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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

안준상 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수
송기일
발행연도
2017
저작권
인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2017

운영 중 터널 안정성 분석을 위한 차분진화 역해석 알고리즘 개발
안준상 토목공학과 2017.01 학위논문

2016

운영 중 터널 역해석을 위한 차분진화 알고리즘 최적화
안준상 ,  김병찬 ,  문현구 외 2명 한국터널지하공간학회 논문집 2016.01 학술저널

초록· 키워드

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역해석을 통한 운영 중 터널의 안정성 평가를 논하기는 쉽지 않다. 특히, 세그먼트로 복공된 쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine) 터널의 경우, 계측을 통해서 측정되는 변위의 크기는 미소한 수준으로 평가할 수 있다. 이러한 터널의 운영 중 발생하는 미소 변위를 통해서 변위 계측값 기반의 역해석 알고리즘으로 터널의 안정성을 평가하는 것은 난해한 실정이다.
본 연구에서는 운영 중 터널에 대한 안정성 평가를 위해서 차분진화 알고리즘을 이용해서 역해석을 수행하였다. 터널 운영 중 상황에 대한 역해석의 적용성을 확보하기 위해서 알고리즘을 개선하였다. 운영 중 터널 안정성 평가 시 변위 값 이외에도 응력, 수압 및 강성(열화) 등 다양한 정보를 역해석 알고리즘에 반영하였다. 또한, 운영 중 터널에서 발생할 수 있는 안정성 위해요인이 많기 때문에 측정 가능한 모든 계측값을 역해석에 도입하기 위해서는 최대한 많은 목적 변수에 대해서 제어할 수 있는 다변수 모델이 필요하므로, 최대 5개의 목적 변수까지 역해석이 가능하도록 개선하였다. 상용 프로그램을 해석 솔버로 사용한 경우, 한 개의 해석 케이스 당 5시간 정도 소요되었다. 빔-스프링 모델 기반의 해석 솔버를 개발하여 IDEA와 결합하였고 이를 통해서 해석시간을 단축하였다.
본 연구를 통해서 확인한 결론은 다음과 같다. 첫째, 추가적인 계측 정보를 활용하면 터널 역해석에 대한 오차율이 감소하였고, 이를 통해서 터널 안정성 평가에 대한 적용성을 확인하였다. 둘째, 5개의 목적 변수를 역해석할 수 있도록 알고리즘을 개선하여 효과를 비교한 결과, 기존 방법들의 수렴 속도에 비해서 빠르게 목표값에 접근하는 것이 확인되어서 IDEA의 개선 효과를 확인할 수 있었다. 셋째, 구축된 BS-IDEA 시스템에 의한 수치해석 결과로부터 해석시간 평균 5분 이내 및 평균 5% 미만의 우수한 오차율을 보임을 확인하였다. BS-IDEA를 이용하면, 실시간 대응 가능한 운영 중 터널의 안정성 평가 가능성을 확인하였다.
#차분진화 알고리즘 #역해석 #운영 중 터널 #빔-스프링 모델

목차

국 문 요 약 i
Abstract ii
제 1 장. 서 론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 문제 제기 3
1.3 연구의 목적 5
1.4 연구의 범위 및 방법 6
1.5 논문의 구성 7
제 2 장. 차분진화 알고리즘의 개선 9
2.1 역해석(Back analysis) 9
2.1.1 역해석의 일반사항 9
2.1.2 지반공학 분야의 역해석 문헌 연구 12
2.2 최적화(Optimization) 14
2.2.1 최적화 기법 14
2.2.2 지반공학 분야의 최적화 문헌 연구 31
2.2.3 최적화 기법 성능 비교 32
2.3 개선된 차분진화 알고리즘(IDEA) 구축 50
2.3.1 차분진화 알고리즘 50
2.3.2 차분진화 알고리즘의 개선 59
2.4 결론 66
제 3 장. IDEA를 이용한 터널 역해석 67
3.1 IDEA를 이용한 다변수 터널 역해석 (변위 기반, 시공 중) 68
3.1.1 경계조건, 메쉬 및 물성치 69
3.1.2 해석조건 72
3.1.3 해석결과 72
3.2 IDEA를 이용한 다변수 터널 역해석 (변위-응력 기반, 운영 중) 73
3.2.1 경계조건, 메쉬, 물성치 및 해석조건 73
3.2.2 해석결과 76
3.3 IDEA를 이용한 다변수 터널 역해석 (변위-응력-강성열화 기반, 운영 중) 78
3.3.1 터널 구조물 열화에 따른 하중 전이 78
3.3.2 터널 주변 지반 및 콘크리트 라이닝의 열화 79
3.3.3 경계조건, 메쉬, 물성치 및 해석조건 83
3.3.4 해석결과 87
3.4 결론 89
제 4 장. 빔-스프링(beam-spring) 모델 개발 91
4.1 빔-스프링 모델 91
4.1.1 빔-스프링 모델 문헌 연구 91
4.1.2 빔-스프링 모델 일반 사항 94
4.2 빔-스프링 모델 구축 98
4.2.1 종단방향 모델 98
4.2.2 횡단방향 모델 102
4.3 빔-스프링 모델 검증 106
제 5 장. BS-IDEA 시스템을 이용한 터널 역해석 110
5.1 BS-IDEA 시스템 개요 110
5.2 종단방향 프로그램을 이용한 터널 역해석 111
5.2.1 종단방향 프로그램 개요 111
5.2.2 종단방향 모델 수치해석 113
5.3 횡단방향 프로그램을 이용한 터널 역해석 121
5.3.1 횡단방향 프로그램 개요 121
5.3.2 횡단방향 모델 수치해석 124
5.3.3 횡단방향 모델 안정성평가 기법 제시 134
5.4 결론 137
제 6 장. 종합 결론 139
6.1 연구 결과 139
6.2 연구의 기대효과 143
6.3 연구의 한계점 및 향후 연구에 대한 제언 143
참 고 문 헌 146

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