Passive Method MASW 방법을 이용한 경산시 도심구간에서의 전단파 속도 분석 The Shear Wave Velocity Analysis using Passive Method MASW in the Center of the Metropolis, Gyeongsan원문보기
표면파탐사 방법 중 능동형 다중채널 표면파탐사(active method MASW) 방법은 발진원의 저주파 에너지 부족, 전체 측선 길이의 부족 등의 요인으로 인하여 측정가능 심도가 강성이 약한 풍화토 지층까지로 제한됨으로서 대상 심도까지의 전단파 속도 주상도를 제공하는데 어려움이 있다. 이러한 단점을 극복하고자 신기술로서 제안된 수동형 다중채널 표면파탐사(passive method MASW) 방법을 대구 지하철 과업현장인 경산시 정평동 도심구간에 적용하고 분석을 수행하였다. 상시 미진동을 이용하는 수동형 다중채널 표면파탐사 방법은 파원의 차이에 따른 방향성 보정을 적용함으로써 분해능이 향상 되었고, 능동형 다중채널 표면파탐사 자료를 동일측선(동일배열)상에서 간단한 병행수행 방법으로 획득할 수 있으며, 각각의 분산 스펙트럼 자료를 통합하여 분산곡선을 획득함으로서 가탐심도의 증대뿐 만 아니라 천부 해상도까지 높일 수 있는 장점이 있다. 이번 경산 도심구간에서는 수동형 다중채널 표면파탐사 방법의 현장 적용에 앞서 최적의 자료취득 변수들을 선정하기 위하여 2m, 4m, 6m 수신기 간격 자료에 대한 분산 스펙트럼 분석을 수행하였고, 선정된 변수들을 적용함으로써 신뢰할 수 있는 전단파 속도 주상도를 작성할 수 있었다.
표면파탐사 방법 중 능동형 다중채널 표면파탐사(active method MASW) 방법은 발진원의 저주파 에너지 부족, 전체 측선 길이의 부족 등의 요인으로 인하여 측정가능 심도가 강성이 약한 풍화토 지층까지로 제한됨으로서 대상 심도까지의 전단파 속도 주상도를 제공하는데 어려움이 있다. 이러한 단점을 극복하고자 신기술로서 제안된 수동형 다중채널 표면파탐사(passive method MASW) 방법을 대구 지하철 과업현장인 경산시 정평동 도심구간에 적용하고 분석을 수행하였다. 상시 미진동을 이용하는 수동형 다중채널 표면파탐사 방법은 파원의 차이에 따른 방향성 보정을 적용함으로써 분해능이 향상 되었고, 능동형 다중채널 표면파탐사 자료를 동일측선(동일배열)상에서 간단한 병행수행 방법으로 획득할 수 있으며, 각각의 분산 스펙트럼 자료를 통합하여 분산곡선을 획득함으로서 가탐심도의 증대뿐 만 아니라 천부 해상도까지 높일 수 있는 장점이 있다. 이번 경산 도심구간에서는 수동형 다중채널 표면파탐사 방법의 현장 적용에 앞서 최적의 자료취득 변수들을 선정하기 위하여 2m, 4m, 6m 수신기 간격 자료에 대한 분산 스펙트럼 분석을 수행하였고, 선정된 변수들을 적용함으로써 신뢰할 수 있는 전단파 속도 주상도를 작성할 수 있었다.
Active method MASW(Multi channel Analysis of Surface Waves), which is one of the surface wave exploration methods, has the difficulties to supply enough shear wave velocity log, caused by short spread length and lack of low frequency energy. To make up this defect, the passive method MASW survey is ...
Active method MASW(Multi channel Analysis of Surface Waves), which is one of the surface wave exploration methods, has the difficulties to supply enough shear wave velocity log, caused by short spread length and lack of low frequency energy. To make up this defect, the passive method MASW survey is taked and analysised in Daeku subway construction site, Jungpyung-dong Gyeongsan city. The passive method MASW using the microtremor, improve the quality of the overtone record by applying the azimuth correction caused offline sources. And combing with active overtone record which is acquired by same geometry has the benefits of improve shallow depth resolution and extend possible investigation depth. To take the optimized acquisition parameters, the 2m, 4m, and 6m geophone spacing is tested. And 2m spacing overtone image could make the reliable shear wave velocity log.
Active method MASW(Multi channel Analysis of Surface Waves), which is one of the surface wave exploration methods, has the difficulties to supply enough shear wave velocity log, caused by short spread length and lack of low frequency energy. To make up this defect, the passive method MASW survey is taked and analysised in Daeku subway construction site, Jungpyung-dong Gyeongsan city. The passive method MASW using the microtremor, improve the quality of the overtone record by applying the azimuth correction caused offline sources. And combing with active overtone record which is acquired by same geometry has the benefits of improve shallow depth resolution and extend possible investigation depth. To take the optimized acquisition parameters, the 2m, 4m, and 6m geophone spacing is tested. And 2m spacing overtone image could make the reliable shear wave velocity log.
