[논문]액상화 평가를 위한 지층심도DB 구축 방안

강병주; 황범식; 김한샘; 조완제

doi:10.14481/jkges.2019.20.3.39

초록
AI-Helper

액상화란 느슨한 사질토 지반에서 지진과 같은 큰 진동하중이 발생하여 과잉간극수압이 급격히 증가해 전단강도를 상실하는 현상으로 국내 포항에서 발생한 액상화 현상과 더불어 그 관심이 증가하고 있는 추세이다. 이러한 액상화 평가는 주로 Seed and Idriss(1982)가 제시한 반경험적 방법을 통해 수행할 수 있으며 시추공 DB와 SPT에서 얻어진 관입저항력을 기초로 액상화 위험을 평가할 수 있지만 획득된 시추공 DB는 일정 구역을 대표하지 못하는 문제를 내재하고 있다. 따라서 본 연구는 액상화 평가의 필요한 지반정보를 분류 및 검토하여 지반정보의 DB구축방안을 모색하고 지리정보시스템(GIS)을 활용하여 공간보간을 수행해 액상화 평가 대상이 되는 지층의 대표성 문제를 해소하고자 하였다. 액상화 발생이 예상되는 지층의 두께를 정의하는 방안에 따라 세 가지 지층심도DB구축 방안을 제시하였고 교차검증을 통해 제시한 구축방안의 정밀도를 비교, 분석하여 액상화 평가에 적합한 지층심도DB구축 방안을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The liquefaction is a phenomenon that the effective stress becomes zero due to the rapidly accumulated excess pore water pressure when a strong load acts on the ground for a short period of time, such as an earthquake or pile driving, resulting in the loss of the shear strength of the ground. Since ...

The liquefaction is a phenomenon that the effective stress becomes zero due to the rapidly accumulated excess pore water pressure when a strong load acts on the ground for a short period of time, such as an earthquake or pile driving, resulting in the loss of the shear strength of the ground. Since the Geongju and Pohang earthquake, liquefaction brought increasing domestic attention. This liquefaction can be assessed mainly through the semi-empirical procedures proposed by Seed and Idriss (1982) and the liquefaction risk based on the penetration resistance obtained from borehole DB and SPT. However, the geotechnical information data obtained by the in-situ tests or boring information fundamentally have an issue of the representative of the target area. Therefore, this study sought to construct a ground information database by classifying and reviewing the ground information required for liquefaction assessment, and tried to solve the representative problem of the soil layer that is subject to liquefaction evaluation by performing spatial interpolation using GIS.

Keyword

표/그림 (13)

표 Table 1. Cases where the liquefaction assessment can be skipped under current design provision
그림 Fig. 1. Boreholes location in Incheon’s harbor (Area 1)
표 Table 2. Geotechnical information required for the liquefaction assessment
표 Table 3. Summary of soil properties for simplified procedure
그림 Fig. 2. Boreholes location in reclamed land of Songdo (Area 2)
그림 Fig. 3. Boreholes location in Saemangeum (Area 3)
표 Table 4. Summary of target area
그림 Fig. 4. Results of spatial interpolation in Target areas areas
그림 Fig. 5. Correlation between measured value and predicted value in Area 1
그림 Fig. 6. Correlation between measured value and predicted value in Area 2
그림 Fig. 7. Correlation between measured value and predicted value in Area 3
그림 Fig. 8. Average of RMSE with regard to interpolation method in Area 1,2 and 3
표 Table 5. Summary of RMSE

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그러므로 본 연구에서는 액상화재해도를 위한 연구에 일환으로 액상화 평가 설계기준에 근거하여, 액상화 평가에 필요한 지반정보 중 액상화 발생 가능 지층을 분류 및 선별 하고 공간보간을 통해서 보다 정밀한 지층 두께를 파악하고자 하였다.
국내 대표 매립지역인 세 곳을 분석대상 지역으로 선정하고 두께를 정의하는 세 가지 구축방안을 제시하여 구축방안에 따르는 정밀도를 비교, 분석하였다. 또한 시추를 통해 획득한 지반정보를 공간보간을 수행하는데 보다 적합한 구축방안을 제시하여 액상화 평가에 최적화된 지반정보DB 구축방안을 제안하고자 하였다.
본 연구에서는 지구통계학적 방법 중 하나인 kriging을 통해 시추공 정보를 공간보간하여 1차원 정보를 2차원 정보로 구축하고 지역의 대표성의 문제를 보완하고자 하였다. 여기서, kriging이란 예측지점에서 특성 값을 이미 값을 알고 있는 주위 값들의 가중선형조합으로 예측하는 공간보간 법이며 Eq.
본 연구는 국내 대표적 매립지역, 인천 남항 컨테이너 터미널, 송도 간척지, 새만금 간척지를 대상으로 하여 액상화 평가를 위한 최적의 지층심도DB 구축방안을 제시하고자 하였으며 결론은 다음과 같다.

