할을 했다.

지반 상태 변화는 콘 선단저항의 깊이별 분포에 반영될 수 있으며, 특히 해상기초 주변 사질토 지반은 세굴 및 되메움 과정에서 국부적인 조밀도와 포화상태 변화가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 70 g 원심모형 환경에서 소형콘관입시험을 수행하여, 건조 및 포화 조건과 세굴 후 되메움 조건을 포함한 사질토 지반의 깊이별 선단저항 변화를 분석하였다. 모형지반은 서로 다른 입경의 표준 규사를 이용하여 조성하였으며, 각 조건에서 획득한 깊이별 선단저항을 비교하였다. 시험 결과, 본 연구에서 적용한 평균입경 범위에서는 입경 차이에 따른 영향이 제한적이었으며, 상대밀도와 포화상태 등 지반 상태 변화의 영향이 상대적으로 뚜렷하게 나타났다. 특히 세굴 후 되메움 조건에서는 조밀한 건조 규사로 재충전된 상부 되메움 영역에서 조밀 지반 조건과 유사한 수준의 선단저항이 관찰되었다. 이후 관입 깊이가 증가함에 따라 선단저항은 점진적인 전이구간을 거쳐 하부 원지반의 응답으로 수렴하였다. 이는 사질토 지반 내에서 세굴 및 되메움 이력에 의해 형성된 국부적인 조밀도 및 포화상태 변화가 선단저항과 전이거동에 영향을 미친 것으로 판단된다.

현장에 적용되는 SCIP 벽체는 강성 확보에 유리한 Case-1(P-R-P 형식)과 압축력이 지배적인 조건에서 경제성 및 차수성을 극대화하는 Case-2(P-P-R-P-P 형식)로 대별된다. 본 연구는 SCIP 벽체의 역학적 거동 규명을 목적으로 단위요소시험(압축강도, 탄성계수, 투수계수) 및 실대형 전단실험을 수행하였다. 시험 결과, 콘크리트의 기초 물성은 설계 기준을 상회하였으며 투수계수 또한 흙막이 벽체 허용 기준치를 충족하여 안정적인 차수 성능을 검증하였다. 실대형 전단실험의 하중-변위 거동 분석 결과는 매립된 H형강의 영향으로 두 실험체 모두 최대 하중 이후 안정적인 연성 거동을 발현하였으며 하중-변형률 관계에서는 균열 진전 양상에 기인한 국소적 변형률 차이가 확인되었다. 한편, Case-1과 Case-2는 지간 거리 및 파괴 양상의 차이로 인해 전단응력-하중 관계에서 상이한 응력 전달 경로를 보였으나, 전단응력 방향각 분석에서는 접합부 균열 진전 및 응력 재분배에 의해 두 실험체가 유사한 거동 특성을 나타냄을 확인하였다.

해양 및 연안 연약 점토 지반의 안정적인 설계를 위해서는 비배수 전단강도(S_u)의 신속하고 신뢰성 있는 평가가 필수적이다. 기존 실내 강도시험은 시험 시간이 길고 시료 교란의 영향을 받을 수 있으며, 그 대안으로 제시된 낙하 원추 시험과 자유 낙하 관입기는 관입 에너지와 충격 속도를 독립적으로 제어하기 어렵다는 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 한계를 개선하기 위해 전자기 유도 제동 원리를 적용한 속도 제어형 자유 낙하 관입기를 개발하였다. 제안된 장비는 영구자석 관입기, 유도관, 탈부착식 무게추, 레이저 변위 센서로 구성되며, 와전류 제동을 통해 지반 관입 전 일정한 종단 속도에 도달하도록 설계되었다. 다양한 함수비 조건의 카올린 점토에 대해 개발된 장비 관입체의 관입 시험을 수행하고 삼축압축시험 및 일축압축시험 결과와 비교 검증하였다. 분석 결과, 개발된 장비는 전자기 제동을 통해 지반 관입 시의 급격한 전단 변형률 속도 증가를 효과적으로 제어하였으며, 점토의 함수비 또는 전단강도의 크기와 관계없이 전 구간에서 오차율 10% 이내의 우수한 정밀도로 S_u 산정 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

