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문제 정의
- 이 중 유한요소법은 제한적이지만 2, 3 차원모델링을 통한 파 전파해석이 가능하고, 다양한 지반 모델이 가능하다. 그래서 본 절에서는 레일레이파의 수직, 수평 성분과 러브파의 분산 특성을 분석하기 위해서 유한요소해석법을 도입하였다. 3.
- 본 논문에서는 이러한 문제점을 보완하기 위하여 기존의 SASW 기법에 러브파를 도입하고자 하였고, 이를 위한 기초연구로서 러브파와 레일레이파 수평성분의 분산특성을 연구하였다. 또한, 일반적으로 충분한 에너 지를 가지는 러브파의 발생이 어려운 문제점을 해결하기 위하여, 레일레이파의 발생을 위하여 사용하는 수직 가진 원의 활용 가능성을 연구하였다.
- 그러나 지층구조가 복잡하고 층간 강성 차가 큰 경우, 포 장 구조체 등에서는 그 해상도가 낮아 역산해석이 난해한 경우가 있는데, 이는 표면파 고차 모드의 영향과 체적 파의 간섭으로 인한 근접 장 효과 때문으로 알려져 있다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 보완하기 위하여 기존의 SASW 기법에 러브파를 도입하고자 하였고, 이를 위한 기초연구로서 러브파와 레일레이파 수평성분의 분산특성을 연구하였다. 또한, 일반적으로 충분한 에너 지를 가지는 러브파의 발생이 어려운 문제점을 해결하기 위하여, 레일레이파의 발생을 위하여 사용하는 수직 가진 원의 활용 가능성을 연구하였다.
- 본 절에서는 수평 방향 표면파의 분산 특성에 관한 유한요소해석의 결과를 실제 현장 실험을 통하여 확인 하 고자 하였다. 중앙대학교에 층 다짐으로 조성되어 있는 표면파 시험부지와, 깊이에 따라 강성이 증가하는 일반 자연지반 두 현장에서 수직가진과 수평가진을 이용하는 SASW 실험을 수행하였다.
- 본 해석에서는 레일레이파 수직성분의 분산특성과 레일레이파의 수평성분의 분산특성 검토에 주안점을 두었다. 이는 실제적으로 현장에서 수평 방향의 가진 이 용이하지 않기 때문에, 수직 방향의 가진으로 수평 방향 의 가진과 유사한 표면파의 수평 진동 특성을 측정할 수 있을지를 확인하고자 함이었다.
- 본 해석에서는 레일레이파 수직성분의 분산특성과 레일레이파의 수평성분의 분산특성 검토에 주안점을 두었다. 이는 실제적으로 현장에서 수평 방향의 가진 이 용이하지 않기 때문에, 수직 방향의 가진으로 수평 방향 의 가진과 유사한 표면파의 수평 진동 특성을 측정할 수 있을지를 확인하고자 함이었다.
- 전 절에서 수행한 2차원 유한요소해석에서는 표면파의 수직 방향(vertical) 성분과 방사 방향(radial) 성분의 분 산 특성을 살펴보았고, 본 절에서는 3차원 유한요소해석을 통하여 표면파의 횡단방향(transverse) 성분의 분산 특성을 살펴보고자 한다. 3차원 유한요소해석에서 사용한 모델은 그림 12의 균질한 반 무한 지반인 Case 4와 2층 구조로 되어 있는 Case 5이다.
제안 방법
- 그래서 본 절에서는 레일레이파의 수직, 수평 성분과 러브파의 분산 특성을 분석하기 위해서 유한요소해석법을 도입하였다. 3.1 절에서는 2차원 유한요소해석을 통하여 축 대칭 조건에서 레일레이파의 방사 방향(radial) 성분과 수직 방향(vertical) 성분의 분산 특성에 대하여 해석하였고, 3.2절에서는 2차원 해석 결과를 바탕으로 러브파 성분인 횡단방향(transverse) 성분이 추가된 3차원 유한요 소 해석을 수행하였다. 유한요소해석에 사용한 좌표계는 그림 6에 도시한 바와 같다.
