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다변량 분석에 의한 암반의 변형계수 예측

Title
다변량 분석에 의한 암반의 변형계수 예측
Other Titles
Estimation of Deformation Modulus of Rock Masses by Using Statistical Multi-variate Analysis
Author
이용재
Alternative Author(s)
Lee, Yong-Jae
Advisor(s)
천병식
Issue Date
2007-02
Publisher
한양대학교
Degree
Doctor
Abstract
암반의 변형계수의 예측방법으로 RMR을 이용한 추정식이 많이 제안되어져 왔으나 대부분 외국 암반에서의 측정치나 사례 분석 및 역해석에 의해 제안된 경험식으로서 국내 암반의 암종 및 절리나 강도특성, 그리고 변형특성이 적절히 반영되지 못하고 있다. 또한, RMR 분류시의 개인오차 등 기준 자체의 문제점과 RMR 값에 암반의 구속응력 상태나 풍화도 등과 같이 변형계수에 영향을 미치는 요소 등이 합리적으로 반영되지 않는 등의 문제점으로 인해 신뢰성 있는 암반의 변형계수를 추정하기에는 한계가 있을 수 있다. 따라서 변형계수에 영향을 미치는 암반의 주요 물성이나 다른 변수들을 합리적으로 고려한 새로운 변형계수의 제안이 요구된다. 본 연구에서는 변형계수 측정 결과를 바탕으로 RMR을 이용한 변형계수 추정 방법의 근본적인 문제점을 분석하여 국내 암반에서의 적용성을 평가하고, 암반의 변형계수에 영향을 미치는 여러 변수들과 변형계수와의 단순 회귀에 의한 상관성 분석을 실시하였다. 특히, 여러 변수들 간의 복합적이고 종속적인 영향관계를 합리적으로 고려할 수 있는 개선된 다변량분석을 적용하여 변형계수 예측식을 새롭게 제안하였다. RMR을 이용한 기존의 변형계수 예측방법들의 적용성을 비교 분석하여본 결과 대부분의 제안식이 변형계수를 과대 예측하고 있었으며, 암종 별로도 적용성의 차이가 크고, 특히 퇴적암의 경우 제안식값과 측정값의 상관성이 크게 떨어지고 있다. 암반 특성치로서 일축압축강도, RQD, 절리 상태, 절리 간격, 지하수 상태를 기본으로 하고 여기에 측정 심도를 포함하여 주요 변수로 결정한 후 암반의 변형계수에 미치는 영향에 대한 개개의 상관성 분석을 수행한 결과, RQD, 일축압축강도의 경우 암반 변형계수와의 상관성이 상대적으로 좋은 것으로 나타났으나 절리 간격 및 절리 상태의 경우 암반 변형계수와의 상관성이 비교적 떨어지며, 특히 지하수 상태의 경우 암반 변형계수와의 상관성을 찾을 수 없었다. 한편 측정 심도의 경우는 상관성은 있으나 깊이에 따라 많은 차이를 보이고 있다. 심도가 얕은 경우는 증가세가 뚜렷하나 일정 심도 이상이 되면 거의 변화를 나타내지 않는다. 주요 변수들은 독립 변수가 아니고 변수 간에 서로 영향을 주고 있어 보다 정확한 상관성 분석을 위해서는 변수들 간의 영향관계 등을 고려할 수 있는 다변량 분석 기법 등의 새로운 접근 방법이 필요하였다. 기존의 다변량 분석기법의 문제점을 개선하고 보다 높은 예측 제안식의 신뢰성을 확보하기 위해 총 10단계의 분석기법을 적용하여 변형계수 예측식을 제안하였다. 다변량 분석에 의해 도출된 제안식의 신뢰성 검정을 위해 회귀진단을 실시하였으며, 회귀진단을 위한 검증함수로 분산팽창인자를 적용하여 회귀품질을 검증하였으며 다변량분석 방법을 이용한 추정모형식의 적합도를 위한 인자로 분산비율과 상태지수를 적용하여 적합도를 검증하였다. 이 결과 신뢰성이 매우 높은 것으로 검증되었다. 또한 RMR과 변형계수의 상관관계를 측정치의 회귀분석식, 측정값에 의한 식, 장보안식 등과 비교하여본 결과 회귀선의 증가 경향이 매우 비슷하게 나타나 신뢰성이 매우 높음이 검증되었으며 기존의 외국 제안식과 비교 결과 다소 차이를 보이고 있으나 이는 시험방법의 차이로 인한 것으로 보인다. 본 연구를 통한 변형계수 예측방법의 평가 결과나 예측 제안식의 경우 시험데이터 수의 한계성으로 인해 국내 암반에 대한 대표적인 결과로서 다소 미흡한 것으로 분석되었으며 향후 변형계수 및 암반 특성에 관한 자료 확보 및 분석이 추가적으로 이루어져야 하며, 변형계수 예측방법의 신뢰성 확보를 위한 지속적인 개선이 필요할 것으로 판단된다.; Various estimation methods of rock mass deformation modulus have been proposed. Most of them are however, based upon measurement and back-calculation of foreign rock masses. In consequence the previous proposition from such condition cannot properly include the features of rock types, joint and strength characteristics and deformation features of rock masses. In addition, personal errors and inherent limitations of RMR classification such as exclusion of confining stress condition, and degree of weathering of rock mass hinder the reliable estimation of deformation modulus of rock mass from RMR values. Accordingly, a new estimation method of deformation modulus considering physical characteristics of rock mass is required. In this study fundamental problems on the estimations of deformation modulus based on RMR values and applicability of the previous methods on the domestic environment are investigated. Furthermore, correlation analyses between the deformation modulus and several parameters affecting on the modulus are conducted. Especially, a new estimation method of deformation modulusis is proposed from multi-variate analysis considering complex and subordinative relations between the parameters influencing on the deformation modulus. By using the collected data set in this study, the applicability of previous estimation methods of deformation modulus has been evaluated. The result shows that most of the methods overestimate. A large deviation between measurement and estimate are found from various rock types. Especially, some deviation between estimate and measurement is observed from sedimentary rock type. Individual correlation analyses of uniaxial compressive strength (UCS), RQD, joint condition, joint spacing and groundwater condition as well as depth of measurement on the deformation modulus are carried out. The analyses show that RQD and UCS show a good correlation with deformation modulus. Joint spacing and joint condition, however, show a poor correlation with deformation modulus. Moreover, no apparent correlation between groundwater condition and deformation modulus is found. The depth of measurement show a variable correlation depending on the measuring depth; a good correlation can be found from the shallow depth, however, no correlation is found over a certain depth. Since the RMR parameters are affecting with each others. the impact between the parameters is investigate by using multi-variate analysis. In this study, a new estimation method of deformation modulus is proposed based upon ten different steps for multi-variate analysis. Regression analysis is conducted to evaluate the reliability of the proposition from multi-variate analysis. As for a verification function of regression analysis variance influence factor is applied. In addition, a test of goodness-of-fit of estimation is conducted by using variance ratio and state index. The results show a high reliability of the correlation. In addition, a comparison between the measurement, correlation from the estimation and Jang's correlation shows increased degree of correlation with high reliability. A new method proposed in this study for the deformation modulus has limitation to cover the various types of rock mass in domestic due to the limited number of data set used. Extended number of data sets regarding deformation modulus and rock mass characteristics need to be collected and analyzed to secure the reliability of the proposition.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/149515http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000405818
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING(토목공학과) > Theses (Ph.D.)
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