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제안 방법
3)을 적용하여 2m, 4m, 6m수신기 간격에 대하여 자료를 획득하였다. 각각의 수신기 간격에서 동일하게 수동형 다중채널 표면파탐사 자료는 1 ms간격으로 16 sec동안 필터를 사용하지 않고 총 10회 기록하였으며, 능동형 자료는 5 kg 해머를 rubber plate에 수직 타격하여 1 ms간격으로 총 16 sec동안 필터를 사용하지 않고 기록한 후 자료처리 시 초기 1000 ms 자료만을 사용하였다. 기록계는 ABEM MK-6, 수신기는 4.
경상북도 경산시 정평동 도심구간에서 기존의 능동형 다중채널 표면파탐사 방법의 가탐심도 한계를 극복하고자 신기술로서 제안된 수동형 다중채널 표면파탐사 방법을 적용하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
예비조사자료분석을 통하여 최종 자료취득 변수들을 선정하고 전 단파 속도 단면 작성을 위한 현장자료를 획득하였다. 수동형 다중채널 표면파탐사 자료는 수신기 간격 2 m, 24채널을 측선에 대하여, 2 ms간격으로 32 sec동안 필터를 사용하지 않고 총 5회 기록하였으며, 능동형 자료는 5 kg 해머를 rubber plate에 수직 타격하여 2 ms 간격으로 총 32 sec동안 필터를 사용하지 않고 기록한 후 자료처리 시 초기 1000 ms 자료만을 사용하였다.
분산곡선은 일반적으로 위상속도(phase velocity) 대 주파수mquency)또는 파장(wavelength)의 관계로 표현되며, 위상속도 (phase velocity)는 각각의 수신기에서 수신된 신호에 대한 위상각 차이를 측정하여 계산한다. 실험을 통해 얻어진 실험분산곡선과 초기모델에 의한 이론적 분산 곡선을 결정하고 비교하여 실험분산곡선과 이론분산곡선이 일치하도록 역산을 수행한다. 역산 과정 중 RMS 오차가 지정되어진 RMSeCdefault 5.
, 1999). 역산을 수행하기 위한 초기모델에서 속도 범위는 default 값을 사용하여, 하부로 갈수록 속도가 증가하는 10개 층으로 구성하였으며, 비선형 최소자승법으로 역산을 반복 수행하여 전단파 속도 주상 도를 얻었다.
5 Hz, 24 채널을 사용하였다. 예비조사자료분석을 통하여 최종 자료취득 변수들을 선정하고 전 단파 속도 단면 작성을 위한 현장자료를 획득하였다. 수동형 다중채널 표면파탐사 자료는 수신기 간격 2 m, 24채널을 측선에 대하여, 2 ms간격으로 32 sec동안 필터를 사용하지 않고 총 5회 기록하였으며, 능동형 자료는 5 kg 해머를 rubber plate에 수직 타격하여 2 ms 간격으로 총 32 sec동안 필터를 사용하지 않고 기록한 후 자료처리 시 초기 1000 ms 자료만을 사용하였다.
그러나 현장에서 적용되고 있는 MASW탐사 방법은 해머와 plate를 이용하여 근거리에서 인위적인 발진원을 사용하기 때문에 발진원의 저주파 에너지 부족, 전체측선 길이의 부족 등의 요인으로 인하여 측정 가능 심도가 강성이 약한 풍화토 지층까지로 제한됨으로서 대상 심도까지의 전단파 속도 주상도를 제공하는데 어려움이 있다. 이러한 단점을 극복하고자 신기술로서 제안된 수동형 다중채널 표면파탐사(Park et al., 2004) 방법을 대구 지하철 과업현장인 경산시 정평동 도심 구간에 적용하고 분석을 수행하였다.
대상 데이터
각각의 수신기 간격에서 동일하게 수동형 다중채널 표면파탐사 자료는 1 ms간격으로 16 sec동안 필터를 사용하지 않고 총 10회 기록하였으며, 능동형 자료는 5 kg 해머를 rubber plate에 수직 타격하여 1 ms간격으로 총 16 sec동안 필터를 사용하지 않고 기록한 후 자료처리 시 초기 1000 ms 자료만을 사용하였다. 기록계는 ABEM MK-6, 수신기는 4.5 Hz, 24 채널을 사용하였다. 예비조사자료분석을 통하여 최종 자료취득 변수들을 선정하고 전 단파 속도 단면 작성을 위한 현장자료를 획득하였다.
조사지역은 경상북도 경산시 정평동 부근으로 광역지질은 중생대 백악기 경상구층군에 해당하는 퇴적암(반야월 층, 자인층)이 최고기의 기반암으로 분포하고 후기에 관입된 화산암류(주산 안산암질 암류) 및 제4기 충적층으로 대분된다(원종관 외, 1971).
현장자료 획득에 앞서 우선 수행된 예비조사에서는선형 수신기 배열법(Fig. 3)을 적용하여 2m, 4m, 6m수신기 간격에 대하여 자료를 획득하였다. 각각의 수신기 간격에서 동일하게 수동형 다중채널 표면파탐사 자료는 1 ms간격으로 16 sec동안 필터를 사용하지 않고 총 10회 기록하였으며, 능동형 자료는 5 kg 해머를 rubber plate에 수직 타격하여 1 ms간격으로 총 16 sec동안 필터를 사용하지 않고 기록한 후 자료처리 시 초기 1000 ms 자료만을 사용하였다.