본 연구는 편마암 지대 NATM 터널의 막장면 관찰(Face Mapping) 자료와 실제 여굴 데이터를 연계하여 RMR 분류인자와 여굴 특성 간의 관계를 정량적으로 분석하였다. 상·하행선에서 수집된 3,273개 현장자료를 대상으로 이상치 제거, 주성분분석, Pearson 상관분석 및 다중회귀분석을 수행하고, 설계 여굴량과 실제 여굴량 및 시공비를 비교하였다. 주성분분석(Principal Component Analysis, PCA) 결과, RQD·절리간격·절리상태·일축압축강도로 구성된 구조적 품질축(PC1)과 지하수상태로 구성된 지하수 영향축(PC2)이 전체 분산의 약 76%(상행선), 75%(하행선)를 설명하였다. 상관 및 회귀분석에서는 절리상태와 지하수상태가 상대적으로 높고 일관된 유의성을 보였으며, 일축압축강도는 다수 유형에서 유의하였으나 부호가 유형에 따라 상반되어 해석의 일관성이 낮았다. 실제 여굴량은 설계 대비 상행선 약 119%, 하행선 약 115% 초과하여 설계기준을 크게 상회하였다. 굴착 연장으로 정규화한 결과, 절대량이 가장 큰 유형과 달리 단위 길이당 여굴 증가량은 상행선의 확폭구간인 ERP-3 TYPE과 하행선의 본선–갱도 접속부인 RP-2 TYPE에서 각각 가장 크게 나타났으며, 이는 암반조건뿐만 아니라 확폭 및 접속부와 같은 굴착 형상의 기하학적 특성도 여굴 발생에 영향을 미칠 수 있음을 시사하였다. 이와 함께 시공비 역시 설계 대비 약 117% 증가한 것으로 산정되었다. 본 연구는 절리상태 및 지하수상태가 여굴 발생의 주요한 영향요인임을 확인하였으며, 총 RMR 점수와 세부 구조인자를 함께 활용한 Face Mapping 기반 현장관리체계가 여굴 억제와 시공비 절감에 기여할 수 있음을 시사하였다.

기성 매입말뚝은 국내 도심 건설에서 널리 사용되며, 단면이 미리 정해져 제작되므로 근입장이 주된 설계 변수가 된다. 현행 설계는 경험식으로 근입장을 결정하며, 동재하시험은 일부 시공 말뚝에만 수행되어 나머지는 검증되지 않은 채 남는다. 본 연구는 표준 지반조사에서 확보되는 SPT N치와 USCS만을 사용하고, 이를 스칼라로 집약하지 않고 깊이 방향 순차 데이터로 처리하는 트랜스포머 기반 딥러닝 프레임워크를 제시한다. 프레임워크는 입출력 관계가 서로 반대인 두 모델, 즉 목표 지지력으로부터 필요한 근입장을 산정하는 근입장 결정 모델과 주어진 근입장에 대해 선단지지력과 주면마찰력을 추정하는 지지력 예측 모델로 구성된다. 테스트 데이터에서 근입장 결정 모델은 R² 0.985와 평균절대백분율오차 7.80%를 보였고, 설계 지지력 4,750 kN에 대해 예측 근입장은 시공 근입장보다 평균 1.29 m(7.7%) 짧았다. 지지력 예측 모델의 테스트 R²는 선단지지력 0.822, 주면마찰력 0.685였다. 이 프레임워크는 설계단계의 근입장 결정과 동재하시험이 수행되지 않은 시공 말뚝의 지지력 평가를 지원하며, 동일한 입력 체계로 현장을 추가하여 재학습할 수 있다.

제방·필댐·방조제는 세립 코어·기초지반과 조립 사석 쉘로 존을 구분해 축조되며, 이때 형성되는 재료 경계는 지진파의 반사·산란을 통해 국부 응답을 변화시킬 수 있다. 본 연구에서는 동일한 기하 형상을 갖되 사석 구역의 유무만 다른 두 제방-기초지반 모형에 대해 세 종류의 입력 지진파로 동적 원심모형실험을 수행하고, 그 결과를 1차원 등가선형 지반응답해석과 비교하였다. 사석 구역은 국부 응답을 크게 변화시켰다. 사석 구역 하부의 기초지반 경계면에서는 최대 응답 스펙트럼 비(RRS)가 2.6에서 4.5로 증가한 반면, 사석 둔덕 내부 천부에서는 세 입력 모두에서 4.6~5.7이 2.7~2.9로 감소하였고(비 0.50~0.63), 감소 폭은 둔덕 바닥에 가까울수록 작아졌다. 반면 최대 RRS의 발생 주기는 입력 지진파에 따라 달라져, 이 국부 응답이 사석 구역에 갇힌 파의 좁은 대역 공진이 아니라 넓은 주기 대역의 재료·경계 효과에서 비롯됨을 보여주었으며, 이는 작은 경계 반사계수(-0.04~-0.33)와도 부합한다. 또한 마루 동일 심도의 양 가장자리는 입력 왜도와 무관하게 서로 반대 방향의 비대칭 응답(비대칭비 1.59~2.04 대 0.53~0.85)을 보여, 마루부 2차원 파동장의 국부적 간섭·회절에 의한 것임을 확인하였다. 1차원 해석은 심부에서는 실험과 잘 일치하였으나, 마루·경계면 인근에서는 스펙트럼 가속도와 아리아스 진도를 과소예측하고 탁월주기를 실험(0.25~0.3초)보다 긴 0.41~0.45초로 산정하였다. 이는 사석 구역을 포함한 제방 구조물의 내진 성능 평가에 2·3차원 접근이 필요함을 보여준다.