- Case 4는 Case 1의 경우와 거의 동일하고 단지 전단 파 속도만 반으로 감소된 경우로서, 균질한 반 무한 지반에서 수평 표면파의 전단 특성을 살펴보고자 하였다. Case 4에 대해서 수행한 유한요소해석은 모두 두 가지 경우이며, 수직 방향 가진에 대한 수직 방향의 분산 특성 과 횡단방향 가진에 대한 횡단방향 분산 특성을 비교하기 위한 해석을 수행하였다. Case 4에 대한 유한요소해석 결과는 그림 13에 도시한 바와 같다.
- Case 5는 단단한 층 위에 연약한 지층이 존재하는 2층 구조 지반으로서, 깊이에 따라 증가하는 지반을 모사한 것이다. Case 5의 지반에 대해서 유한요소해석을 수행하였고 이로부터 수직 방향 가진에 대한 수직 방향 진동 성 분, 방사 방향 진동성분, 횡단방향 가진에 대한 횡단방향 진동성분을 구하였다. 수직 방향 가진에 대한 수직 방향 진 동성분은 레일레이파의 수직 성분을, 횡단방향 가진에 대한 횡단방향 진동성분은 러브파의 성분을 계산하고자 하였다.
- 또한, 일반 지반에서 수행하는 SASW 현장 실험을 통하여 유한요소해석에서 획득한 결과를 확인하였다. SASW 현장시험으로는 중앙대학교의 표면파 시험부지와 경기도 일반 지반를 활용하였고, 수직 가진, 수평가진에 대한 수직 방향(vertical) 진동과 방사 방향(radial) 진동, 횡단방향(transverse) 진동을 측정하여 수직 가진, 수평 거리별, 가진 방향별, 감진방향별 표면파의 분산 특성을 검토하였다.
- SASW기법을 이용하여 지반 강성 평가 시 신뢰도와 해상도를 높히기 위하여 유한요소해석과 현장시험을 통하여 수평 표면파의 분산 특성을 연구하였다. 유한요소 해 석에서 는 균질한 반무한체 지반 모델과 이층구조 지반 모델에 대한 레일레이파와 러브파의 분산 특성을 검토하였고 현장 시험에서는 실제 지반에서의 가진 및 감진 방향별 분산 특성을 검토하였다.
- 표면파의 측정을 위해서 두 개의 수직 방향 감진기와 두 개의 횡단방향 감진기를 발진 위치에서 16m, 32m 떨어진 위치에 설치하였다. 가진 원으로는 무한궤도 가 장착되어 있는 불도저를 전후로 움직이면서 지속적인 하중을 가하는 것으로 하였고, 수직 성분과 횡단 성분을 동시에 측정하였다. 가진 방향과 감진방향을 고려하여 볼 때, 수직성 분파는 레일 레이 파에에 상응하는 것이고, 횡단 성 분파는 러브파에 상응하는 것이라고 할 수 있다
- 표면파 수평 성분의 위상속도에 대한 기본적인 특성을 파악하기 위하여 균질한 반 무한 지반(그림 7의 Case 1)에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 감진기의 위치 는 가진원에서 2m, 4m 떨어진 곳에 설치하였고, 시간에 따른 변위를 계산하였다. 계산된 변위 시계열 곡선에 대해 WinSASW 2(Joh, 2003)을 이용하여 위상속도를 구 한 결과는 그림 8에 도시된 바와 같다.
- 2차원 유한요소해석에서는 3차원 효과를 모사할 수 있는 축 대칭 모델을 사용하였고, 해석 단면 크기로는 30mx20m의 영역을 설정하였다. 내부 측정지점에서는 5cmx5cm의 정방형의 4절 점 축 대칭요소를 사용하였고, 그 이외의 부분에서는 요소 수를 줄이기 위하여 바이어스(Bias) 요소를 적용하였다. 본 해석에 사용한 요소크 기인 5cm는 해석에서 계산하는 최소파장의 0.
- 또한, 그림 11에서와 같이 감진기 1, 2의 변위 신호로부터터 결정된 순간 응답 (impulse response)에 대하여 거보 스펙트럼 (Gabor spectrum)을 구하여 보았다. 거보스펙 트럼은 신호의 시간-주파수 영역에서 에너지 분포를 보여주기 때문에, 파동의 전파 특성을 평가하는데 매우 유용한 도구로 사용된다.