가설 설정

편의를 위해 본 논문은 인천항 컨테이너의 분석지역을 Area 1, 송도 간척지의 분석지역을 Area 2, 새만금 간척지의 분석지역은 Area 3으로 지칭하여 서술하였고 분석영역이 모두 해안에 위치하므로 지반은 모두 포화상태에 있다고 가정하였다. 분석지역은 매립지역으로 첫 번째로 출현한 지층은 대부분 모래지층이었으며 이후 발견된 지층은 실트 혹은 점토로 분포하였다.

제안 방법

국내 대표 매립지역인 세 곳을 분석대상 지역으로 선정하고 두께를 정의하는 세 가지 구축방안을 제시하여 구축방안에 따르는 정밀도를 비교, 분석하였다. 또한 시추를 통해 획득한 지반정보를 공간보간을 수행하는데 보다 적합한 구축방안을 제시하여 액상화 평가에 최적화된 지반정보DB 구축방안을 제안하고자 하였다.
(2010)는 지층분포추정을 위하여 단순 크리깅, 정규 크리깅, 일반 크리깅을 적용하여 각각 공간보간을 수행하였고 그 결과 정규크리깅을 통하여 지층 두께를 추정하는 방법이 가장 합리적인 방법임을 확인하였다. 따라서 본 논문에서는 Ordinary kriging을 활용하여 액상화 발생지층의 두께를 산출하였다.
이에 본 연구는 공간보간한 액상화 발생지층을 보다 정밀히 파악하기 위해서 분석지역에 시추공들을 모두 비교 분석하여 액상화 평가 대상이 되는 지층을 우선 선별하였다. 또한 그 지층이 출현하지 않는 시추공 정보는 기지점으로 활용하여 액상화 발생지층의 두께를 공간보간하였으며 두께를 정의하는 방법과 kriging을 수행하는 횟수에 따라서세 가지의 지층심도DB 구축방안 Method A, Method B, Method C를 제시하였다.
이에 본 연구는 공간보간한 액상화 발생지층을 보다 정밀히 파악하기 위해서 분석지역에 시추공들을 모두 비교 분석하여 액상화 평가 대상이 되는 지층을 우선 선별하였다. 또한 그 지층이 출현하지 않는 시추공 정보는 기지점으로 활용하여 액상화 발생지층의 두께를 공간보간하였으며 두께를 정의하는 방법과 kriging을 수행하는 횟수에 따라서세 가지의 지층심도DB 구축방안 Method A, Method B, Method C를 제시하였다.
① 시추공 정보에서 얻을 수 있는 지층의 두께를 산출한 후 공간보간하여 두께를 산출(Method A) : 지층 두께 값을 산출하는 방안 중 가장 접근하기 용이한 방안이며 공간 보간을 수행하기 이전에 획득한 시추공의 지층정보를 통하여 액상화 발생지층의 두께 값을 계산한다. 이때 발견되지 않는 두께 값 또한 0으로 두어 시추공 정보를 기지점으로 활용하고 계산된 두께 값을 공간보간하여 분석지역의 액상화 발생 지층의 두께 값을 산출한다.
(1) 액상화 평가에 활용되는 지반정보들을 Table 2와 같이 간편법과 상세법으로 분류하여 정리하였으며 Table 3과 같이 액상화 평가 중 간편법에서 활용할 수 있는 지반 정보DB를 제시하였다.
(2) 본 연구는 액상화 평가 대상인 지층 두께를 정의하는 방법에 따라서 ① 시추공 정보에서 얻을 수 있는 지층의 두께를 산출한 후 공간보간하여 두께를 산출(Method A) ② 시추공 정보의 지표고를 공간보간하고 지층의 종결 심도를 공간보간하여 그 차이 값을 통해 두께를 산출 (Method B) ③ 시추공 정보의 지표고를 공간보간하고 기지점을 활용하지 않은 채 지층의 종결심도를 공간보간하여 그 차이 값을 통해 두께를 산출(Method C) 세 가지 지층심도DB 구축 방안을 제시하고 비교 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 액상화 평가를 위한 지반정보DB 구축을 위해 국내 대표 해안매립지역으로 인천 남항 컨테이너 터미널, 인천 송도 간척지, 새만금 간척지를 분석대상지역으로 선택하였다. Fig.