본 연구는 국내 약 50개 현장의 지반조사자료를 이용하여 지층별 전단강도정수의 통계적 분석을 통해서 흙막이 벽체의 변위에 미치는 영향을 평가하였다. 매립층, 퇴적층, 풍화토층 및 풍화암층의 내부마찰각과 점착력에 대해 기초통계량을 산정하고, 카이제곱 검정을 통해 정규분포, 로그정규분포, 지수분포 및 균등분포의 적합성을 비교하였다. 평균과 표준편차를 기준으로 전단강도정수를 다섯 단계로 설정하고, 단일지층 탄소성보법 모델을 이용하여 총 35개 조건의 최대 벽체 수평변위를 분석하였다. 매립층과 풍화토층의 내부마찰각 및 풍화토층과 풍화암층의 점착력은 정규분포가 적합하였으며, 나머지 분석대상은 로그정규분포가 상대적으로 적합하였다. 민감도는 점토질 퇴적층의 점착력에서 0.20~2.64, 모래질 퇴적층과 매립층의 내부마찰각에서 각각 0.43~2.55와 0.52~2.08로 나타났다. 풍화토층에서는 내부마찰각과 점착력이 모두 주요 변수로 평가된반면, 풍화암층에서는 두 매개변수의 영향이 약 10% 내외로 제한적이었다.

전기전착에 의한 모래지반 고결 특성을 평가하기 위해 해수로 포화된 모래에 2, 3 및 4 V의 직류 전압을 인가하였다. 실험 결과, 인가전압은 전극 주변의 pH, 전류밀도 및 전기전착 고결체 형성에 큰 영향을 미쳤으며, 본 실험조건에서는 3 V에서 가장 안정적인 전기전착 고결체가 형성되었다. 광안리 현장해수와 인공해수는 전기화학적 거동과 전기전착 고결체 형상 및 질량 측면에서 전반적으로 유사한 경향을 나타냈다. SEM-EDS 및 XRD 분석을 통해 모래 입자 주변에서 브루사이트와 탄산칼슘 계열 전착 침전물이 형성된 것을 확인하였다. 또한 두 해수 조건 모두에서 전착 침전물 함량이 증가함에 따라 일축압축강도가 증가하였다. 이를 통해 광안리 현장해수를 전기전착 모래 고결을 위한 전해질로 활용할 수 있음을 확인하였다.

본 연구는 지반-구조물 상호작용을 고려하여 국내 내진설계기준(KDS 17 10 00; MOLIT, 2018)에 따른 지반조건(풍화토, 매립토)과 수직구 근입 심도(16m, 30m)를 조합한 4가지 케이스에 대해 3차원 유한요소 동적 해석을 수행함으로써 수직구의 동적 거동 특성을 분석하였다. 두 지반은 모두 건조 사질토로 가정하여 다중항복면 소성모델(Pressure Depend Multi Yield, PDMY)로 비선형 거동을 모사하였으며, 1000년 재현주기 PGA(0.154g)로 조정된 4개 계측 지진파를 입력하여 수직구의 변위 및 휨모멘트 응답을 검토하였다. 해석 결과, 근입 심도에 따라 수직구의 심도별 휨모멘트 분포 형태가 뚜렷하게 달라졌는데, 16m 조건은 모멘트가 저면까지 단조 증가하는 캔틸레버형 거동을, 30m 조건은 심도 약 20m 지점에서 부호가 반전되는 이중곡률(S자형) 거동을 나타내었다. 아울러 심도가 깊고 지반이 연약할수록 응답 크기 자체도 증폭되어 매립토 30m 조건(S5 지반)에서 모든 지진파에 대해 가장 큰 응답이 나타났다. 본 연구는 동적 유한요소 해석을 수행하여 국내 지반조건 및 지진 특성에 따른 수직구의 응답 특성에 대한 자료를 제공한다.

