Application of the 3-D Integrated Analysis Method on Subsurface Stratification in Guri Site

Abstract

In geotechnical engineering, spatial uncertainty has always been one of the primary concerns. In order to minimize unforeseen risks, extensive geotechnical surveys are necessary prior to the construction of important structures. However, the number of surveys is often limited due to spatial, temporal, and financial issues. Therefore, geostatistical interpolation methods have been widely adopted in geotechnical engineering to overcome spatial variability of soil and deficiency of subsurface information. One of the most common applications of geostatistical approaches is estimating subsurface stratification conditions. Subsurface stratification is one of the most basic geotechnical information; however, its significance cannot be overlooked as it provides valuable insights to engineers. Thus, it is crucial to perform reliable spatial analysis to estimate the subsurface stratification condition accurately. In previous studies, integrated analysis has been developed to provide site-specifically optimized estimation of subsurface stratification. The primary focus of this study is to propose reliable geostatistical interpolation methods and site-specifically optimized subsurface stratification models. In this study, the integrated analysis methods were adopted along with the conventional borehole-based interpolation method to present a reliable subsurface stratification model of a subway line construction site that has recently experienced a ground subsidence incident during excavation. Unlike the conventional method, the integrated analysis utilizes an integrated set of borehole and geophysical survey data. In this study, kriging and simulation based integrated analysis methods were applied. The geotechnical survey data were digitized and standardized before the spatial analysis. The three geostatistical subsurface stratification estimation methods were adopted, and their estimation performances were evaluated through the leave-one-out cross-validation method. Moreover, the effect of outlining geotechnical survey data was also assessed. Finally, site-specifically optimized soil profile models were proposed for all three estimation methods.

공간적 불확실성은 지반공학에서 가장 중요한 문제 중 하나이다. 특히 중요한 구조물을 건설하는 경우 예상치 못한 위험요소를 최소화 하기 위하여 충분한 양의 지반조사가 수행되어지는 것이 필수적이다. 그러나, 대부분의 경우 경제적 및 시공간적인 한계로 인하여 수행 되어지는 지반조사의 수가 제한되게 된다. 따라서, 흙의 공간적 변동성과 지반에 대한 정보의 부족이란 한계를 극복하기 위해 지구통계학적 공간 보간기법들이 널리 사용되어져 왔다. 지반층상정보의 공간보간이 지구통계학적 기법의 가장 보편적인 적용 예이다. 지반층상정보는 가장 기본적인 지반공학적 정보로 공학자들에게 포괄적인 정보를 제공함에 있어 그 중요도는 간과될 수 없다. 그러므로, 신뢰도 높은 공간 공간분석을 통해 정확한 지반층상정보를 파악하는 것이 중요하다고 볼 수 있다. 선행연구에서는 현장 최적화된 지반층상정보 예측을 위해 통합분석법이 개발된 바 있다.

본 연구에서는 터널 굴착 중 지반함몰이 발생한 지하철 건설 현장 원지반에 대해 시추조사 정보 기반의 공간보간 기법과 두 종류의 통합분석법을 활용해 신뢰할 수 있는 현장 최적화된 지반층상정보 모델을 제시하고자 하였다. 기존의 방법과는 달리 통합분석법은 시추조사와 물리탐사로 얻어진 정보를 통합하여 활용한다는 특징이 있으며, 본 연구에서는 크리깅과 시뮬레이션에 기반한 통합분석법이 적용되었다. 분석에 앞서 지반조사 자료들은 디지타이징 (Digitizing) 후 표준화 하였다. 세 공간보간 기법들의 예측 신뢰도를 평가하기 위해 leave-one-out 방식의 교차검증 기법을 적용하였으며, 지반조사 자료들의 이상치 분석을 수행하여 예측 결과의 신뢰성에 끼치는 영향 또한 평가 하였다. 상기의 결과들을 바탕으로 각 기법별로 현장 최적화된 지반층상정보를 제시하였다.