데이터처리

본 연구에서는 지층심도DB 구축방안에 따른 정밀도 검토를 위해 교차검증 기법을 적용하였다. 여기서 교차검증이란, 대상영역의 기지점의 자료 가운데 하나의 물리량을 미지 값으로 가정하고 주위에 나머지 자료로부터 이를 공간보간을 통해 예측함으로써 실측된 물리량과 예측된 물리량의 차이를 분석하는 기법으로써 정성적으로 예측값과 실측값의 관계를 확인할 수 있다.
여기서 교차검증이란, 대상영역의 기지점의 자료 가운데 하나의 물리량을 미지 값으로 가정하고 주위에 나머지 자료로부터 이를 공간보간을 통해 예측함으로써 실측된 물리량과 예측된 물리량의 차이를 분석하는 기법으로써 정성적으로 예측값과 실측값의 관계를 확인할 수 있다. 또한 평균제곱근오차(RMSE, Root Mean Square Error)를 활용하여 대상 영역에 대한 지반정보 정밀도를 정량적으로 확인하였다. 여기서, RMSE이란 잔차제곱의 평균에 제곱근을 취한 것으로 Eq.
구축방안에 따라 교차검증과 예측값과 실제값의 경향을 비교분석하기 위해 x축에는 실측값, y축은 예측값으로 정의 하여 공간보간을 통해 얻어진 실측값과 예측값의 상관관계를 분석하였다. 실측값과 예측값으로 이루어진 좌표값이 1:1-Line 주변으로 분포되어있다면 이는 실측값과 예측값의오차가 적다는 것을 정성적으로 판단할 수 있다.
(3) 제시한 지층심도DB 구축 방안에 따르는 정밀도 분석을 위해 교차검증과 RMSE를 비교 분석하였다. Fig.

성능/효과

Method A 방안은 분석지역에 따라서 RMSE가 대체로 일정한 값을 보이는 것을 확인할 수 있는데 이는 두께 자체 값만을 공간보간하므로 지역의 지표고 경향과 지층의 종결심도의 경향이 반영되지 않는 것이라 판단된다. 이와 비교하여 Method B와 Method C는 지표고와 지층종결심도의 경향을 고려한 방안으로써 두 가지 방안 중 Method B 방안이 예측값과 실측 값의 오차가 보다 적고 RMSE 또한 낮게 산출되어 세 가지 방안 중 가장 정밀한 구축방안임을 확인할 수 있었다.
Method A 방안은 분석지역에 따라서 RMSE가 대체로 일정한 값을 보이는 것을 확인할 수 있는데 이는 두께 자체 값만을 공간보간하므로 지역의 지표고 경향과 지층의 종결심도의 경향이 반영되지 않는 것이라 판단된다. 이와 비교하여 Method B와 Method C는 지표고와 지층종결심도의 경향을 고려한 방안으로써 두 가지 방안 중 Method B 방안이 예측값과 실측 값의 오차가 보다 적고 RMSE 또한 낮게 산출되어 세 가지 방안 중 가장 정밀한 구축방안임을 확인할 수 있었다.
정성적인 측면에서 Method B가 Method A와 Method C보다 실측값과 예측 값의 오차의 발생이 가장 적게 발생 하는 것을 확인할 수 있었고 Table 5와 Fig. 8을 통해 RMSE 또한 Method B가 분석지역별로 낮게 산출되어 가장 정밀한 DB구축방안임을 확인할 수 있었다.
(4) Method A 방안은 분석지역에 따라 일정한 RMSE를 보였으며 이는 지표고와 종결심도의 경향을 반영하지 않고 지층 두께 자체만을 공간보간한 결과로 판단된다. Method C 방안은 분석지역별로 RMSE 차이가 크게 발생하였으며 이는 일반적으로 기기점을 활용하지 않기 때문에 Method B보다는 정밀도가 낮고 지역에 따르는 지표고 경향과 시추공 위치에 따라서 영향을 많이 받는 것이라 판단된다.
(4) Method A 방안은 분석지역에 따라 일정한 RMSE를 보였으며 이는 지표고와 종결심도의 경향을 반영하지 않고 지층 두께 자체만을 공간보간한 결과로 판단된다. Method C 방안은 분석지역별로 RMSE 차이가 크게 발생하였으며 이는 일반적으로 기기점을 활용하지 않기 때문에 Method B보다는 정밀도가 낮고 지역에 따르는 지표고 경향과 시추공 위치에 따라서 영향을 많이 받는 것이라 판단된다. Area 2의 경우, Method B보다 Method C 방안이 보다 RMSE가 높은 것을 확인할 수 있었는데 이는 시추공 정보가 균일하게 사각형 영역으로 분포하였고 기지점으로 활용되지 않는 정보를 제거하여도 공간보간 결과에 따르는 영향을 주지 않는 것이라 판단된다.
액상화 평가를 위한 지반정보 중 액상화 발생 가능 지층의 두께를 구축방안별로 분석 결과, Method B 방안이 가장 정밀한 구축방안임을 확인할 수 있었다.

