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Development of an Ensemble Prediction Model for Lateral Deformation of Retaining Wall Under Construction
시공 중 흙막이 벽체 수평변위 예측을 위한 앙상블 모델 개발
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Seunghwan Seo, Moonkyung Chung
서승환, 정문경
- The advancement in large-scale underground excavation in urban areas necessitates monitoring and predicting technologies that can pre-emptively mitigate risk factors at construction …
도심지 지하굴착 공사가 대형화되면서 공사 중 안전사고에 대한 위험요인이 더욱 증가하고 있다. 이에 따라 공사현장의 위험요소를 모니터링하고 사전에 예측할 수 있는 기술이 …
- The advancement in large-scale underground excavation in urban areas necessitates monitoring and predicting technologies that can pre-emptively mitigate risk factors at construction sites. Traditionally, two methods predict the deformation of retaining walls induced by excavation: empirical and numerical analysis. Recent progress in artificial intelligence technology has led to the development of a predictive model using machine learning techniques. This study developed a model for predicting the deformation of a retaining wall under construction using a boosting-based algorithm and an ensemble model with outstanding predictive power and efficiency. A database was established using the data from the design-construction-maintenance process of the underground retaining wall project in a manifold manner. Based on these data, a learning model was created, and the performance was evaluated. The boosting and ensemble models demonstrated that wall deformation could be accurately predicted. In addition, it was confirmed that prediction results with the characteristics of the actual construction process can be presented using data collected from ground measurements. The predictive model developed in this study is expected to be used to evaluate and monitor the stability of retaining walls under construction.
- COLLAPSE
도심지 지하굴착 공사가 대형화되면서 공사 중 안전사고에 대한 위험요인이 더욱 증가하고 있다. 이에 따라 공사현장의 위험요소를 모니터링하고 사전에 예측할 수 있는 기술이 필요하다. 굴착으로 인한 흙막이 벽체의 변형을 예측하는 방법에는 크게 경험식과 수치해석 두 가지 방법으로 분류할 수 있으며, 최근에는 인공지능 기술의 발달과 함께 머신러닝 기법을 활용한 예측 모델이 한 가지 방법으로 자리 잡고 있다. 본 연구에서는 예측력과 효율성이 우수한 부스팅 계열 알고리즘 및 앙상블 모델을 이용하여 시공 중 흙막이 벽체 변형을 예측하는 모델을 구축하였다. 지하흙막이 공사의 설계-시공-유지관리 과정에서 도출되는 자료들을 복합적으로 활용하여 데이터베이스를 구축하고, 이 자료를 토대로 학습모델을 만들고 성능을 평가하였다. 모델 성능 평가 결과, 높은 정확도로 흙막이 벽체 변형을 예측할 수 있었으며, 지반계측 자료를 학습에 활용함으로써 실제 시공과정의 특성이 반영된 예측결과를 제시할 수 있었다. 본 연구에서 구축한 예측 모델을 활용하여 시공 중 흙막이 벽체의 안정성 평가 및 모니터링에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
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Development of an Ensemble Prediction Model for Lateral Deformation of Retaining Wall Under Construction
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Experimental Study on the Residual Soil-Grout Interface-shearing Behavior
풍화토-그라우트 인터페이스 전단 거동 특성에 대한 실험적 연구
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Gyu-Beom Shin, Choong-Ki Chung, Inhyun Kim, Bum-Hee Jo
신규범, 정충기, 김인현, 조범희
- This research proposes a direct shear test method to evaluate the behavior of the soil-grout interface. The proposed test method was employed …
본 연구에는 지반-그라우트 인터페이스 거동을 평가하기 위한 직접전단시험 장비를 제작하였으며, 제작된 시험 장비를 통해 풍화토, 풍화토-그라우트 두 종류의 시료에 대해 직접전단시험을 수행하였다. …
- This research proposes a direct shear test method to evaluate the behavior of the soil-grout interface. The proposed test method was employed to conduct direct shear tests on two types of specimens: residual soil and residual soil-grout. The evaluation of the shear stress-slip curve indicated that the residual shear strength of residual soil-grout was similar to that of residual soil. It was further confirmed that residual soil determines the behavior of the critical state of the residual soil-grout interface. However, a remarkable increase in the maximum shear strength at the residual soil-grout interface was observed. The increase rate of the maximum shear strength was higher in loose soil due to the increased thickness of the interface layer where residual soil particles and grout particles are mixed.