투수블록은 도시 포장 시스템에서 지표 유출을 저감하고 강우 침투를 향상시키기 위해 활용되고 있다. 투수블록은 장기간 사용 시 내부 공극의 폐색으로 인해 투수성능이 저하되며, 이러한 투수성능 저하의 비파괴 평가기법으로 전기비저항 측정법이 활용된다. 그러나 전기비저항은 투수블록의 투수성능뿐만 아니라 온도 및 공극수 전기비저항의 영향을 함께 받는다. 따라서 전기비저항 기반 투수블록 모니터링의 현장 적용을 위해서는 온도 및 공극수 전기비저항에 대한 보정이 필요하다. 본 연구에서는 전극이 매립된 투수블록 시편을 제작하고, 온도 및 공극수 전기비저항 조건을 변화시키며 전기비저항을 측정하였다. 실험 결과, 온도가 증가함에 따라 투수블록의 전기비저항은 비선형적으로 감소하였다. 온도가 10℃에서 60℃로 증가함에 따라 전기비저항은 약 77% 감소하였다. 공극수 전기비저항 변화 실험에서는 공극수 전기비저항이 증가함에 따라 전기비저항이 증가하였으나, 고비저항 공극수 조건에서는 증가율이 점차 둔화되는 경향을 보였다. 또한 공극수 전기비저항이 증가함에 따라 정규화 전기비저항은 비선형적으로 감소하였다. 이를 바탕으로 온도보정계수와 공극수보정계수를 산정하였으며, 제안된 보정모델의 적용성을 검토하였다. 보정 전 현장조건의 정규화 전기비저항은 기준조건보다 약 79.3% 낮게 나타났으나, 보정 후에는 그 차이가 약 9.5%로 감소하였다. 본 연구결과는 전기비저항 기반 투수블록 모니터링에서 온도 및 공극수 전기비저항 영향을 보정하기 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

기존의 지반 가열 기술은 에너지 효율성, 경제성, 환경적 측면에서 다양한 한계를 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로 우수한 전기 전도성과 열전도성을 가진 Edge-Oxidized Graphene Oxide(EOGO)를 지반 재료에 혼합하여 전도성을 부여하고, Joule heating 원리를 이용해 발열 성능을 향상시키는 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 별도의 양생 과정 없이 즉각적인 발열이 가능한 입상체 기반 발열재를 구현하고자 하였다. EOGO의 함량과 인가 전압을 변수로 두어 시간에 따른 온도 변화를 측정하고 표면 열 분포를 관찰하였다. 실험 결과, EOGO 함량과 인가 전압이 증가할수록 전류 및 온도 상승량이 증가하였다. 특히 EOGO 함량 약 2 wt%부터 발열이 관찰되기 시작하여 전도 네트워크가 형성되기 시작하는 임계 함량이 존재하는 것으로 확인되었다. 본 연구는 EOGO–sand 혼합물이 바인더와 별도의 양생 과정 없이 발열 가능한 입상체로 활용될 수 있는 기초적인 가능성을 확인하였으며, 향후 지반 가열 분야 적용을 위한 기초자료를 제공한다.

데이터 불균형 문제는 인공지능 기반 분석에서 예측 성능 저하를 유발하는 주요 원인 중 하나이며, 이를 해결하기 위한 다양한 데이터 증폭 기법이 활용되고 있다. 본 연구에서는 기존 SMOTE 및 ADASYN의 한계를 개선하기 위하여 변수 간 의존성을 고려한 Distance Correlation 기반 Group-Based Oversampling 기법을 제안하였다. 제안 기법은 변수 간 Distance Correlation을 계산한 후 계층적 군집분석을 이용하여 유사한 특성을 갖는 변수들을 그룹화하고, 각 그룹에 대해 독립적으로 Oversampling을 수행하는 방식으로 구성하였다. 연구에는 암석 풍화 과정에서 측정된 압축파 속도, 전단파 속도, 영의 계수, 포아송비, 간극률 및 균열밀도 데이터를 활용하였다. 분석 결과, 생성 데이터는 대부분의 물리량에서 원본 데이터의 주요 분포 특성을 유지하는 것으로 나타났다. 또한 난수 시드(S)의 영향은 제한적인 반면 최근접 이웃 수(K)는 생성 데이터의 평균 차이율과 표준편차 유지율에 상대적으로 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 특히 K=5 조건은 평균 특성 보존에, K=1 조건은 분산 특성 보존에 유리한 것으로 나타났다. 본 연구는 변수 간 구조적 관계를 고려한 데이터 증폭 가능성을 제시하였으며, 향후 공학 분야의 데이터 증폭 및 인공지능 학습 데이터 구축에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

