[논문]새만금 지역의 액상화 평가 및 향후 구조물 기초 설계시 액상화 영향의 고려방안 (I)

김유성; 고형우

doi:10.12814/jkgss.2011.10.2.091

새만금 지역의 액상화 평가 및 향후 구조물 기초 설계시 액상화 영향의 고려방안 (I)
Liquifaction Evaluation of Saemangeum Area and the Considerations of Liquifaction Effect to the Foundations of Structures in Near Future (I) 원문보기

한국토목섬유학회 논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.10 no.2, 2011년, pp.91 - 100

초록
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본 연구에서는 국내의 대표적인 매립지인 새만금 방조제 지역을 대상으로 액상화 평가방법에 따른 액상화 발생 가능성을 예측하였다. 액상화 평가방법에 따라 장 단주기 실제 지진기록을 이용해 지진응답해석과 반복삼축압축시험에 의한 액상화 평가를 수행하였다. 평가 결과 대상지역의 준설매립토의 입도분포 곡선은 액상화 가능성이 매우 높은 범위에 해당하고 있고, 검토대상 지역의 깊이 10m 이내에 기초 또는 지중구조물이 구축될 경우 액상화에 따른 피해가 예상되고 있어, 향후 기초 또는 구조물 설치 위치에 따른 세밀한 검토가 필요한 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study presents the estimation for the possibility of liquefaction according to the liquefaction evaluation methods in Saemangeum reclamation area for tide embankment, Jeollabuk-do, Korea. Liquefaction estimation is performed by cyclic triaxial tests and seismic response analysis using earthquake records of the long- and short-term. This area appears to have greatly potential of liquefaction from the grain-size distribution curve of the dredged and reclaimed soil in the area. Because the liquefaction can occur in this area if the foundations or buried structures are built at a depth within 10m below ground surface, the meticulous care is required in the design of them in the future.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

위에서 기술하였듯이 간편예측법은 입도분포, 표준관입시험의 N값 등의 비교적 쉽게 얻을 수 있는 값을 적용하는 방법이며, 상세 예측법은 반복삼축시험, 공진주 비틈시험 등의 실내시험을 이용하여 지반의 액상화 강도와 실제 가속도에 의한 전단응력을 구하는 방법이다. 본 연구에서는 간편법으로 수정 Seed and Idriss방법과 반복삼축시험과 지진응답해석을 통한 상세법으로 액상화 가능성을 평가하였다.

가설 설정

위의 결과로서 #이면 액상화로, #이면 비액상화로 판정한다. 한편 지진파동의 반복회수 n은 가상지진의 규모(M)에 의해 표 2와 같이 가정한다.

