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정규화LPI와 전단파 속도의 상관관계를 활용한 서울과 경주 지역 액상화 위험도 평가
Assessment of Liquefaction Potential Using Correlation between Shear Wave Velocity and Normalized LPI on Urban Areas of Seoul and Gyeongju 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.38 no.2, 2018년, pp.357 - 367  

송영우 (서울대학교 건설환경공학부) ,  정충기 (서울대학교 건설환경공학부) ,  박가현 (경희대학교 사회기반시스템공학과) ,  김민기 (서울대학교 건설환경공학부)

초록
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최근 경주와 포항에서 발생한 지진으로 국내에서 액상화 현상에 대한 관심이 커지고 있다. 지반의 액상화는 포화된 상태에서 지진과 같은 동하중을 받았을 때 과잉간극수압이 발생하여 흙이 강도를 상실하고 물과 같이 거동하는 현상이며 지반 침하와 상부구조물의 전도와 같은 심각한 문제를 야기한다. 따라서 액상화 발생 가능성을 미리 파악하고 대비할 필요가 있다. 액상화의 발생 가능성과 액상화 피해 정도는 일반적으로 액상화 가능 지수(Liquefaction Potential Index, LPI)에 의해 정량적으로 평가된다. LPI의 계산은 시추공 별로 이루어지며 지반응답해석이 필수적인 작업으로 선행되어 많은 시간과 노력이 필요하다. 본 연구에서는 다양한 지하수위 분포를 가지는 넓은 지역의 액상화 평가를 간단히 수행할 수 있도록 전단파 속도와 LPI의 상관관계를 이용한 액상화 평가 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 액상화 가능 층의 평균 전단파 속도(${\bar{V}}s^{\prime}liquefiable$)와 액상화 가능 층의 두께로 나누어 정규화한 정규화 LPI의 상관관계를 분석하여 지하수위 별로 다양한 암반노두가속도에 대해 적용 가능한 상관관계식을 제시하고 이용한다. 상관관계를 이용한 액상화 평가 방법의 적용성을 확인하기 위해 서울특별시의 104개 시추조사자료를 이용하여 지하수위 0m, 1m, 2m, 3m에 대해 상관관계식을 제시하였으며 제시한 상관관계식을 이용하여 서울특별시와 경주시의 액상화 발생 가능성을 평가하였다. 지반응답해석을 이용해 계산한 LPI와 상관관계식을 이용해 계산한 LPI를 비교하였으며 제안된 액상화 평가 방법의 적용성을 확인하였다. 마지막으로 제안된 액상화 평가 방법에 따라 결정된 LPI의 분포를 지구통계학적 기법인 크리깅을 통해 지도로 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recent earthquakes in Gyeongju and Pohang have raised interest in liquefaction in South Korea. Liquefaction, which is a phenomenon that excessive pore pressure is generated and the shear strength of soil is decreased by repeated loads such as earthquakes, causes severe problems such as ground subsid...

주제어

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문제 정의

  • LPI 계산 시 액상화 안전율이 먼저 결정되어야 하며 이때 지반응답해석이 선행되어야 한다. 따라서 액상화 평가 대상 위치 별로 요구되는 지반응답해석 수행을 최소화하고 소요되는 시간을 줄이기 위한 새로운 LPI 평가 방법을 개발하였다. 지반의 지진 특성평가에 활용되고 넓은 지역에 대해 쉽게 얻을 수 있는 인자인 전단파 속도와 액상화 가능층의 두께로 나누어 정규화한 LPI의 상관관계를 도출하고 상관관계식을 이용하여 LPI를 구하고자 하였다.
  • 지반의 액상화는 일반적으로 포화된 느슨한 사질토에서 발생하기 때문에 지반의 구성 물질과 강도 그리고 지하수위 변화와 밀접하게 연관되어 있다. 본 연구에서는 지반의 강도가 액상화와 밀접한 관계가 있고 지반의 강도가 전단파 속도와 연관되어 있다는 점을 고려하여 지반의 전단파 속도와 LPI로 표현되는 액상화 가능 지수의 상관관계를 도출하고 이를 이용한 새로운 액상화 평가 방법을 제안하였다. 제안된 액상화 평가 방법을 이용할 경우 대규모 도심지와 같이 많은 시추 조사 자료를 포함하는 지역에 대해 빠르고 높은 정확도로 액상화 평가가 가능하다.
  • 따라서 액상화 평가 대상 위치 별로 요구되는 지반응답해석 수행을 최소화하고 소요되는 시간을 줄이기 위한 새로운 LPI 평가 방법을 개발하였다. 지반의 지진 특성평가에 활용되고 넓은 지역에 대해 쉽게 얻을 수 있는 인자인 전단파 속도와 액상화 가능층의 두께로 나누어 정규화한 LPI의 상관관계를 도출하고 상관관계식을 이용하여 LPI를 구하고자 하였다.

가설 설정

  • 제안된 상관관계식의 검증을 위해 서울특별시의 별도의 170개 시추공을 대상으로 상관관계식을 이용하여 계산한 LPI(corr)와 지반응답해석을 이용하여 계산한 LPI(sra)를 비교하였다. 적용된 암반노두가속도는 0.15g이며 지하수위는 지표면에 위치한다고 가정하였다. 따라서 Eq.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지반의 액상화란? 최근 경주와 포항에서 발생한 지진으로 국내에서 액상화 현상에 대한 관심이 커지고 있다. 지반의 액상화는 포화된 상태에서 지진과 같은 동하중을 받았을 때 과잉간극수압이 발생하여 흙이 강도를 상실하고 물과 같이 거동하는 현상이며 지반 침하와 상부구조물의 전도와 같은 심각한 문제를 야기한다. 따라서 액상화 발생 가능성을 미리 파악하고 대비할 필요가 있다.
지반의 액상화가 야기하는 문제는? 포화된 사질토 지반에 지진 등의 동하중이 작용하면 과잉간극수압이 발생하고 유효 응력이 감소하여 전단 강도를 완전히 상실하여 물처럼 거동하게 되는데 이를 액상화 현상이라고 한다. 따라서 지진이 발생하게 되면 지진하중에 의한 구조물의 파괴 외에도 지반의 액상화에 의해 상부 구조물의 피해가 유발될 수 있다. 국내외 여러 연구진들은 액상화에 대한 연구를 진행하고 있으며 국내에서는 특히 해안, 항만 지역을 중심으로 액상화 관련 연구가 활발히 이루어지고 있다(Park and Kim, 2013; Seo et al.
액상화 발생 가능성을 미리 파악하고 대비하기 위해 사용되는 지수는? 따라서 액상화 발생 가능성을 미리 파악하고 대비할 필요가 있다. 액상화의 발생 가능성과 액상화 피해 정도는 일반적으로 액상화 가능 지수(Liquefaction Potential Index, LPI)에 의해 정량적으로 평가된다. LPI의 계산은 시추공 별로 이루어지며 지반응답해석이 필수적인 작업으로 선행되어 많은 시간과 노력이 필요하다.
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