인공 지반 동결 기법을 이용한 지하철 터널 건설 시 동결된 연약지반의 크리프 모델에 대한 퍼지 무작위 평가

Aug 12, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9468(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

인공동토의 크리프 특성을 파악하고 크리프 모델을 과학적으로 평가하는 것은 지하철 터널 동결공사의 안전성을 보장하는 중요한 요소입니다. Nantong 지하철 터널 건설을 기반으로 온도가 일축 압축강도에 미치는 영향 법칙을 얻기 위해 인위적으로 동결된 연약한 토양에 대한 일축 압축강도 시험을 수행하고, - 5, - 10 및 - 15 °C에서 크리프의 온도 및 응력 등급. 실험 결과는 얼어붙은 연약한 토양 표본의 크리프 특성이 명백한 퍼지 무작위성을 가지고 있음을 보여줍니다. 전통적인 개미 군체 알고리즘은 페로몬 퍼지화 계수를 최적화하여 개선되었으며, 이는 검색 효율성을 향상시키고 로컬 최적을 효과적으로 방지합니다. 그 후, 개선된 퍼지 개미 군집 알고리즘을 사용하여 일반적으로 사용되는 영구 동토층 크리프 모델의 유연성 매개변수를 반전시킵니다. 동결된 연약지반의 세 가지 다른 응력 수준에서 최적의 크리프 모델을 평가하기 위해 평가 지수의 퍼지 가중치와 퍼지 무작위 평가 매트릭스를 결정했습니다. 마지막으로 엔지니어링 측정 데이터를 통해 퍼지 랜덤 평가 방법의 신뢰성을 검증하였다.

최근 몇 년 동안 중국의 도시화 속도는 지속적으로 증가해 왔다. 도시로의 인구 이동으로 인해 도시 인구가 급격히 증가하여 교통 압박이 높아졌습니다. 따라서 도시철도를 개발하는 것은 도시여행을 향상시키는 효과적인 수단이 되어 왔다. 지난 20년 동안 중국의 도시 철도 운송은 세계에서 가장 긴 도시 철도 운송 중 하나가 되었습니다. 철도 건설은 국가 교통 개발의 최우선 과제가 되었으며, 특히 경제 발전이 빠른 해안 개방 도시에서는 더욱 그렇습니다. 그러나 연안 지역의 토양 재료는 연약하고 연안 해양 지질 조건의 영향으로 시간에 따라 변하는 특성을 가지고 있습니다1,2. 지하철 굴착에서는 일반적으로 지하수를 효과적으로 격리하고 임시 지지대 역할을 하기 위해 건설 시 인공 동결 공법을 사용하여 터널 주변의 흙을 보강합니다3.

인공 동결에 의해 동결된 토양은 얼지 않은 물, 얼음, 광물 입자, 시멘트 얼음 등으로 구성된 매우 복잡한 다공성 건축 자재입니다. 이러한 이방성 구성 요소는 서로 상호 작용합니다. 고르지 못한 온도와 수분 이동의 영향으로 지하 공학에서 얼어붙은 토양의 크리프는 명백한 무작위성과 모호함을 보여줍니다. 따라서 동결공법에 의한 지하철 터널 공사의 안전성을 위해서는 건축 고유의 자재인 인공동토의 크리프 특성을 이해할 필요가 있다4,5. 또한, 연약해안지반의 지질학적 특성에 따라 크리프 과정을 표현하기 위한 다양한 크리프 모델을 과학적으로 구별하고 평가하는 것은 동결터널벽의 안정성 해석에 있어서 중요한 의미를 지닌다. 또한 이는 상당한 연구 관심을 얻은 동결 토양 역학의 주제입니다6,7.

전 세계 연구자들은 동결된 토양의 크리프 모델에 대한 연구를 수행해 왔습니다. 현장 조사 및 미세구조 분석을 통해 Cong et al.8은 동결-융해(F-T) 주기 후 팽창성 토양 경사면의 크리프 파괴 메커니즘을 사전에 논의하고 각 단계의 크리프 양을 예측하는 데 사용되는 팽창성 토양의 크리프 모델을 확립했습니다. He et al.9는 암염 샘플에 대해 장기간 등급별 하중 크리프 테스트를 수행했습니다. 개선된 등시성 응력-변형률 방법과 정상 상태 크리프 속도 방법을 사용하여 암염의 장기 강도를 결정하고 암염의 크리프 거동을 정확하게 설명했습니다. Zhou et al.10은 다양한 배율로 깊은 연암에 대해 주사 전자 현미경과 단계적 하중 크리프 테스트를 수행하고 3요소 비선형 크리프 모델을 확립했습니다. 테스트 결과 크리프 모델이 크리프 테스트 데이터와 일치하는 것으로 나타났습니다. Zhu et al.11은 제하 크리프 시험을 수행하고, 다양한 구속 압력 하에서 시간에 따른 변형률 전개를 분석했으며, 연약한 점토의 제하 크리프를 설명하기 위해 응력 관련 Merchant 모델을 확립했습니다. Guo et al.12는 두 종류의 석탄 맥석의 압축 시험을 기반으로 로그 함수를 사용하여 Singh-Mitchell 크리프 모델을 수정했습니다. 분석은 이 모델이 석탄 맥석의 크리프 특성을 설명할 수 있음을 보여줍니다. Liu et al.13은 비선형 크리프 매개변수와 암석 모델을 얻기 위해 전통적인 Xiyuan 모델의 점성 요소 대신 분수 미분 요소를 사용했습니다. 실험에 따르면 새 모델은 암석의 비선형 가속 크리프 특성을 포괄적으로 설명할 수 있습니다. Yao et al.14는 압축 및 3축 전단 시험을 통해 크리프 모델 매개변수를 반전시켜 1차 단계에서 3차 단계까지의 크리프 과정을 설명했습니다.