- 5m인 지반(Case 3)의 세 가지 경우이다. 밀도와 포아슨비 감쇠비는 모든 해석지반에서 동일하고 해석조건별 지반의 강성 및 상부층의 두께만 변화시켰다.
- 입력 하중은 수직 방향 및 방사 방향으로 가진 되었으며 측정데이터는 수직 방향에 대하여 수직, 방사 성분, 방사 방향에 대하여 방사 성분을 측정하여 각각 비교, 분석하였다. 사용된 입력 하중으로는 half-sine 형태의 충격하중을 사용하였다.
- Case 5의 지반에 대해서 유한요소해석을 수행하였고 이로부터 수직 방향 가진에 대한 수직 방향 진동 성 분, 방사 방향 진동성분, 횡단방향 가진에 대한 횡단방향 진동성분을 구하였다. 수직 방향 가진에 대한 수직 방향 진 동성분은 레일레이파의 수직 성분을, 횡단방향 가진에 대한 횡단방향 진동성분은 러브파의 성분을 계산하고자 하였다. 한편, 레일레이파의 수평 성분이 어떻게 나타나는지도 확인하기 위하여 수직 방향 가진에 대한 방사 방향 진동 성분을 계산해 보았다.
- 수평 표면파의 분산 특성 연구를 위하여 이론적 흐]], 유한요소해석 및 현장시험을 통하여 파 전파 특성을 검토하였다. 유한요소해석에서는 대표적 지반 모델을 이용하여 가진 방향 및 감진방향별로 러브파와 레일레이파의 분산 특성을 평가하였다.
- SASW기법을 이용하여 지반 강성 평가 시 신뢰도와 해상도를 높히기 위하여 유한요소해석과 현장시험을 통하여 수평 표면파의 분산 특성을 연구하였다. 유한요소 해 석에서 는 균질한 반무한체 지반 모델과 이층구조 지반 모델에 대한 레일레이파와 러브파의 분산 특성을 검토하였고 현장 시험에서는 실제 지반에서의 가진 및 감진 방향별 분산 특성을 검토하였다. 본 연구의 결론을 요약하면 다음과 같다.
- 수평 표면파의 분산 특성 연구를 위하여 이론적 흐]], 유한요소해석 및 현장시험을 통하여 파 전파 특성을 검토하였다. 유한요소해석에서는 대표적 지반 모델을 이용하여 가진 방향 및 감진방향별로 러브파와 레일레이파의 분산 특성을 평가하였다. 또한, 일반 지반에서 수행하는 SASW 현장 실험을 통하여 유한요소해석에서 획득한 결과를 확인하였다.
- 1 배보다 작도록 하였다. 입력 하중은 수직 방향 및 방사 방향으로 가진 되었으며 측정데이터는 수직 방향에 대하여 수직, 방사 성분, 방사 방향에 대하여 방사 성분을 측정하여 각각 비교, 분석하였다. 사용된 입력 하중으로는 half-sine 형태의 충격하중을 사용하였다.
- 본 절에서는 수평 방향 표면파의 분산 특성에 관한 유한요소해석의 결과를 실제 현장 실험을 통하여 확인 하 고자 하였다. 중앙대학교에 층 다짐으로 조성되어 있는 표면파 시험부지와, 깊이에 따라 강성이 증가하는 일반 자연지반 두 현장에서 수직가진과 수평가진을 이용하는 SASW 실험을 수행하였다.
- Case 4와 5의 유한요소 모 델 단면은 4m(H)x4m(W)x5m(L)이고, 요소의 크기는 lOcmxlOcm로서 2차원 유한요소해석에 사용된 것보다 두 배로 설정하였다. 지반 모델의 경계는 반사파에 의한 파의 교란을 배제하기 위하여 무한요소로 적용하였다. 유한요소해석에 사용된 기본물성은 2차원 해석의 경우와 동일하지만, 전 단파 속도는 2차원 모델의 0.
- 표면파 수평 성분의 위상속도에 대한 기본적인 특성을 파악하기 위하여 균질한 반 무한 지반(그림 7의 Case 1)에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 감진기의 위치 는 가진원에서 2m, 4m 떨어진 곳에 설치하였고, 시간에 따른 변위를 계산하였다.
