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문제 정의
- (4) 본 연구는 대상구간에 수집된 정보를 바탕으로 설정된 기반암 운동 생성의 한계점을 내포하고 있어,포항지진으로 유발된 액상화 현상의 규명에 제한적인 결과를 도출하였다. 따라서, 포항지역의 액상화 현상을 면밀하게 규명하기 위해서는 추가적인 지반조사 및 정보가 필요할 것으로 사료된다.
- 본 연구에서는 액상화 의심 구간에 수행된 SPT 지반조사 결과를 바탕으로 해당지역의 다양한 액상화 평가를 수행하였다. CSR 산정시 유효응력 지반응답해석을 수행하였으며, Iwasaki et al.
- (1978)는 기존지진사례로부터 액상화와 비액상화 지역을 분류하고 대상구간별 SPT의 N값을 이용하여 진동저항응력을 산정한 후 LPI를 계산하였다. 이를 바탕으로 LPI와 피해 규모의 경험적 상관성을 최초로 제시하였다. Toprak and Holzer(2003)는 USGS(U.
제안 방법
- CSR 산정시 유효응력 지반응답해석을 수행하였으며, Iwasaki et al.(1978)가 제안한 액상화로 인한 피해정도와 실제 피해수준을 비교하였다. 또한 LPI와 유효응력 지반응답해석의 간극수압비, 지진정보 등의 상관성을 분석하였다.
- LPI산정은 두가지 방법(지반분류 기준, 응답해석 적용)을 통해 도출하였다. 우선 지반분류가 적용된 방법은 앞서 선정된 14개의 지진파의 PGA값을 기반암 가속도로 가정하고 2.
- 또한 대상 구간의 기반암 위치와 이곳에 도달한 지진파의 크기도 정확하게 파악하기 어렵다. 따라서,이와 같은 문제점을 보완하기 위하여 대상구간의 지진환경(진원과의 이격거리, 규모, 지반 특성 등)을 고려한 강진기록을 PEER web site를 통해 수집하였다. 이때 설정된 목표 지진 환경은 포항지진으로 발생된 액상화 구간의 환경과 유사하게 설명하였으며, 이때 깊이는 4km,규모는 5.
- (1978)가 제안한 액상화로 인한 피해정도와 실제 피해수준을 비교하였다. 또한 LPI와 유효응력 지반응답해석의 간극수압비, 지진정보 등의 상관성을 분석하였다.
- 8을 적용한다. 본 연구에서는 실제 발생했던 지진을 기준으로 액상화 구간을 검토하였기에 포항지진 지역규모(ML) 5.4에 상응하는 MSF 값을 적용하였다.
- 본 연구에서는 액상화 발생구간의 지반정보와 참고문헌으로 얻어진 지반의 동적특성을 반영하여 대상구간의 유효응력해석을 수행하였으며 이때 다양한 지진 시나리오를 적용하였다. 추가적으로 LPI를 계산하고 이를 유효응력 해설결과와 비교하였다.
- 본 연구에서는 우선 간극수압의 증가를 모사하기 위해 유효응력해석을 수행하였으며 이를 통해 계산된 깊이별 결과는 Fig. 6에 도시하였다. 간극수압비(P.
- 포항지진 이후 2017년 11월에 기상청과 국립재난연구원에서는 액상화 의심사례 발생지역에 표준관입시험과 Suspension PS logging 혹은 downhole tests를 수행하였다. 본 연구에서는 토출물이 발견된 망천리(MCL) 및 송도동(SDD) 2곳을 선정하여 유효응력 지반응답해석을 수행하고 LPI를 계산하였다. 망천리(MCL)의 시추공 위치는 지표 토출물이 발견된 곳으로부터 10m 이격된 거리이며, 기반암인 풍화암대는 심도 17.
- LPI산정은 두가지 방법(지반분류 기준, 응답해석 적용)을 통해 도출하였다. 우선 지반분류가 적용된 방법은 앞서 선정된 14개의 지진파의 PGA값을 기반암 가속도로 가정하고 2.2절에서 설명된 바와 같이 지반분류별 증폭계수를 기반암가속도에 적용시켜 지표면의 가속도를 구하고 감쇠계수를 적용하여 깊이별 진동전단응력비를 산정하였다. 이때 증폭계수는 MOIS(2017)에서 제정한 기준을 준용하였다.
- 이때 증폭계수는 MOIS(2017)에서 제정한 기준을 준용하였다. 응답해석은 각 지진파의 1차원 지반응답해석을 통해 산정된 깊이별 가속도를 적용하여 진동전단응력비를 계산하였다. Table 5는 각 방법별 LPI와 앞서 산정된 유효응력해석으로 계산된 상부지층의 간극수압비를 정리하였다.
- 흙의 유효응력 모사는 Park and Ahn(2013)의 모델을 사용하였다. 이때 시추조사가 수행된 곳에 진동삼축실험과 같은 실내시험이 수행하지 않았기에 지반 분류와 상대밀도를 고려하여 CSR-N곡선을 결정하였다. 본 연구에서 사용된 CSR-N곡선은 Park et al.