제안 방법

반복삼축시험을 위한 시료 제작은 먼저 하부 페데스탈 저부에 고무 멤브레인을 씌우고 O-ring 2개와 고무 멤브레인으로 이중 밀봉을 하였다. 그리고 진공성형상자를 하부 페데스탈과 맞춰 결합시킨 후 고무 멤브레인을 진공성형상자에 씌워 진공압으로 밀착시켰다. 시료를 총 5층으로 나누어 그림 8과 같이 낙하고 없이 퇴적시키고 대칭적으로 성형상자에 미세한 충격을 가하여 필요한 상대밀도로 제작하였다.
이 때 감소계수의 값은 그림 4에서와 같이 상한값과 하한값의 평균값을 이용하도록 하고 있으나 깊이가 깊어질수록 감소계수의 범위가 넓어지기 때문에 신뢰도에 문제가 있다. 따라서 수정 Seed and Idriss의 방법에서는 감소계수를 사용하지 않고 지진응답해석을 통해 소요깊이에서의 지진가속도를 구하여 이를 이용해 지진에 의한 전단응력을 산정토록 하였다.
본 연구는Ⅰ,Ⅱ로 나뉘어 Ⅰ에서는 국내의 대표적 준설매립지반인 새만금지역의 방조제 끝막이 연장부 지역을 연구대상지역으로 선정하여 간편법과 지진동에 의한 지반응답해석을 통해 최대가속도의 산정 및 반복삼축시험에 근거한 상세법에 의해 액상화 발생가능성을 평가하였다. 또한, Ⅱ에서는 기초가 설치된 지역에서 기초의 형태 및 근입깊이에 따른 지진시 액상화 피해사례를 분석하여, 향후 액상화 발생에 대한 피해를 최소화 할 수 있도록, 연구대상 지역에서의 기초의 근입깊이 및 지중구조물의 설치위치에 따른 설계시 고려방안을 제시하였다.
반복삼축시험을 위한 시료 제작은 먼저 하부 페데스탈 저부에 고무 멤브레인을 씌우고 O-ring 2개와 고무 멤브레인으로 이중 밀봉을 하였다. 그리고 진공성형상자를 하부 페데스탈과 맞춰 결합시킨 후 고무 멤브레인을 진공성형상자에 씌워 진공압으로 밀착시켰다.
대부분의 액상화 평가는 경험적으로 제안된 간편해석법을 이용하여 이루어지고 특별한 경우에 한하여 진동삼축시험과 같은 추가 조사를 이용한 상세예측법이 이용되고 있다(박인준 등, 1999). 본 연구는Ⅰ,Ⅱ로 나뉘어 Ⅰ에서는 국내의 대표적 준설매립지반인 새만금지역의 방조제 끝막이 연장부 지역을 연구대상지역으로 선정하여 간편법과 지진동에 의한 지반응답해석을 통해 최대가속도의 산정 및 반복삼축시험에 근거한 상세법에 의해 액상화 발생가능성을 평가하였다. 또한, Ⅱ에서는 기초가 설치된 지역에서 기초의 형태 및 근입깊이에 따른 지진시 액상화 피해사례를 분석하여, 향후 액상화 발생에 대한 피해를 최소화 할 수 있도록, 연구대상 지역에서의 기초의 근입깊이 및 지중구조물의 설치위치에 따른 설계시 고려방안을 제시하였다.
지진응답해석은 다중반사모델을 바탕으로 하여 1차원 등가선형해석이 가능한 Pro-Shake를 이용하였다. 설계지진가속도는 대상 지역의 위치를 참고하여 지진구역 I에 존재하고 재현주기 1000년에 해당하는 가속도 값을 선정하였고 설계지진규모는 큰 지진이 발생하지 않는 국내의 여건을 고려하여 6.5로 결정하였다(표 4). 입력 지진기록으로는 주기별 지진응답특성을 해석하기 위해서 Hachinohe, Ofunato 와 설계지진규모 6.
그리고 진공성형상자를 하부 페데스탈과 맞춰 결합시킨 후 고무 멤브레인을 진공성형상자에 씌워 진공압으로 밀착시켰다. 시료를 총 5층으로 나누어 그림 8과 같이 낙하고 없이 퇴적시키고 대칭적으로 성형상자에 미세한 충격을 가하여 필요한 상대밀도로 제작하였다.
위에서 기술한 방법에 의해 각각의 토층에 대한 액상화 판정에 근거하여 액상화 판정 토층의 두께, 그 토층의 깊이 등을 고려하여 지반전체로서의 액상화 판정을 수행하게 되는데, 이상의 검토에 의해 액상화 유무의 판정이 확실하지 않을 경우, 지반의 지진응답해석 및 불교란 모래시료의 반복삼축압축시험을 실시하여 지진시의 지중전단응력과 지반의 액상화에 대한 강도를 비교하여 지반의 액상화를 예측 및 판정하게 된다.
준설매립으로 형성된 새만금 방조제 지역의 보-링 주상도, 입도분포, 반복삼축압축시험, 지진응답해석에 의한 액상화 예측 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 준설매립토의 비중은 2.672, 평균입경(D₅₀)은 0.09mm이고, 준설매립토를 구성하고 있는 점토, 실트, 모래의 구성비는 0.5%, 14.8%, 84.6%이다. 통일분류법으로 실트질모래(SM)에 해당한다(서세관, 2008).

이론/모형

또한 대상토의 최대․최소 건조밀도는 노건조한 대상토에서 #40번체를 이용, 조개껍질 등 이물질을 제거한 시료만을 이용하여 비점성토의 최대･최소 건조밀도 시험방법 (KS F 2345, 2009)으로 구하였다. 최대건조밀도와 최소건 조밀도는 각각 1.
5로 결정하였다(표 4). 입력 지진기록으로는 주기별 지진응답특성을 해석하기 위해서 Hachinohe, Ofunato 와 설계지진규모 6.5를 고려하기 위해서 지진규모 6.5에 근접한 Imperial Valley, San Fernando 지진기록을 적용하였다. 이들 각 지진의 규모 및 가속도 시간이력 곡선은 표 5와 그림 14∼17에 나타내었다.
지진응답해석은 다중반사모델을 바탕으로 하여 1차원 등가선형해석이 가능한 Pro-Shake를 이용하였다. 설계지진가속도는 대상 지역의 위치를 참고하여 지진구역 I에 존재하고 재현주기 1000년에 해당하는 가속도 값을 선정하였고 설계지진규모는 큰 지진이 발생하지 않는 국내의 여건을 고려하여 6.