- 4m 두께에 대해서는 10cm 두께로 Iton 소형진동 다짐기를 사용하여 10회 왕복하는 층 다짐을 하였다. 표면파 시험을 하기 위하여 감진기는 가진 원 위치에서 Im, 2m 떨어진 곳에 설치하였고, 수직가진에 대한 수직 방향 진동 성분, 방사 방향 진동성분 및 횡단방향 진동성분을 측정하였고, 또한 횡단방향 가진에 대한 횡단방향 진동성분을 측정하였다 수직가진을 위해서는 1.3kg 해머를 지반에 타격하는 것으로 하였으며, 횡단방향 가진을 위해서는 슬레지 해머를 횡단방향으로 지반 위에 놓고 중량을 가하여 밀착시키고 측면을 1.3kg 해머로 타격하는 것으로 하였다 모두 4가지의 표면파 측정을 수행하였고, 그 결과는 그림 15에 도시한 바와 같다 가진 방향과 감진방향을 고려하여 볼 때, 수직가진에 대한 수직 성분 파는 레일레 이 파에 상응하는 것이고 횡단방향 가진에 대한 횡단 성 분파는 러브파에 상응하는 것이라고 할 수 있다. 층다 짐 지반에서 수행된 표면파 시험에 의해서 표면파 시험 부지의 분산 특성은 그림 15(a), (b) 와 같이 조사되었다.
- Case 2는 강성이 큰 반 무한 층 위에 연약한 층이 존재하는 경우이다 연약한 층의 두께는 Im, 전 단파 속도는 220m/sec 이 하부 반 무한 층은 440m/sec의 전 단파 속도를 갖는 것으로 Case 2의 지반은 심도가 증가할수록 강성 이 증가하는 지반을 모사한 것이다. 표면파 해석을 위한 감진기는 가진 원에서 2m, 4m에 위치하도록 하였고 수직 방향의 가진에 대하여 수직, 방사 방향 변위 시계열을, 방사 방향 가진에 대하8 방사 방향 변위 시계열을 계산하였다. 유한 요소해석으로 구한 변위 시계열에 대하여 WinSASW 2로 분석한 위상속도는 그림 9와 같이 결정되었다.
- 실험을 수행한 지역의 지반은 얕은 심도에서는 거의 일정한 전단 강성을 유지하다가 심도가 깊어지면서 전단 강성이 증가하는 지반으로 전형적인 자연 지반이다. 표면파의 측정을 위해서 두 개의 수직 방향 감진기와 두 개의 횡단방향 감진기를 발진 위치에서 16m, 32m 떨어진 위치에 설치하였다. 가진 원으로는 무한궤도 가 장착되어 있는 불도저를 전후로 움직이면서 지속적인 하중을 가하는 것으로 하였고, 수직 성분과 횡단 성분을 동시에 측정하였다.
- 5m 규모를 가지고 있으며, 일정한 두께로 층 다짐을 수행하여 조성되었다. 표층 0.6m 두께의 층에 대해서는 30cm의 층 두께로 층 다짐을 하였으며, 표층 하부 1.4m 두께에 대해서는 10cm 두께로 Iton 소형진동 다짐기를 사용하여 10회 왕복하는 층 다짐을 하였다. 표면파 시험을 하기 위하여 감진기는 가진 원 위치에서 Im, 2m 떨어진 곳에 설치하였고, 수직가진에 대한 수직 방향 진동 성분, 방사 방향 진동성분 및 횡단방향 진동성분을 측정하였고, 또한 횡단방향 가진에 대한 횡단방향 진동성분을 측정하였다 수직가진을 위해서는 1.
- 한편, 충분히 큰 파장에 대한 위상속도를 살펴보면, 수직 가진-수직감진의 경우는 380m/sec, 수직 가진-방사 방향 감진의 경우는 440m/sec, 방사 방향 가진-방사 방향 감진의 경우는 500m/sec의 위상속도를 나타내었다. 하부지반의 전 단파 속도가 440m/sec, 이에 대한 레일 레이 파 위상속도가 약 400m/sec인 것을 고려하여 볼 때, 수 직가진-수직감진의 경우가 가장 근사하게 하부지반의 강성을 평가하였고 방사 방향 가진-방사 방향 감진의 경우는 다소 과다하게 평가하였다. 이 또한, 체적 파의 공 진 현상과 체적 파의 간섭 효과로 인하여 위상속도가 과다하게 평가된 것으로 이해할 수 있다.
