An Analysis on the Lateral Displacement of Earth Retaining Structures Using Fractal Theory

Nowadays, the importance of the information management of construction sites to achieve the goal of safety construction. This management uses the collaborated analysis of in-situ monitoring data and numerical analysis, especially of an earth retaining structures of excavation sites. In this paper, the fractal theory was applied to actually monitored data from various excavation sites to develop the alternative interpolation technique which could predict the displacement behavior of unknown location around the monitoring locations and the future behavior of the monitoring locations with the steps of excavation. Data, mainly from inclinometer, were collected from various sites where retaining structures were collapsed during construction period, as well as from normal sites with the characteristics of geology, excavation method etc. In the analyses, Hurst exponent (H) was estimated with monitored periods using the Rescaled range analysis (R/S analysis) method applying the H in simulation processes. As the results of the analyses, Hurst exponents were ranged from 0.7 to 0.9 and showed the positive correlation of H > 1/2. The simulation processes, then, with the Hurst exponent estimated by Rescaled range analysis method showed reliable results. In addition, it was also expected that the variation of Hurst exponents with the monitoring period could instruct the abnormal behavior of an earth retaining structures to directors or operators. Therefore it was concluded that fractal theory could be applied for predicting the lateral displacement of unknown location and the future behavior of an earth retaining structures to manage the safety of construction sites during excavation period.

플랙탈 이론을 이용한 흙막이 벽체 수평변위 분석

최근 국내에서는 굴착현장의 안전성에 대한 중요성 때문에 현장계측과 수치해석을 활용한 시공 관리방안에 대한 관심이 점점 더 높아지고 있다. 따라서 본 연구는 이를 위한 대안으로서 국내 다양한 굴착현장의 계측(경사계)자료들을 활용하여 미지점에 대한 변위값 추정과 기지점에서 향후 발생될 것으로 예상되는 변위값 예측을 위해 플랙탈(Fractal) 이론의 적용성을 검토하였다. 계측자료는 일반현장과 붕괴사고가 발생된 현장의 자료를 분석하였는데, 분석 시에는 계측 주기에 따른 수평변위의 변화 양상에 대해서 Hurst 지수를 산정하여 예측값을 모사하는데 사용하였으며, 그 결과를 실측값과 비교 검토하였다. 그 결과, 일반현장의 계측결과의 Hurst, H=0.7~0.8의 범위로 나타났다. 이는 H > 1/2로서 양의 상관성을 나타내 자기 유사성(self-similarity)을 확인할 수 있었으며, Hurst 지수로 모의된 예측값들은 계측값들과 매우 높은 상관성을 나타내었다. 또한 붕과가 발생된 현장의 계측자료들에 대한 분석결과에서는 붕괴발생 수주일 전부터 Hurst 지수의 이상 변화가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 향후 추가적인 자료축적을 통하여 굴착현장 흙막이 벽체의 안전관리에 플랙탈 이론을 활용성을 확인할 수 있었다.