성능/효과

2. 지진시 지반에 발생하는 전단응력은 대체로 상세법에 의한 전단응력이 크나, 그 차이의 일정한 형태가 보이지는 않는다.
3. 액상화 전단응력은 특히 액상화 가능성이 큰 심도 10m 이내에서 더욱 작은 경향을 보이고 있어, 10m이내의 액상화 가능지역에 대한 액상화 검토는 반복삼축압축 시험 결과를 이용한 상세법에 의하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.
액상화 전단응력은 대체적으로 상세법에 의한 값이 작은 경향이 있고, 특히 액상화 가능성이 큰 심도 10m 이내에서 더욱 작은 경향을 보이고 있다. 따라서 10m이내의 액상화 가능지역에 대한 액상화 검토는 반복삼축압축시험 결과를 이용한 상세법에 의하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.

후속연구

1. 대상지역의 준설매립토의 입도분포 곡선은 액상화 가능성이 매우 높은 범위에 해당하고 있어, 향후 지반구조물 설계시 반드시 액상화 검토가 요구된다.
4. 검토대상 지역의 깊이 10m 이내에 기초 또는 지중구조물이 구축될 경우 액상화에 따른 피해가 예상되고 있어, 향후 기초 또는 구조물 설치 위치에 따른 세밀한 검토가 필요한 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	2009년의 경우 지진이 발생한 횟수는?	2)같이 비교적 큰 규모의 지진이 발생하였고, 2010년 기상청에서 발표한 1978년부터 2010년까지 지진연보를 살펴보면 1990년대부터 지진이 발생 하는 횟수가 뚜렷하게 증가하는 양상을 보이고 있다. 특히 2009년의 경우 지진이 발생한 횟수는 연평균 횟수인 28회의 2배가 넘는 60회가 발생하여 우리나라가 지진에 대해 안전한 지역이라고 할 수 있는 근거가 점차 희박해 지고 있다. 한편 삼면이 바다인 우리나라에서는 협소한 국토의 효율적 사용을 위하여 서, 남해안을 중심으로 해안매립이 계속 증가하고 있고, 산업단지와 같은 대규모 해안 매립지 반의 경우 그 지역의 N값, 입도분포에 비추어 볼 때 액상화 피해의 발생 가능성이 없다고 단언할 수 없다.
	개략적으로 액상화되기 쉬운 곳은?	지진시 액상화가 발생하는 곳은 사질토층이나, 지금까지의 연구성과에 의하면, 표층이 3m 이상 두께의 점성토 층이 있을 경우와, 20m 이상의 깊이에 있는 층에서는 액상화가 발생할 가능성이 작다, 반대로 액상화되기 쉬운 곳은 동일한 입경의 느슨한 모래층이 지표로부터 깊이 방향으로 연속되고, 지하수위가 높은 경우이다. 개략적으로는① 깊이 10m 이하에 있는 포화사질토층 ② 표준관입시험의 N값이 10 이하 ③ 균등계수가 6 이하 ④ 입도분포곡선 상의 D20(20% 직경)이 0.04~0.5mm에 있는 경우의 모든 조건이 성립하면 액상화 층으로 간주된다(日本道路協會,2002). 이 조건 중 한가지 조건만이 해당되는 경우, 판정근거가 다소 미약하거나 중요구조물 건설의 경우에는 보다 상세한 검토가 요구된다.
	지진시 액상화가 발생하는 곳은?	지진시 액상화가 발생하는 곳은 사질토층이나, 지금까지의 연구성과에 의하면, 표층이 3m 이상 두께의 점성토 층이 있을 경우와, 20m 이상의 깊이에 있는 층에서는 액상화가 발생할 가능성이 작다, 반대로 액상화되기 쉬운 곳은 동일한 입경의 느슨한 모래층이 지표로부터 깊이 방향으로 연속되고, 지하수위가 높은 경우이다. 개략적으로는① 깊이 10m 이하에 있는 포화사질토층 ② 표준관입시험의 N값이 10 이하 ③ 균등계수가 6 이하 ④ 입도분포곡선 상의 D20(20% 직경)이 0.

참고문헌 (8)

박인준, 신윤섭, 최재순, 김수일 (1999), "기존의 액상화 평가기법 및 그 적용성에 관한 연구" 지반공학회 봄 학술발표회, pp.431-438.
서세관 (2008), 반복삼축시험에 의한 새만금준설토의 액상화 강도특성에 관한 연구, 석사학위 논문, 전북대학교.
오수환 (2011), 새만금 매립지역의 액상화 평가에 관한 연구, 석사학위 논문, 전북대학교.
日本港灣協會 (1999), 港灣の施設の技術上の基準.同解說
日本建築學會 (2001), 建築基礎構造設計指針.
日本道路協會 (2002), 道路橋示方書V 耐震設計編.
KS F 2345 (2009), 비점성토의 상대 밀도 시험 방법.
Seed, H.B. and Idriss, I.M. (1971) "Simplified procedure for evaluating soil liquefaction potential", Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, Vol.97, SM9, pp.1249-1273.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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