- 수직 방향 가진에 대한 수직 방향 진 동성분은 레일레이파의 수직 성분을, 횡단방향 가진에 대한 횡단방향 진동성분은 러브파의 성분을 계산하고자 하였다. 한편, 레일레이파의 수평 성분이 어떻게 나타나는지도 확인하기 위하여 수직 방향 가진에 대한 방사 방향 진동 성분을 계산해 보았다. Case 5에 대한 유한 요소해석 결과는 그림 14에 도시한 바와 같다.
대상 데이터
- 2차원 유한요소해석에서는 3차원 효과를 모사할 수 있는 축 대칭 모델을 사용하였고, 해석 단면 크기로는 30mx20m의 영역을 설정하였다. 내부 측정지점에서는 5cmx5cm의 정방형의 4절 점 축 대칭요소를 사용하였고, 그 이외의 부분에서는 요소 수를 줄이기 위하여 바이어스(Bias) 요소를 적용하였다.
- 전 절에서 수행한 2차원 유한요소해석에서는 표면파의 수직 방향(vertical) 성분과 방사 방향(radial) 성분의 분 산 특성을 살펴보았고, 본 절에서는 3차원 유한요소해석을 통하여 표면파의 횡단방향(transverse) 성분의 분산 특성을 살펴보고자 한다. 3차원 유한요소해석에서 사용한 모델은 그림 12의 균질한 반 무한 지반인 Case 4와 2층 구조로 되어 있는 Case 5이다. Case 4와 5의 유한요소 모 델 단면은 4m(H)x4m(W)x5m(L)이고, 요소의 크기는 lOcmxlOcm로서 2차원 유한요소해석에 사용된 것보다 두 배로 설정하였다.
- 본 연구에서 표면파 시험을 수행한 자연지반은 경기도 김포지역의 논으로서, 봄철 해빙기가 지난 직후인 시점에 실험을 수행하였다. 실험을 수행한 지역의 지반은 얕은 심도에서는 거의 일정한 전단 강성을 유지하다가 심도가 깊어지면서 전단 강성이 증가하는 지반으로 전형적인 자연 지반이다.
- 중앙대학교에 조성죄어 있는 표면파 시험부지는 5m x20m의 면적과 깊이 2.5m 규모를 가지고 있으며, 일정한 두께로 층 다짐을 수행하여 조성되었다. 표층 0.
- 해석에 사용된 모델 지반은 그림 7과 같이 균질한 반 무한체(Case 1), 상부층의 두께가 Im이고 각 지층의 강성이 220, 440m/sec인 지반(Case 2), 강성조건은 Case 2와 동일하고 상부층의 두께가 0.5m인 지반(Case 3)의 세 가지 경우이다. 밀도와 포아슨비 감쇠비는 모든 해석지반에서 동일하고 해석조건별 지반의 강성 및 상부층의 두께만 변화시켰다.
- 경계요소는 점성감쇠기(viscous damper)를 수평 및 수직 방향으로 연결하여 파의 반사를 감소시켰다. 해석에 사용된 물성값은 단위 중량 1.7血3, 포아슨비 0.333이며 전 단파 속도는 지반의 해석조건에 따라 55, 110, 220, 440m/sec를 사용하였다.
데이터처리
- 유한요소해석에서는 대표적 지반 모델을 이용하여 가진 방향 및 감진방향별로 러브파와 레일레이파의 분산 특성을 평가하였다. 또한, 일반 지반에서 수행하는 SASW 현장 실험을 통하여 유한요소해석에서 획득한 결과를 확인하였다. SASW 현장시험으로는 중앙대학교의 표면파 시험부지와 경기도 일반 지반를 활용하였고, 수직 가진, 수평가진에 대한 수직 방향(vertical) 진동과 방사 방향(radial) 진동, 횡단방향(transverse) 진동을 측정하여 수직 가진, 수평 거리별, 가진 방향별, 감진방향별 표면파의 분산 특성을 검토하였다.