- COLLAPSE
본 연구에는 지반-그라우트 인터페이스 거동을 평가하기 위한 직접전단시험 장비를 제작하였으며, 제작된 시험 장비를 통해 풍화토, 풍화토-그라우트 두 종류의 시료에 대해 직접전단시험을 수행하였다. 전단응력-슬립 곡선 평가 결과 풍화토-그라우트의 잔류 전단 강도는 단일 풍화토의 잔류 전단 강도와 유사한 값을 나타냈으며, 풍화토-그라우트 인터페이스의 한계 상태 거동은 풍화토에 의해 결정된다는 것을 확인했다. 그러나, 최대 전단 강도의 경우 풍화토-그라우트 인터페이스에서 매우 크게 증가하는 것으로 나타났다. 최대 전단 강도의 증가율은 느슨한 지반에서 더 크게 발생하는 것으로 나타났으며, 이는 풍화토 입자와 그라우트 입자가 섞여 있는 인터페이스 레이어의 두께가 증가했기 때문으로 보인다.
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Experimental Study on the Residual Soil-Grout Interface-shearing Behavior
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Evaluation of Bearing Capacity Enhancement Effect of Base Expansion Micropile Based on a Field Load Test
현장재하시험을 통한 선단확장형 마이크로파일의 지지력 증대효과 분석
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Seok-Jung Kim, Seokhyung Lee, Jin-Tae Han, Gyu-Cheol Hwang, Jeong-Seob Lee, Mintaek Yoo
김석중, 이석형, 한진태, 황규철, 이정섭, 유민택
- A base expansion micropile was developed to improve the bearing capacity of the micropile, which bears a simple device installed at the …
선단확장형 마이크로파일은 시공시 강봉 선단에 확장 구조체를 설치하여, 강봉이 지중에 설치될 때 자중 등 압축하중이 작용하여 선단확장구가 팽창, 천공홀 주변 지반을 압착함으로써 …
- A base expansion micropile was developed to improve the bearing capacity of the micropile, which bears a simple device installed at the pile base. Under an axial load, this base expansion structure radially expands at the pile tip and attaches itself around ground, compressing the boring wall in the construction stage. In this study, conventional and base expansion micropiles were constructed in the weathered rock where micropiles are commonly installed. Further, field load tests were conducted to verify the bearing capacity enhancement effect. From the load test results, it was revealed that the shaft resistance of base expansion micropiles was about 12% higher than that of conventional micropiles. The load transfer analysis results also showed that compared to conventional micropiles, the unit skin friction and unit end bearing of base expansion micropiles were 15.4% and 315.1% higher, respectively, in the bearing zone of the micropile.
- COLLAPSE
선단확장형 마이크로파일은 시공시 강봉 선단에 확장 구조체를 설치하여, 강봉이 지중에 설치될 때 자중 등 압축하중이 작용하여 선단확장구가 팽창, 천공홀 주변 지반을 압착함으로써 선단부에서의 추가적인 마찰력 및 선단 지지력을 확보함으로써 지지력 증대효과를 유발하는 공법이다. 본 연구에서는 마이크로파일이 일반적으로 시공되는 풍화암 근입지반에 마이크로파일을 시공하고 재하시험을 수행하여 선단확장형 마이크로파일의 지지력 증대효과를 분석하였다. 정재하 시험 결과, 선단확장형 마이크로파일의 지지성능은 일반마이크로파일의 주면지지력 대비 약 12% 크게 발현됨을 확인하였다. 추가로, 하중전이분석을 통해 단위 주면지지력과 선단지지력을 비교한 결과, 최대 단위주면지지력은 일반 마이크로파일 대비 약 15.4%, 선단지지력의 경우, 약 315.1% 크게 나타나, 선단 지압구의 효과에 따라 지지력 증대효과가 발생함을 확인하였다.
