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전단저항강도비 산정 방법에 따른 액상화 평가의 변화

Liquefaction Assessment Variations with Regard to the Cyclic Resistance Ratio Estimation Methods

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.21 no.1, 2020년, pp.13 - 19  

송성완 (Department of Civil & Environmental Engineering, Dankook University) ,  김한샘 (Earthquake Research Center, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources) ,  조완제 (Department of Civil & Environmental Engineering, Dankook University)

초록
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최근 한반도 및 주변 지역에 지진 발생 횟수가 증가함에 따라 지진피해 대책 및 내진설계에 대한 중요성이 대두되고 있다. 이에 지진 발생 시 우려되는 문제 중 하나인 액상화에 대한 관심과 우려의 목소리가 높아지는 실정이다. 특정 지반에 대하여 지반정보를 활용하면 액상화 발생 여부에 대한 가능성을 평가하는 것이 가능하며 이에 대한 다양한 방법이 존재한다. 그러나 각 방법에 대한 직접적인 비교는 아직 이뤄지지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 대표적인 액상화 평가방법인 간편법에 필요한 전단저항 응력비(CRR)를 산정하는 방법 중 SPT-N값과 전단파 속도를 이용한 두 가지 방법의 비교 및 이를 활용하는데 요구되는 지반정보의 보정에 대한 비교 분석을 실시하였고 SPT-N값을 활용하여 액상화 발생 여부를 평가할 경우 더 정확한 것으로 확인되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, as the number of earthquakes increases in the Korean Peninsula and surrounding area, the importance of earthquake countermeasures and seismic design has been increasing. As a result, interest and concerns about liquefaction, which is one of the problems that concern the earthquake, are inc...

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AI 본문요약
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제안 방법

  • (1) 획득한 지반정보인 SPT-N값과 \(V_s\) 값을 통해 CRR을 산정하고 시추공 데이터와 함께 명시된 CSR을 적용하여 안전율을 계산하고 액상화 발생 가능성을 평가하였다. 평가 결과를 실제 액상화 발생 여부와 비교해 본 결과 SPT-N값으로 계산한 경우 전체 시추공에 대해 84.
  • (2) 시추공의 대표 N값은 보정을 수행한 후 CRR 결정에 활용되기 때문에 보정 여부의 차이를 확인해보고자 보정을 수행하지 않고 CRR값을 산정하여 액상화 평가를 진행하였다. 평가 결과 액상화 발생지역은 100%, 액상화 미 발생지역은 45.
  • 이에 본 연구에서는 Cetin et al.(2016)이 제시한 전 세계 지진 발생지역 내의 210개의 시추공 데이터를 확보하여 이에 대한 지반정보 중 표준관입시험값(SPT-N)과전단파 속도(\(V_s\))를 통해 CRR값을 결정하고 액상화 발생 가능성을 평가하였다. 또한, 평가결과를 실제 발생 여부와 비교하여 여러 지반정보 활용방법 간의 정확도를 계산하고 비교하는 작업을 수행하였다
  • (2016)이 제시한 전 세계 지진 발생지역 내의 210개의 시추공 데이터를 확보하여 이에 대한 지반정보 중 표준관입시험값(SPT-N)과전단파 속도(\(V_s\))를 통해 CRR값을 결정하고 액상화 발생 가능성을 평가하였다. 또한, 평가결과를 실제 발생 여부와 비교하여 여러 지반정보 활용방법 간의 정확도를 계산하고 비교하는 작업을 수행하였다
  • 각각의 방법은 해당 물성 값을 이용하여 CRR값을 산정하는 경험식에 대입하는 방식으로 결정되는데, 이때 물성 값을 보정하여 사용하는 것이 일반적이다. 본 연구 에서는 SPT-N값과 \(V_s\)값을 확보하여 두 가지 물성값으로 산정한 CRR값을 통해 안전율을 계산하여 비교작업을 수행 했다.
  • 값을 이용하여 CRR을 결정한 후 액상화 발생 가능성을 평가하고, 해당 지역의 실제 액상화 발생 여부와 비교한 결과를 나타낸 표이다. 본 연구 에서는 전체 시추공에 대해 실제로 액상화가 발생한 경우와 그렇지 않은 경우로 나눠 실제 결과와 비교를 통해 정확도를 계산해보았다.
  • 본 연구는 액상화 평가 간편법을 사용하여 액상화를 평가하는데 필요한 전단저항강도비(Cyclic Shear stress Raio) 를 산정하는 지반정보 중 SPT-N값과 \(V_s\)값을 활용한 경우에 대한 정확도를 비교 분석하였고 그 결론은 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 액상화 발생 가능성을 평가하는 방법으로 지반정보를 활용하여 결정한 전단저항강도비(CRR)와 전단 응력비(CSR)의 비를 통해 안전율을 계산하는 방법인 간편 예측법을 사용하였다. 안전율은 다음 Eq.
  • 위의 절차를 거쳐 지반정보별로 CRR값을 결정하고 지반 정보와 함께 시추공 데이터에 명시된 CSR값을 활용하여 안전율을 산정하고 실제 액상화 발생 여부와 비교해보았다. CRR값은 시추공의 대표 N값을 보정한 \((N_1)_{60CS'}\) , 시추공 데이터에 명시된 12m 지점에서의 전단파 속도 \(V_{S,12m'} \) , 대표 N 값을 보정하지 않은 \(N_{mean}\) 값을 활용하여 결정하였다.
  • SPT-N값으로 액상화를 평가하는 경우 N값을 보정하는 절차를 거치게 된다. 이때 보정의 여부가 정확도에 미치는 영향을 알아보고자 보정을 하지 않은 N값을 이용해 CRR 값을 산정하여 안전율을 계산하였다. 계산한 안전율과 실제 발생 여부를 비교한 결과를 Table 4에 표시하였다.