이론/모형
- Schwab 등 (1984)은 Knopoff방법과 Thomson-Haskell 공식이 사용되는 델타행렬을 이용하여 분산 특성을 평가, 검증하였다. Saastamoine(1969)는 연직으로 비균질한 층의 다층 구조체에 대한 러브파의 분산 특성을 평가하기 위하여 Thomson-Haskell 방법을 적용하였다.
- 해석은 시간 영역에서의 해석법 중 안정성이 높은 Newmark-6법을 사용하였으며 계산에 사용된 총 해석 시간은 0.189초이다. 적분 시간 간격은 지표면의 전 단파 속도가 220m/sec인 경우에는 0.
성능/효과
- (1) 레일레이파의 수직 성분과 수평 성분은 거의 동일한 분산 특성을 가지고 있으나, 체적 파의 간섭 효과가 발생할 수 있는 영역에서는 레일레이파의 수평 성분에 대한 위상속도가 수직 성분에 대한 위상속도보다 과다하게 평가되는 경향이 있다.
- (2) 체적 파의 간섭 효과는 레일 레이 파의의 수직 성분보다 수평 성분에서 크게 나타난다.
- (3) 균질한 지층의 경우 러브파의 분산 곡선은 레일 레이 파의 분산 곡선보다 더 평탄한 경향을 가지며, 러브파의 위상속도가 레일레이파의 위상속도보다 더 크게 평가된다.
- (4) 다층구조의 지반의 경우, 지층의 강성변화로 인한 분산 곡선의 영향이 러브파의 분산 곡선에서 레일레 이 파의 분산 곡선보다 명확하게 나타난다.
- 수직 성분과 횡단 성분의 표면파 측정결과는 그림 16 에 도시한 바와 같다. Case 5 지반의 유한요소해석 결과와 중앙대학교 표면파 시험부지의 경우처럼, 측정된 주파수 대역 또는 파장 대역에서 러브파의 위상속도가 레 일레 이 파의 위상속도보다 전반적으로 더 크게 측정된 것을 확인할 수 있다. 그리고, 러브파의 분산 곡선은 표층에 해당되는 파장의 대역에서 비교적 평탄하게 측정되었으나, 레일레이파의 분산 곡선은 러브파의 분산 곡선 보다 더 급한 기울기를 가지고 증가하는 것으로 측정되었다.
- 전반적인 추세로는 가진 방향에 관계없이 감진방향에 따라 위상속도 분산 곡선은 거의 유사하게 결정되었다. 그러나, 보다 자세하게 살펴보면, 약 L6m 까지의 파장에 대해서는 위상속도가 거의 동일하지만, 파장 1.6m 이상의 파장에 대해서는 방사 방향의 위상 속 도가 수직 방향의 속도보다 더 크게 결정되었다. 하부지 층의 전 단파 속도가 440m/sec이고 이에 해당되는 레 일 레이파의 위상속도가 약 400m/sec인 것을 참고하여 볼 때, 수직 방향보다 방사 방향의 표면파가 하부지층의 강성을 더 과다하게 감지하는 것을 알 수 있다.
- Case 5 지반의 유한요소해석 결과와 중앙대학교 표면파 시험부지의 경우처럼, 측정된 주파수 대역 또는 파장 대역에서 러브파의 위상속도가 레 일레 이 파의 위상속도보다 전반적으로 더 크게 측정된 것을 확인할 수 있다. 그리고, 러브파의 분산 곡선은 표층에 해당되는 파장의 대역에서 비교적 평탄하게 측정되었으나, 레일레이파의 분산 곡선은 러브파의 분산 곡선 보다 더 급한 기울기를 가지고 증가하는 것으로 측정되었다. 이는 레일레이파의 경우 하부지층의 영향이 위상 속도 분산 곡선에 러브파의 경우보다 더 예민하게 나타나고 있음을 의미한다고 할 수 있다.