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Evaluation of Bearing Capacity Enhancement Effect of Base Expansion Micropile Based on a Field Load Test
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Settlement Prediction Accuracy Analysis of Weighted Nonlinear Regression Hyperbolic Method According to the Weighting Method
가중치 부여 방법에 따른 가중 비선형 회귀 쌍곡선법의 침하 예측 정확도 분석
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Tae-Young Kwak, Sang-Inn Woo, Seongho Hong, Ju-Hyung Lee, Sung-Ha Baek
곽태영, 우상인, 홍성호, 이주형, 백성하
- The settlement prediction during the design phase is primarily conducted using theoretical methods. However, measurement-based settlement prediction methods that predict future settlements …
설계 단계에서의 침하 예측은 주로 이론적 침하 예측 방법에 의해 수행되지만, 정확도의 문제로 인해 시공 단계에서는 주로 시간에 따른 침하량 계측 결과를 …
- The settlement prediction during the design phase is primarily conducted using theoretical methods. However, measurement-based settlement prediction methods that predict future settlements based on measured settlement data over time are primarily used during construction due to accuracy issues. Among these methods, the hyperbolic method is commonly used. However, the existing hyperbolic method has accuracy issues and statistical limitations. Therefore, a weighted nonlinear regression hyperbolic method has been proposed. In this study, two weighting methods were applied to the weighted nonlinear regression hyperbolic method to compare and analyze the accuracy of settlement prediction. Measured settlement plate data from two sites located in Busan New Port were used. The settlement of the remaining sections was predicted by setting the regression analysis section to 30%, 50%, and 70% of the total data. Thus, regardless of the weight assignment method, the settlement prediction based on the hyperbolic method demonstrated a remarkable increase in accuracy as the regression analysis section increased. The weighted nonlinear regression hyperbolic method predicted settlement more accurately than the existing linear regression hyperbolic method. In particular, despite a smaller regression analysis section, the weighted nonlinear regression hyperbolic method showed higher settlement prediction performance than the existing linear regression hyperbolic method. Thus, it was confirmed that the weighted nonlinear regression hyperbolic method could predict settlement much faster and more accurately.
- COLLAPSE
설계 단계에서의 침하 예측은 주로 이론적 침하 예측 방법에 의해 수행되지만, 정확도의 문제로 인해 시공 단계에서는 주로 시간에 따른 침하량 계측 결과를 토대로 장래 침하량을 예측하는 계측 기반 침하 예측 방법을 적용하고 있다. 계측 기반 침하 예측 방법 중에서도 쌍곡선법이 주로 쓰이고 있으나 기존의 쌍곡선법은 정확도가 떨어지며 통계적 측면에서 한계점이 명확하기 때문에, 가중 비선형 회귀 분석 기반의 쌍곡선법이 제안된 바 있다. 본 연구에서는 가중 비선형 회귀 쌍곡선법에 두 가지 가중치 부여 방식을 적용하여 침하 예측 정확도를 비교 분석하였다. 부산 신항에 위치한 두 현장에서 측정한 지표침하판 데이터를 활용했으며, 회귀분석 구간을 전체 데이터에 30, 50, 70%로 설정해 나머지 구간의 침하를 예측했다. 그 결과, 가중치 부여 방식과 무관하게 쌍곡선법 기반의 침하 예측 방법은 모두 회귀 분석 구간이 증가할수록 정확도가 높게 나타났으며, 가중 비선형 회귀 쌍곡선법을 통해 기존 선형 회귀 쌍곡선법보다 정확하게 침하를 예측할 수 있었다. 특히 더 작은 회귀분석 구간이 적용되었음에도 가중 비선형 회귀 쌍곡선법이 기존 선형 회귀 쌍곡선법에 비해 높은 침하 예측 성능을 보여, 가중 비선형 회귀 쌍곡선법을 통해 훨씬 빠르고 정확하게 침하량을 예측할 수 있음을 확인했다.
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Settlement Prediction Accuracy Analysis of Weighted Nonlinear Regression Hyperbolic Method According to the Weighting Method