- 본 연구에서는 액상화 발생구간의 지반정보와 참고문헌으로 얻어진 지반의 동적특성을 반영하여 대상구간의 유효응력해석을 수행하였으며 이때 다양한 지진 시나리오를 적용하였다. 추가적으로 LPI를 계산하고 이를 유효응력 해설결과와 비교하였다. 본 연구를 통해얻어진 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
- 0m에 분포한다. 송도동(SDD)은 송림그린공원으로 지표 토출물 발견장소 인근에서 시추하였으며, 시추조사가 수행된 지표 하부 25m까지 퇴적층이 나타났다. 대상구간의 지하수위는 지표하부 0.
- 4, 기반암 평균 전단파속도는 VS30=500m/s, 이격거리(Rrup)은 10~20km으로 설정하였다. 수집된 강진기록 13개와 PHA2에 기록된 포항지진(ML=5.4, 2017.11.15)을 해석에 적용하였으며, 적용된 지진파는 Table 4에 정리하였고 지진파의 응답스펙트럼은 Fig. 5에 도시하였다.
이론/모형
- (2018)은 포항지역 액상화 위험지도를 Iwasaki et al.(1978)가 제안한 LPI(Liquefaction Potential Index)기법을 사용하여 제안하였다. LPI는 진동전단응력비(Cyclic Stress Ratio, CSR)와 진동저항응력비(Cyclic Resistance Ratio, CRR)의 비로 결정되는 각 심도별 안전율의 합을 기반으로 평가되며, 계산된 LPI 범위에 따라 대상 지반의 액상화 피해정도가 예측된다.
- 이때 등가하중 반복횟수(N)은 Liu et al.(2001)가 제시한 액상화 평가 시 사용할 수 있는 모델을 이용했으며 지진과 같은 불규칙한 반복 응력운동을 정현하중의 등가 수로 나타낸 것이다.
- 본 연구에서는 액상화 의심 구간에 수행된 SPT 지반조사 결과를 바탕으로 해당지역의 다양한 액상화 평가를 수행하였다. CSR 산정시 유효응력 지반응답해석을 수행하였으며, Iwasaki et al.(1978)가 제안한 액상화로 인한 피해정도와 실제 피해수준을 비교하였다.
- amax는 지표면의 최대지반가속도이다. 감쇠 계수 rd는 Golesorkhi(1989)이 제안한 경험식을 통해 계산할 수 있다
- 다양한 연구자들이 진동저항응력비(CRR)의 산정법을 제안하였지만 본 연구에서는 SPT를 기준으로 제안된 Idriss and Boulanger(2010)의 모델을 이용하였다:
- 여기서, z는 심도, M은 모멘트 규모이다. 본 연구에서 지반분류와 증폭계수는 행정안전부(MOIS, 2017)에서 제정한 기준을 적용하였으며 이는 Table 1에 정리하였다.
- 본 연구에서는 심도별 수압의 변화를 확인하기 위하여 1차원 지반응답해석 프로그램인 Deepsoil v6.0(Hashashet al., 2015)을 사용하였다. 이때 점토와 사질토의 동적 곡선은 PI 지수와 깊이별 구속압 조건을 고려 할 수 있는 Darendeli(2001) 곡선을 사용하였고 자갈층과 풍화토는 흙 알갱이의 입도를 고려할 수 있는 Menq(2003)곡선을 적용하였다.
- , 2015)을 사용하였다. 이때 점토와 사질토의 동적 곡선은 PI 지수와 깊이별 구속압 조건을 고려 할 수 있는 Darendeli(2001) 곡선을 사용하였고 자갈층과 풍화토는 흙 알갱이의 입도를 고려할 수 있는 Menq(2003)곡선을 적용하였다. 흙의 유효응력 모사는 Park and Ahn(2013)의 모델을 사용하였다.
- 2절에서 설명된 바와 같이 지반분류별 증폭계수를 기반암가속도에 적용시켜 지표면의 가속도를 구하고 감쇠계수를 적용하여 깊이별 진동전단응력비를 산정하였다. 이때 증폭계수는 MOIS(2017)에서 제정한 기준을 준용하였다. 응답해석은 각 지진파의 1차원 지반응답해석을 통해 산정된 깊이별 가속도를 적용하여 진동전단응력비를 계산하였다.
- 진동전단응력비(CSR)는 지반분류에 따라 계산된 지표면의 가속도에 감쇠계수를 적용하거나, 지반응답해석을 수행하여 심도별 전단응력 혹은 가속도를 산정한다. 지반분류를 기준으로 CSR을 계산한 할 경우 Seed and Idriss (1971)가 제시한 Simplified Method를 적용하였으며 이는 식 (7)과 같다.
- 이때 점토와 사질토의 동적 곡선은 PI 지수와 깊이별 구속압 조건을 고려 할 수 있는 Darendeli(2001) 곡선을 사용하였고 자갈층과 풍화토는 흙 알갱이의 입도를 고려할 수 있는 Menq(2003)곡선을 적용하였다. 흙의 유효응력 모사는 Park and Ahn(2013)의 모델을 사용하였다. 이때 시추조사가 수행된 곳에 진동삼축실험과 같은 실내시험이 수행하지 않았기에 지반 분류와 상대밀도를 고려하여 CSR-N곡선을 결정하였다.