- 도착 시간 5msec는 전파 거리를 2m로 설정하였을 때, 400m/sec의 속도에 해당되고, 도착 시간 12msec는 167m/sec의 속도에 해당된다. 따라서, 가진 방향과 관계없이 방사 방향 진동은 하부 지층의 영향을 주로 받 는 파 그룹이 지배적이고, 수직 방향 진동은 상부 지층의 영향을 주로 나타내는 파 그룹이 지배적임을 알 수 있다. 따라서, 이렇게 거보스펙트럼의 에너지 분포를 통하여 살펴본 지배 파 그룹의 분포에서도 가진 방향에 관계없이 수평 방향의 진동은 동일한 특성을 가지고, 수직 성분과는 차이가 있음을 보여주고 있다.
- 따라서, 가진 방향과 관계없이 방사 방향 진동은 하부 지층의 영향을 주로 받 는 파 그룹이 지배적이고, 수직 방향 진동은 상부 지층의 영향을 주로 나타내는 파 그룹이 지배적임을 알 수 있다. 따라서, 이렇게 거보스펙트럼의 에너지 분포를 통하여 살펴본 지배 파 그룹의 분포에서도 가진 방향에 관계없이 수평 방향의 진동은 동일한 특성을 가지고, 수직 성분과는 차이가 있음을 보여주고 있다.
- 5m의 파장에 이르러서도 위상속도는 145m/sec밖에 되지 않는 반면, 레일레이파의 경우는 180m/sec에 이르고 있어, 하부지층의 전 단파 속도인 220m/sec를 기준으로 판단하였을 때, 러브파의 위상속도는 하부지층에 대해 민감하지 못한 것을 알 수 있다. 따라서, 하부지층의 영향이 분산 곡선에 미치는 영향의 크기 측면에서는 레일레이파가 러브파보다 더욱 민감하였고, 상부 지층의 강성과 두께 측면에서는 러브파가 레일레이파보다 더욱 민감하게 나타났다.
- 전 단파 속도가 깊이에 따라 증가하는 지층구조에서만 러브파가 발생하기 때문에, Case 4에서 확인된 횡단방향 성분의 파에는 러브파보다는 SH 성분의 전단 파가 지배적이라고 이해하는 것이 타당할 것으로 판단된다. 또한, 그림 13에서 횡단방향 성분의 위상 속도가 수직 방향 성분의 위상속도보다 대체적으로 10% 정도 더 크게 결정되었다는 것과 일반적으로 전 단파 속도가 레일 레이 파보다 10% 정도 더 크다는 사실을 참고할 때, 그림 13의 횡단방향 성분의 파에는 SH 성분의 체 적파가 지배적이라는 추정이 합리적이라고 할 수 있다. 전달함수 진폭 스펙트럼의 경우 수직 방향 성분의 파 나 횡단방향 성분의 파 모두 특정한 공진 현상 없이 평탄한 추세를 보이고 있다.
- 또한, 매우 흥미로운 사실은 수직 진동에 대한 위상 속 도는 파장이 증가하여도 비교적 평탄한 경향을 보이는 반면, 수평 진동에 대한 위상속도는 파장이 1.2m를 초과하는 경우 다소의 기복을 보이고 있다. 균질한 반 무한 지반에 있어서 파장에 따라 위상속도의 변동이 나타나는 것은 체적 파의 간섭으로 인한 것으로 알려져 있다.
- 5m의 약 3배에 해당되는 파장에 이르러서야 하부지층의 존재를 느끼기 시작하는 것이다. 또한, 표층 두께의 5배에 해당되는 2.5m의 파장에 이르러서도 위상속도는 145m/sec밖에 되지 않는 반면, 레일레이파의 경우는 180m/sec에 이르고 있어, 하부지층의 전 단파 속도인 220m/sec를 기준으로 판단하였을 때, 러브파의 위상속도는 하부지층에 대해 민감하지 못한 것을 알 수 있다. 따라서, 하부지층의 영향이 분산 곡선에 미치는 영향의 크기 측면에서는 레일레이파가 러브파보다 더욱 민감하였고, 상부 지층의 강성과 두께 측면에서는 러브파가 레일레이파보다 더욱 민감하게 나타났다.
- 그.리 乳 횡단방향 성분의 위상속도인 러브파의 속도가 레일 레이파의 위상속도보다 더 크게 측정되었다. 이와 같은 레일레이파와 러브파의 경향은 본 연구에서 수행한 유한요소해석 결과와 일치하는 것으로 판단된다.