대상 데이터

  • (2016)이 제시한 시추공 데이터에 명시된 아시아 및 아메리카 지역의 지진 발생 위치를 표시하였고, Table 1은 각 지역별 지진별로 시추공 개수, 액상화 발생 여부, 지진의 규모를 나타내었다. 본 연구에서는 액상화 평가 간편법을 통해 액상화 발생 가능성을 평가하기 위한 전처리 작업으로 지진 발생지역에 대한 지반정보를 가진 210개의 시추공 데이터를 다음과 같이 활용하였다. 활용한 지반정보는 시추공당 하나씩 존재하는 대표 SPT-N값, 심도 12m에서의 전단파 속도(\(V_s\)), 최대지반가속도, 응력 감쇠 계수, 지진 규모, 토층 노화에 따른 보정계수, N값 보정에 필요한 보정계수가 있다.

데이터처리

  • 위의 절차를 거쳐 각 N값과 \(V_s\)값을 통해 얻은 CRR값을 이용하여 안전율을 계산하였다.

이론/모형

  • 국내에서는 Seed et al.(1985)이 제안한 액상화 평가 간편법을 활용 하여 액상화 발생 가능성을 예측한다. 간편법은 전단저항강 도비(Cyclic Resistance Ratio, CRR)와 전단응력비(Cyclic Shear stress Ratio, CSR)의 비를 안전율로 정의하여 1.
  • 액상화 흐름도는 Seed et al.(1985)이 제안한 액상화 평가법을 기반으로 하여 작성되었다. 이 중 액상화 평가 간편법은 안전율이 1.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
액상화란? 최근 우리나라 경주 및 포항 일대 지진 발생과 포항 일대 액상화 현상 발견으로 인해 내진설계 및 지반보강에 대한 필요성이 대두되고 있다. 액상화란 느슨한 모래 지반에 발생하는 진동하중에 의해 간극수압이 증가하여 지반이 전단 강도를 상실하고 액체처럼 흐르는 현상을 말한다. 액상화 현상이 발생하면 지반의 상부 구조물 혹은 지상의 물체가 급격히 침하하게 되는 심각한 피해가 발생할 가능성이 생긴다.
액상화 발생 여부를 정확하게 평가해야 하는 이유는? 액상화란 느슨한 모래 지반에 발생하는 진동하중에 의해 간극수압이 증가하여 지반이 전단 강도를 상실하고 액체처럼 흐르는 현상을 말한다. 액상화 현상이 발생하면 지반의 상부 구조물 혹은 지상의 물체가 급격히 침하하게 되는 심각한 피해가 발생할 가능성이 생긴다. 따라서 액상화가 발생할 것인지를 예측하는 액상화 발생 여부에 대한 정확한 평가가 요구되는 바이다.
국내에서 액상화 발생 가능성을 예측하기 위해 활용하는 방법은? 따라서 액상화가 발생할 것인지를 예측하는 액상화 발생 여부에 대한 정확한 평가가 요구되는 바이다. 국내에서는 Seed et al.(1985)이 제안한 액상화 평가 간편법을 활용 하여 액상화 발생 가능성을 예측한다. 간편법은 전단저항강 도비(Cyclic Resistance Ratio, CRR)와 전단응력비(Cyclic Shear stress Ratio, CSR)의 비를 안전율로 정의하여 1.
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참고문헌 (6)

  1. Cetin, K. O., Seed, R. B., Kayen, R. E., Moss, R. E., Bilge, H. T., Ilgac, M. and Chowdhury, K. (2016), Summary of SPT based field case history data of CETIN (2016) database (No. METU/GTENG 08/16-01), Middle East Technical University. 

  2. Seed, H. B., Tokimatsu, K., Harder, L. F. and Chung, R. M. (1984), The influence of SPT procedures on soil liquefaction resistance evaluations, Report No. UCB/EERC-84/15. Earthquake Engineering Research Center, University of California at Berkeley. 

  3. Seed, H. B., Tokimatsu, K., Harder, L. F. and Chung, R. M. (1985), Influence of SPT procedures in soil liquefaction resistance evaluations, Journal of Geotechnical Engineering, 111(12), pp. 1425-1445. 

  4. Skempton, A. W. (1986), Standard penetration test procedures and the effects in sands of overburden pressure, relative density, particle size, ageing and overconsolidation, Geotechnique, 36(3), pp. 425-447. 

  5. National Center for Earthquake Engineering Research (NCEER) (1997), Proceedings of the NCEER Workshop on Evaluation of Liquefaction Resistance of Soils, T. L. Youd and I. M. Idriss. editors, Technical Report NCEER-97-022. 

  6. Youd, T. L. and Idriss, I. M. (2001), Liquefaction resistance of soils: summary report from the 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF workshops on evaluation of liquefaction resistance of soils, Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, 127(4), 297-313. 

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