유사정적 수치한계해석 결과와 다항-상호작용 모델을 이용한 단순 흙사면의 항복지진계수 추정식 제안

Equation for Predicting Yield Seismic Coefficient of Simple Soil Slopes Using Polynomial-Interaction Regression Model Based on Pseudo-Static Numerical Limit Analysis

흙사면의 성능기반 내진설계는 사면의 영구변위를 성능기준으로 설정하여 수행하는 것이 일반적이다. 사면의 영구변위 산정에 필수적인 입력값인 항복가속도는 사면안정해석을 반복수행하거나 항복지진계수 산정도표를 이용하여 산정하는데 이러한 접근법은 예비설계 단계 혹은 신속성이 요구되는 상황에는 부적합하다. 따라서 기본적인 사면조건으로부터 항복지진계수를 직접적으로 산정할 수 있는 간편식이 필요하며 본 연구에서는 이러한 양해적 항복지진계수 추정식을 제안하였다. 이를 위해 다양한 사면조건에 대한 역학적으로 엄밀한 간편 해석기법인 유사정적 수치한계해석 결과인 항복지진계수의 하한값과 상한값의 평균값에 대해 다항-상호회귀분석(polynomial-interaction regression analysis)을 수행하여 양해적 항복지진계수 추정식을 제안하였다. 또한 제안식에 의해 산정된 항복지진계수 값을 유사정적 수치 한계해석, 기존 양해적 추정식, 그리고 기존 사면 모형시험결과와 비교하여 타당성을 검증하였다. 검증 결과, 제안식에 의한 항복지진계수는 역학적으로 엄밀하고 기존 추정식의 결과보다 덜 편향되었으며 모형시험의 계측결과와 부합함을 보여주었다. 따라서 본 연구의 제안식은 사면의 기본자료를 이용하여 역학적으로 엄밀한 항복지진계수를 양해적으로 산정할 수 있어 예비설계 단계에서 유용할 것으로 판단된다.

Performance-based seismic design of a soil slope is generally determined by setting the permanent displacement of the slope as a performance criterion. Estimation of permanent displacement requires estimating the yield acceleration, which is generally obtained by either repeating the slope stability analysis or applying the yield seismic coefficient from the chart solution. However, such approaches are not appropriate for the preliminary design stage or when promptness is critical. Therefore, there is a need for a simple equation that would estimate the yield seismic coefficient directly from slope conditions. This study proposes an explicit prediction equation based on polynomial-interaction regression analysis of the mean values of the lower and upper bound yield seismic coefficients determined through mechanically rigorous pseudo-static numerical limit analysis of various slope conditions. In addition, the validity of the proposed equation was examined by comparing this solution with the results of numerical limit analysis, existing prediction equations, and existing model tests. The yield seismic coefficient in this study was thus demonstrated to be mechanically rigorous, less biased than the existing equation, and consistent with model test measurements. Therefore, the proposed equation is useful, particularly in preliminary design, owing to its ability to explicitly estimate the mechanically rigorous yield seismic coefficient from the basic information of a slope.