- 층다 짐 지반에서 수행된 표면파 시험에 의해서 표면파 시험 부지의 분산 특성은 그림 15(a), (b) 와 같이 조사되었다. 위상속도 분산 곡선의 대체적인 경항을 살펴보면, 레일 레이파의 수직 성분과 수평 성분에 대한 위상속도가 서로 유사하게 측정되었고, 가진 방향에 관계없이 횡단방향 성분의 위상속도도 유사한 값으로 측정되었다. 그.
- 그림 13(a) 의 결과와 같이, 전체 주파수 대역에서 횡단 방향 성분의 위상속도가 수직 방향 성분의 위상속도보다 큰 것으로 해석되었다. 전 단파 속도가 깊이에 따라 증가하는 지층구조에서만 러브파가 발생하기 때문에, Case 4에서 확인된 횡단방향 성분의 파에는 러브파보다는 SH 성분의 전단 파가 지배적이라고 이해하는 것이 타당할 것으로 판단된다. 또한, 그림 13에서 횡단방향 성분의 위상 속도가 수직 방향 성분의 위상속도보다 대체적으로 10% 정도 더 크게 결정되었다는 것과 일반적으로 전 단파 속도가 레일 레이 파보다 10% 정도 더 크다는 사실을 참고할 때, 그림 13의 횡단방향 성분의 파에는 SH 성분의 체 적파가 지배적이라는 추정이 합리적이라고 할 수 있다.
- 3m 이상인 표면파의 경우, 방사 방향(radial)의 진동 성 분은 가진 방향과 관계없이 유사한 결과를 제시하였으며, 수직 방향의 진동성분과 다소 차이를 보임을 알 수 있다. 즉, 방사 방향의 가진에 대한 방사 방향의 진동성분을 측정하기 위해서는 수직 방향의 가진에 대한 방 사방 향의 진동성분을 측정하면 된다는 것을 확인할 수 있다. 이는 레일레이파의 수평 성분 위상속도가 수직 방향 가 진시 획득되는 방사 방향 진동의 위상속도와 일치함을 의미하는 것이다.
- 6m 이상의 파장에 대해서는 방사 방향의 위상 속 도가 수직 방향의 속도보다 더 크게 결정되었다. 하부지 층의 전 단파 속도가 440m/sec이고 이에 해당되는 레 일 레이파의 위상속도가 약 400m/sec인 것을 참고하여 볼 때, 수직 방향보다 방사 방향의 표면파가 하부지층의 강성을 더 과다하게 감지하는 것을 알 수 있다. 이는 주파수 120Hz 이하의 영역에서 공진현상이 발생하여 다중 반사된 파동에 체적 파의 성분이 더 많이 반영되었기 때 문이라고 판단된다.
- Case 5 지반에 대한 3차원 유한요소해석 결과에서처럼 러브파의 위상속도는 균질한 지반에서 지층의 두께에 해당되는 파장의 대역에서 평탄한 경향을 보이고 있다. 한편, 측정된 러브파의 위상속도는 레일레이파의 위상속도보다 약 24% 정도 크게 측정되었는데, 이는 레일레이파의 위상속도를 기준으로 하였을 때 전 단파 속도보다 훨씬 큰 것으로 현장의 비등방성 특징을 나타내는 것으로 판단된다.
- 이와 같은 레일레이파와 러브파의 경향은 본 연구에서 수행한 유한요소해석 결과와 일치하는 것으로 판단된다. 한편, 측정된 위상속도 분산 곡선의 경향을 좀 더 자세히 살펴보면, 러브파의 위상속도는 0.4m ~2.0m 파장 대역에서 약 155tn/sec의 속도로 비교적 평탄하게 측정되었으나, 레일레이파의 위상속도는 0.3m~ 1.3m 파장 대역에서 약 125m/sec의 속도를 보이다가 파장 1.3m에서 점차적 으로 증가하는 추세를 보였다. Case 5 지반에 대한 3차원 유한요소해석 결과에서처럼 러브파의 위상속도는 균질한 지반에서 지층의 두께에 해당되는 파장의 대역에서 평탄한 경향을 보이고 있다.
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