인공신경망을 활용한 동착강도 예측

Abstract

동착강도는 동토지반 말뚝기초 설계시 지지력을 결정하는 주요 설계정수이다. 동착강도는 동결온도, 구속응력, 말뚝표면 특성, 토사종류 등 다양한 인자들에 의해 동시다발적인 영향을 받는 것으로 보고되고 있다. 하지만 동착강도에 대한 연구는 소수의 인자들만 반영할 수 있는 실험연구를 중심으로 수행되어온 경향이 있으며, 설계정수로서 동착강도를 산정하기 위한 방법들은 동결온도, 말뚝재료 등의 주요 인자들만을 고려할 수 있는 한계가 있어 왔다. 본 연구는 인공신경망 이론을 동착강도 산정에 활용함으로서 다양한 영향인자 조건에서 동착강도를 예측할 수 있는 방안을 모색하기 위한 목적으로 수행되었다. 인공신경망 학습을 위하여 총 5종류의 연구사례로부터 137개의 자료를 수집하였으며, 그 중 100개를 학습자료로, 37개를 실증자료로 구분하였다. 연구결과 단계적 인공신경망 학습을 통하여 동착강도 산정 시 다양한 영향인지를 다차원적으로 고려하여 예측하는 방법이 병행되어야 할 필요성을 확인하였으며, 5개 영향인자를 동시에 고려하여 동착강도를 예측할 수 있는 신뢰성 높은 학습결과를 도출 및 검증하였다. 또한, 매개변수 연구결과 동착강도는 동결온도와 말뚝재료의 변화에 가장 민감하게 반응하는 것으로 나타났고 수직응력에 의한 영향은 일부 온도구간에서만 뚜렷하게 나타나며 토사종류와 재하속도의 변화에 따라 동착강도가 증가하는 경향이 변화하는 특성을 나타내었다. Adfreeze bond strength is a primary design parameter, which determines bearing capacity of pile foundation in frozen ground. It is reported that adfreeze bond strength is influenced by various affecting factors like freezing temperature, confining pressure, characteristics of pile surface, soil type, etc. However, several limited researches have been performed to obtain adfreeze bond strength, for past studies considered only few affecting factors such as freezing temperature and type of pile structures. Therefore, there exists a limitation of estimating the design parameter of pile foundation with various factors in frozen ground. In this study, artificial neural network algorithm was involved to predict adfreeze bond strength with various affecting factors. From past five studies, 137 data for various experimental conditions were collected. It was divided by 100 training data and 37 testing data in random manner. Based on the analysis result, it was found that it is necessary to consider various affecting factors for the prediction of adfreeze bond strength and the prediction with artificial neural network algorithm provides enough reliability. In addition, the result of parametric study showed that temperature and pile type are primary affecting factors for adfreeze bond strength. And it was also shown that vertical stress influences only certain temperature zone, and various soil types and loading speeds might cause the change of evolution trend for adfreeze bond strength.