후속연구

따라서 앞서 제시한 조건을 근거로 본격적인 액상화 평가에 앞서서 평가 대상영역에서의 지반정보를 정확히 파악하여 액상화 평가를 수행하는 것이 중요할 것이다. Table 2 는 국내 도로교설계기준(2008)과 도시철도설계기준(MLIT, 2017)에 근거하여 액상화 평가에 필요한 지반정보 항목들을 정리한 표이며 Table 3은 시추공 정보에서 간편법으로 액상화 평가를 수행할 때 필요한 지반정보를 정리한 표이다.
하지만 Method C는 기지점을 제거 후 공간보간하기 때문에 이러한 위험을 사전에 제거할 수 있다. 따라서, 앞선 두 방안을 적용하여 RMSE를 산출한 결과가 유사하다면 Method C를 채택하는 것이 보다 합리적으로 두께를 산출할 수 있을 것이라 판단된다.
향후 연구에서는 두께뿐만 아니라 액상화 평가에 필요한 지반정보를 대상으로 공간보간을 통한 신뢰도 분석과 지반 정보DB 구축 방안을 제시할 수 있을 것이다.

참고문헌 (11)

Gang, B. J., Hwang, B., S., Park, H. W. and Cho, W. J. (2018), Optimal input database construction for 3D dredging quantification, Journal of the Korean Geo-Environmental Society, Vol 19, No 5, pp. 23-31 (In Korean).
Kim, D. H., Ryu, D. W., Lee, J. H., Choi, I. G., Kim, J. K. and Lee, W. J. (2010), Comparative Studies of Kriging Methods for Estimation of Geo-Layer Distribution of Songdo international City in Incheon, Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol. 26, No. 5, pp. 57-64 (In Korean).
Ministry of Land (2008), Transport and Maritime Affairs, "Korean Highway Bridge Design Code", Korea Road and Transportation Association (In Korean).
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MLIT) (2017), Urban railway seismic design criteria, pp. 29-40 (In Korean).
Seed, H. B. and Idriss, I. M. (1982), Ground motions and soil liquefaction during earthquakes, Earthquake Engineering Research Institute, Oakland, CA.
Sitharam, T. G., GovindarRaju, L. and Murthy, B. R. S. (2004), Evaluation of liquefaction potential and dynamic properties of silty sand using cyclic triaxial testing, Geotechnical Testing Journal, Vol. 27, No. 5, pp. 423-429.

상세보기
Seo, M. W., Sun, C. G. and Oh, M. H. (2009), LPI-based Assessment of liquefaction potential on the west coastal region of Korea, Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, Vol. 13, No. 4, pp. 1-13 (In Korean).
Seo, M. W., Scott, M. O., Sun, C. G. and Oh, M. H. (2012), Evaluation of liquefaction potential index along western coast of South Korea using SPT and CPT, Marine Georesources and Geotechnology, Vol. 30, No. 3, pp. 234-260.

상세보기
Saeed-ullah, J. M., Park, D. H., Kim, H. S. and Park, K. C. (2016), Cyclic simple shear test based design liquefaction resistance curve of granular soil, Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol. 32, No. 6, pp. 49-59 (In Korean).
Song, Y. W., Chung, C. K., Park, K. H. and Kim, M. G. (2018), Assessment of liquefaction potential using correlation between shear wave velocity and normalized LPI on urban areas of Seoul and Gyeongju, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 38, No. 2, pp. 357-367.
Park, S. S. and Kim, Y. S. (2013), Liquefaction resistance of sands containing plastic fines with different plasticity, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 139, No. 5, pp. 825-830.

상세보기

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 액상화 평가를 위한 지층심도DB 구축 방안
Soil Depth Information DB Construction Methods for Liquefaction Assessment 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

표/그림 (13)

표/그림 (13)

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

성능/효과

후속연구

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 액상화 평가를 위한 지층심도DB 구축 방안 Soil Depth Information DB Construction Methods for Liquefaction Assessment 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

표/그림 (13) 모든 표/그림 보기

표/그림 (13) 슬라이드로 보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

성능/효과

후속연구

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

강병주 (2) 황범식 (13) 김한샘 (9) 조완제 (40)

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문 더보기

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 액상화 평가를 위한 지층심도DB 구축 방안
Soil Depth Information DB Construction Methods for Liquefaction Assessment 원문보기

초록
AI-Helper

표/그림 (13)

표/그림 (13)

AI 본문요약
AI-Helper

활용도 Top5 논문