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유효응력해석과 등가선형해석을 이용한 매립지반의 액상화 평가
Liquefaction Evaluation of Reclaimed Sites using an Effective Stress Analysis and an Equivalent Linear Analysis 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, C. 지반공학, 터널공학, v.28 no.2C, 2008년, pp.83 - 94  

박성식 (원광대학교 공과대학 토목환경도시공학부)

초록
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본 연구에서는 흙의 미소변형에서 대변형까지 고려할 수 있는 유효응력해석을 이용하여 매립지반에 대한 액상화 및 진동으로 발생하는 침하량을 예측하였다. 유효응력모델은 진동 중에 발생하는 과잉간극수압을 계산하여 이에 따른 흙의 강성저하와 수반되는 지반의 변위를 모델링하였다. 진동으로 인한 지반의 변형률 수준이 작은 경우에 적합한 등가선형해석을 이용한 액상화 평가를 실시하여 유효응력모델을 이용한 예측법과 비교하였다. 등가선형해석에서 계산된 전단응력비에 해당하는 표준관입시험치를 국내에서 발생 가능한 지진규모와 실트질 함유량에 따라 콘관입저항치로 환산한 값과 현장에서 계측된 콘관입저항치를 서로 비교하여 액상화 가능성을 예측하였다. 두 곳의 인천지역 매립지에 대한 액상화 해석을 위하여 매립지에서 계측된 콘관입저항치와 전단파 속도를 이용하여 입력 물성값을 결정하였다. 인천 매립지에 대한 두 액상화 해석 방법의 결과는 액상화 발생 여부에서 유사하였으며 깊이에 따른 연속적인 액상화 판정과 얇은 층의 액상화 예측이 가능하여 액상화 예측의 정밀도를 높였다. 유효응력모델을 이용한 액상화 해석 결과는 지표면 아래 20m 이내에서 초기 유효수직응력의 40%~70% 정도의 과잉간극수압이 발생하였으며 이로 인하여 지표면에서 10cm 미만의 침하가 발생하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study an effective stress analysis was performed to evaluate liquefaction potential and ground settlement for reclaimed sites. The effective stress model can simulate the stiffness degradation due to excess pore pressure and resulting ground deformation. It is applicable to a wide range of s...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 지반 구조물의 내진설계에서 실시하는 액상화 예측과 진동 후에 발생하는 변위를 한번의 해석으로 계산할 수 있는 유효응력모델을 이용한 액상화 해석에 대하여 연구하였다. 국내에서 자주 사용되고 있는 등가선형해석을 이용한 액상화 평가를 동시에 실시하여 유효응력해석 결과와 비교하였다.

가설 설정

  • 두 부지의 수치해석모델은 그림 2와 같이 각 요소의 가로, 세로 크기가 1m인 전체 높이 50m의 기둥모양으로 가정하였다. 수치해석의 경계조건은 배수상태를 유지하지만 지진과 같은 강한 진동이 짧은 시간에 발생할 경우 흙 입자 사이에 존재하는 물이 배수될 수 있는 시간적 여유가 없기 때문에 비배수 조건과 같이 간극수압이 상승하게 된다.
  • 두번째 변수인 일정체적 마찰각은 모래의 전단변형 시에 체적 감소와 증가의 경계를 나타내며, 모래종류, 상대밀도, 유효응력 크기에 관계없이 33도로 가정하였다. 세번째 변수인 전단소성계수 Gp는 G와 동일한 형태지만 전단탄성정수 #대신 전단소성정수 #를 사용하여 다음과 같이 나타낼 수있다.
  • 실내시험에서는 Skempton의 간극수압계수 Bskem값을 통해서 공시체의 포화도를 예측할 수 있으나, 현장 시료의 포화도는 측정이 어렵다. 따라서 본 연구에서는 안전한 측면에서 지반의 상태가 99.9%로 포화된 것으로 가정하였다.
  • 지진응답해석 시에 지층 분할은 상세한 결과를 얻기 위하여 상부지층(IC01의 1층에서 6층까지, IC04의 1층에서 5층까지)은 1m 간격으로 하였으며, 하부의 굵은 모래와 자갈층은 2m 간격으로 분할하였다. 설계지진하중은 일반적으로 기반암에서 입력을 하지만 본 지질 주상도에서는 기반암까지 보오링 조사가 실시되지 않았으며 50m 이하는 연암으로 가정하였다. 그리고 50m 지점에서 암반노두운동(outcrop motion)으로 지진가속도를 입력하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
서해안 지역의 무엇이 지진 발생시 지각판의 움직임에 완충역할을 하는가? 동해안은 퇴적층이 적어 완충작용이 거의 없으며 지진이 일어날 경우 직접적인 지진 여파를 받을 가능 성이 높다. 서해안 지역은 깊이 약 10km의 퇴적분지가 지각판의 움직임에 완충역할을 하지만 반대로 이 퇴적층이 지반의 증폭현상을 일으킬 수도 있다. 최승찬(2007)에 의하면 서해안 지역에서는 필리핀 판이 형성된 것과 같은 방향인 남서-북동의 지질 경계선이 있는 지역에서 지진이 일어날 가능성이 높다.
유효응력에 기초한 방법은 무엇을 계산할 수 있는 장점이 있는가? 유효응력에 기초한 방법은 흙의 체적 감소로 발생하는 간극수압의 변화를 계산하여 유효응력의 변화에 따른 흙의 강성저하와 그에 따른 변위를 고려하여 보다 정확 하게 액상화 현상을 예측할 수 있다. 이 방법은 진동 후에 간극수압의 소산으로 인한 침하량을 계산할 수 있는 장점이 있다. 하지만 간극수압을 계산하는 구성모델이 어렵고 입력 변수를 결정하는 과정이 복잡하기 때문에 실무에 자주 이용 되지 않았으나 토목 구조물의 중요도에 따라 유효응력해석을 병행하는 것이 바람직하다.
서해안 지역에서 어떠한 지반층이 지진 발생 시 지반의 증폭현상을 일으킬 수도 있는가? 동해안은 퇴적층이 적어 완충작용이 거의 없으며 지진이 일어날 경우 직접적인 지진 여파를 받을 가능 성이 높다. 서해안 지역은 깊이 약 10km의 퇴적분지가 지각판의 움직임에 완충역할을 하지만 반대로 이 퇴적층이 지반의 증폭현상을 일으킬 수도 있다. 최승찬(2007)에 의하면 서해안 지역에서는 필리핀 판이 형성된 것과 같은 방향인 남서-북동의 지질 경계선이 있는 지역에서 지진이 일어날 가능성이 높다.
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