최근 집중호우 및 이상기후의 증가로 인해 산사태 위험성 평가를 위한 인공지능 기반 연구가 증가하고 있으나, 지반공학 분야에서는 제한된 데이터 확보 문제가 여전히 중요한 한계로 작용하고 있다. 본 연구에서는 산사태 위험성과 관련된 전단강도 특성을 고려하여 soil cohesion, friction angle 및 soil density를 대상으로 다양한 데이터 증폭 기법의 구조적 특성을 비교 분석하고자 하였다. 이를 위해 SMOTE, ADASYN, Kriging 및 Monte Carlo–Genetic Algorithm(MC-GA) 기반 데이터 증폭 기법을 적용하여 지반 물성치 데이터를 생성하였다. 이후 확률밀도함수, 평균값 비교, Pearson correlation 및 Principal Component Analysis(PCA)를 이용하여 각 기법에 따른 데이터 분포 및 구조적 특성을 분석하였다. 또한 데이터 증폭 기법에 따라 생성되는 데이터의 분포 범위와 상관구조 변화를 비교하였다. 분석 결과, SMOTE와 ADASYN은 원시 데이터의 구조적 특성을 비교적 안정적으로 유지하는 경향을 보였으며, Kriging은 특정 변수 간 상관성을 강화하는 특성을 보였다. MC-GA는 가장 넓은 데이터 분포 범위를 형성하였으나, 변수 간 구조적 일관성은 상대적으로 감소하는 경향을 나타내었다. 따라서 제한된 지반 데이터 조건에서 산사태 위험성 평가를 위한 데이터 증폭 기법 적용 시, 단순한 데이터 수 증가뿐만 아니라 생성 데이터의 구조적 특성 역시 함께 고려할 필요가 있는 것으로 판단된다.

국내에서는 포항지진 이후 액상화 현상에 관한 관심이 증가함에 따라, 액상화 지반에서의 구조물 거동을 예측하기 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. 최근에는 시계열 데이터를 활용한 딥러닝 연구 또한 활발히 수행되고 있으며, 이를 위한 학습 데이터 구축의 중요성 또한 증가하고 있다. 그러나 모형실험 및 실제 계측 데이터를 활용한 연구는 많은 시간과 비용이 요구되며, 다양한 조건에 대한 데이터를 확보하는 데 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 유효응력해석 기법을 활용하여 다양한 입력조건에 대한 수치해석 데이터를 구축하였다. 입력 지진파는 총 7종을 적용하였으며, 500년, 2400년, 4800년 재현주기 수준에 따라 입력 가속도를 조정하였다. 또한 지반 및 구조 조건의 영향을 고려하기 위하여 N치와 케이슨 높이 조건을 변화시켜 해석을 수행하였다. 구축된 데이터를 기반으로 GRU 및 LSTM 알고리즘을 적용한 딥러닝 예측을 수행한 결과, 두 모델 모두 결정계수(R²)가 0.9 이상으로 나타나 전반적으로 우수한 예측 성능을 보였다.

돌기 형성 현장타설말뚝은 일반적인 현장타설말뚝 시공 공정 중 천공-말뚝 타설 사이에 공벽에 홈파기 단계를 추가하여 공벽과 말뚝 주면을 따라 돌기를 형성함으로써 주면 마찰력을 증대시키는 공법이다. 증대된 주면 마찰력에 대한 설계를 정량화 하기 위해서는 설계식이 필요하며, 이를 위해 해외 및 국내 시방서에서는 말뚝 주면에 인공적인 거칠기를 정량화한 경험식을 채택하고 있다. 본 연구에서는 실제 현장에서 돌기 형성 현장타설말뚝을 시공하고 재하시험을 통해 지지력을 평가하고, 그 결과와 설계식으로 산정한 지지력을 비교함으로써 설계식에 대한 적용성을 검토하였다. 그 결과, FHWA의 설계식으로 계산한 주면 마찰력과 선단 지지력의 비율과 재하 시험으로 평가한 비율이 매우 유사하며, 돌기 말뚝의 주면 마찰력 산정시, FHWA의 설계식을 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 다만, 향후 추가적인 재하시험 자료를 추가로 확보하여 적용성을 검증할 필요가 있을 것으로 판단된다.