탄성파 전체파형 역해석 기법을 이용한 철도 하부구조 특성 분석

김보영; 강준원; 최영태; 장승엽

doi:10.7782/JKSR.2020.23.4.347

주제분류

...

저널정보

한국철도학회
한국철도학회 논문집 학술저널
한국철도학회 논문집 제23권 제4호(통권 제130호)
2020.4 347 - 358 (12page)
DOI : 10.7782/JKSR.2020.23.4.347

저자정보

김보영 (Hongik University)
강준원 (Hongik University)
최영태 (Korea Railroad Research Institute)
장승엽 (Korea National University of Transportation)

이용수
내서재: 0

내서재에 추가
되었습니다. 내서재에서
삭제되었습니다.

초록·키워드

오류제보하기

이 연구에서는 자갈궤도 표면에서 측정된 수평 및 수직 방향 탄성파속도를 이용해 자갈궤도의 각 층을 구분하고 Lamé 상수를 추정할 수 있는 2차원 탄성파 전체파형 역해석(Full-Waveform Inversion; FWI) 기법을 제시한다. 이 FWI 문제는 탄성파 지배방정식을 구속조건으로 하고 탄성파의 계산응답과 측정응답의 차이를 최소화하는 최적화 문제로 정식화할 수 있다. Lamé 상수의 최적 해를 구하기 위하여 탄성파 방정식에 라그랑주 승수법을 적용하였으며, 라그랑지안의 일차 최적화 조건인 Karhsh-Kuhn-Tucker 조건을 사용하여 Lamé 상수의 공간 분포를 재구성하였다. 가상의 하중에 의한 합성응답 데이터를 이용해 이 연구의 탄성파 FWI 알고리즘을 검증하고, 고속철도 자갈궤도 도상에서 측정한 탄성파 가진이력과 도상 응답을 FWI 기법에 적용하였다. 그 결과 자갈도상과 강화노반의 경계면 위치와 전단탄성계수 분포를 추정하는데 FWI 기법이 효과적임을 확인하였다. FWI 해석으로부터 재구성한 자갈도상 층의 전단파속도를 Spectral Analysis of Surface Waves (SASW) 기법으로부터 구한 전단파속도와 비교한 결과, 값의 차이가 다소 있지만 위치 별 변화의 경향이 유사함을 알 수 있었다.

Using field measurements of railroad responses to probing waves originating from ballast surface, this study presents a two-dimensional elastic wave full-waveform inversion (FWI) method for characterization of high-speed railway subgrade. Full-waveform inversion is implemented based on a PDE-constrained optimization approach, which seeks optimal values of elastic moduli for the domain of investigation while minimizing a Lagrangian functional. The Lagrangian consists of a least-squares objective functional and regularization terms, augmented by weak imposition of governing wave equations via Lagrange multipliers. The load data and measured surficial responses for high-speed railway subgrade are used in the FWI framework. Numerical results show that the elastic moduli of the high-speed railway subgrade can be reconstructed fairly well. Shear wave velocities of the ballast layer reconstructed by FWI method are comparable to results obtained by spectral analysis of surface waves (SASW) method.

#Elastic waves #Full-waveform inversion (FWI) method #Lagrangian #Shear modulus #Railway subgrade #탄성파 #전체파형 역해석 #라그랑지안 #전단탄성계수 #자갈도상