성능/효과
- (1) 포항지역 대상구간의 지반정보를 활용하여 유효응력해석을 수행한 결과, 입력지진의 최대 가속도가 크고 Arias계수가 높을 때 상부지층에서 액상화 현상이 발생할 것으로 나타났다. 실제 MOIS에서 수행된 GPR탐사결과에 따르면 상부지층에서 액상화 피해가 발생하였고, 이는 No.
- (3) 지반분류에 따른 증폭계수와 깊이감쇠계수를 이용하여 LPI를 산정할 경우 응답해석을 이용할 경우보다 LPI를 과대예측할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, LPI를 통한 대상구간의 액상화로 인한 피해정도를 결정할 경우 분석방법에 따른 기준이 필요할 것으로 판단된다.
- MCL의 응답해석 결과, No. 2 지진파를 적용할 경우 심도 6m부터(Fig. 7b, e) 5초 이후 단주기 성분의 진동이 증가하다 지표면에서 크게 감소하는 것으로 나타난 반면 No. 14의 응답해석결과는 지표면에서 단주기성분의 진동이 지표면에서도 유지되는 것을 확인할 수 있다. 이에 대한 원인을 분석하기 위해 시간에 따른 간극수압 비의 변화를 Fig.
- 9에 도시하였다. No. 2와 No. 14지진파를 적용한 결과, 심도 4m부터 간극수압비는 2초 이후부터 증가하는 것으로 나타났다. 이때 No.
- Table 5는 각 방법별 LPI와 앞서 산정된 유효응력해석으로 계산된 상부지층의 간극수압비를 정리하였다. 두가지 방법의 비교 결과, 지반분류에 따라 계산된 LPI는 응답해석을 이용할 경우보다 대부분 크게 산정되었는데 이는 액상화 가능 구간에서 CSR이 단순히 증폭계수와 감쇠계수만을 이용하여 계산될 경우 응답해석을 통해 산정된 값보다 크기 때문이다(Fig. 9).
- 25g 이상에서 지반분류에 따른 LPI는 5이상으로 계산된 반면 응답해석 이용시 입력지진의 크기와 상관없이 모두 5이하로 계산되었다. 따라서 실제 발생했던 피해규모로 견주어 볼 때 응답해석을 이용한 평가가 지반분류에 따른 평가보다 신뢰할 수 있는 것으로 확인되었다.
- 3의 지진파를 적용한 유효응력해석 결과와 같다. 따라서 유효응력해석을 통해 액상화 현상 예측이 가능할 것으로 나타났다.
- 2)에서는 액상화가 발생하는 것으로 나타났다. 따라서, 본 검토 구간에 전달된 기반암 운동은 최대가속도 및/혹은 진동 주기, Arias 계수, 등가하중 반복수 등이 PHA2 계측기록보다 컸을 것으로 추정된다.
- 유효응력 지반응답해석결과, Arias 계수가 큰 지진은 포항지역의 얕은 심도에서 액상화를 유발시킬 수 있는 것으로 확인되었고, 이는 MOIS(2018)의 보고와 일치한다. 포항지진으로 PHA2 관측소에 계측된 기록(No.
- (1978)가 제시한 LPI 기준에서 ‘경미한 수준(0 < LPI ≤ 5)’에 해당한다. 입력지진파의 PGA가 0.25g 이상에서 지반분류에 따른 LPI는 5이상으로 계산된 반면 응답해석 이용시 입력지진의 크기와 상관없이 모두 5이하로 계산되었다. 따라서 실제 발생했던 피해규모로 견주어 볼 때 응답해석을 이용한 평가가 지반분류에 따른 평가보다 신뢰할 수 있는 것으로 확인되었다.
- 유효응력 지반응답해석결과, Arias 계수가 큰 지진은 포항지역의 얕은 심도에서 액상화를 유발시킬 수 있는 것으로 확인되었고, 이는 MOIS(2018)의 보고와 일치한다. 포항지진으로 PHA2 관측소에 계측된 기록(No. 14)으로는 액상화 현상의 수치적 모사가 되지 않은 반면동일한 PGA이지만 Arias 계수가 더 큰 Coalinga지진(No. 2)에서는 액상화가 발생하는 것으로 나타났다. 따라서, 본 검토 구간에 전달된 기반암 운동은 최대가속도 및/혹은 진동 주기, Arias 계수, 등가하중 반복수 등이 PHA2 계측기록보다 컸을 것으로 추정된다.
후속연구
- (4) 본 연구는 대상구간에 수집된 정보를 바탕으로 설정된 기반암 운동 생성의 한계점을 내포하고 있어,포항지진으로 유발된 액상화 현상의 규명에 제한적인 결과를 도출하였다. 따라서, 포항지역의 액상화 현상을 면밀하게 규명하기 위해서는 추가적인 지반조사 및 정보가 필요할 것으로 사료된다.
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