데이터처리
최적 자료취득 변수들을 선정하기 위해 동일지점에서 수신기 간격을 달리하여 자료를 획득하고, 각각의 자료에 대하여 분산 스펙트럼 분석을 수행하였다. 분산 스펙트럼 자료의 통합 분석을 수행한 결과 2 m 간격자료는 상대적으로 넓은 주파수 대역에서 고른 에너지 분포를 보이며 분산 곡선 추출이 용이한 신뢰도 높은 분해능을 보여준다(Fig.
이론/모형
기록된 수동형 다중채널 표면파탐사 자료와 능동형 다중채널 표면파탐사 자료는 상업용 소프트웨어인 Surfseis2를 이용하여 처리하였다. 수동형과 능동형 방법으로 얻어진 자료는 분산 스펙트럼 분석에서 주파수와 위상속도 등 각 변수의 범위를 결정하여 최종적으로 분산 곡선(dispersion curve)을 얻는다.
도심구간에서 지층의 전단파 속도 구조를 분석하기 위하여 수동형 다중채널 표면파탐사 방법을 적용하였다. 수동형 다중채널 표면파탐사 방법은 수신기 배열빙법에 따라 passive remote MASW와 passive roadside MASW 방법으로 나눌 수 있다.
성능/효과
&는 능동형과 수동형 각각의 분산 스펙트럼 자료를 하나로 통합한 능동형 및 수동형 자료이다. 고주파 대역의 에너지가 강한 능동형 자료 (Fig. 6b)를 통합하여 단일 수동형 자료의 단점인 고주파 영역의 에너지 부족 현상을 극복함으로써 신뢰성 있는 분산곡선을 도출할 수 있었다.
분산 스펙트럼 분석을 수행하였다. 분산 스펙트럼 자료의 통합 분석을 수행한 결과 2 m 간격자료는 상대적으로 넓은 주파수 대역에서 고른 에너지 분포를 보이며 분산 곡선 추출이 용이한 신뢰도 높은 분해능을 보여준다(Fig. 4a). 반면 4 m, 6 m 간격자료는 상대적으로 넓은 수신기 간격과 긴 수신기 전개로 인해 저주파 고속도의 에너지가 강할 것으로 예상하였으나 저주파 대역에서 에너지가 약하고, 공간적 알리아싱으로 인해 자료의 연결성이떨어졌다.
예비조사자료 분석결과 상대적으로 긴 수신기 전개로 인해 저주파 고속도대의 에너지가 강할 것으로 예상되었던 4 m, 6 m 간격 자료보다 2 m 간격 자료에서 가장 신뢰할 수 있는 분산곡선을 추출할 수 있었다. 이번 사례를 통해 현장 예비조사를 통한 자료취득 변수들의 선정은 신뢰할 수 있는 분산곡선을 획득하기 위해 반드시 고려되어야 할 과정임을 알 수 있다.
전단파 속도 단면을 분석한 결과 풍화토 지층으로 생각되는 속도 400 m/s 이하의 층이 평균 4 m의 두께로 분포하며, 풍화대로 생각되는 600 m/s 이하의 층이 평균 8 m까지 분포한다. 터널설계를 위한 시추조사 단면자료에서는 매립 및 충적층이 4 m, 연암층이 대략 9 m로 분포하며, 단층대의 저촉은 인지되지 않았고, 층리경사가 10-15 SW 내외의 판상구조로 확인된 것을 감안한다면 이번 전단파 속도 단면은 신뢰할 만한 것으로 평가된다.
4b, 4c). 최종적으로 수신기 간격을 2 m로설정하고, 측점간격을 4m로 하여 자료를 획득하고 분석함으로서 대상 심도를 포함하면서도 천부해상도를 높인 신뢰할 수 있는 Vs 단면을 작성할 수 있었다(Fig. 5). Fig.
m까지 분포한다. 터널설계를 위한 시추조사 단면자료에서는 매립 및 충적층이 4 m, 연암층이 대략 9 m로 분포하며, 단층대의 저촉은 인지되지 않았고, 층리경사가 10-15 SW 내외의 판상구조로 확인된 것을 감안한다면 이번 전단파 속도 단면은 신뢰할 만한 것으로 평가된다.
주파수 대역은 5-100 Hz, 위상속도는 500m /s를 적용하였다. 합성자료에 대하여 IP, OP, OC의 형태를 가정한 각각의 분산 스펙트럼 자료를 작성하였으며 비교분석을 통하여 OP와 OC 형태의 파원을 가정한 분산 스펙트럼 자료가 IP 형태의 파원을 가정한 경우보다 분해능이 향상됨을 검증하였다. 수동형 다중채널 표면파 탐사 방법은 이러한 알고리즘을 적용하여 분산 스펙트럼 자료를 작성하게 된다.
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