지표면에서의 지반운동을 예측하는 지반운동예측모델은 30m까지의 평균전단파속도인 VS30을 부지효과를 나타내는 주요한 변수로 사용한다. VS30은 만약 VS주상도 깊이(z)가 30m 이상이면 주상도로부터 바로 계산할 수 있다. 하지만, 모든 부지에서 z가 30m 까지 있는 것은 아니다. 따라서, z < 30m일 경우 30m까지 연장하는 모델로부터 VS30을 예측할 필요가 있다. 이번 연구에서는 국내 지반 환경에 맞게 z가 30m 미만인 부지에서 VS30을 추정하는 예측 모델에 대한 새로운 계수를 제안하였다. 분석 자료로 기상청과 국토지반정보 통합DB센터에서 획득한 297개의 VS주상도를 활용하였고, 선행연구에서 제안한 식의 계수들을 회귀분석을 통해 새롭게 제시하였다. 분석 결과, z ≥ 15m 일 경우 대수로그 잔차의 표준편차가 약 0.061이내이므로 신뢰성 높은 VS30를 예측하는 것으로 확인하였다. z < 15m 일 경우 σ가 계속 증가하며, z = 5m일 경우 σ = 0.1으로 나타났다. 따라서, 매우 얕은 심도의 VS주상도를 모델에 적용하는 경우 주의를 요하며, 가능하다면 30m깊이까지 지반조사를 실시하여 VS30을 계산하는 것을 추천한다.
지표면에서의 지반운동을 예측하는 지반운동예측모델은 30m까지의 평균전단파속도인 VS30을 부지효과를 나타내는 주요한 변수로 사용한다. VS30은 만약 VS주상도 깊이(z)가 30m 이상이면 주상도로부터 바로 계산할 수 있다. 하지만, 모든 부지에서 z가 30m 까지 있는 것은 아니다. 따라서, z < 30m일 경우 30m까지 연장하는 모델로부터 VS30을 예측할 필요가 있다. 이번 연구에서는 국내 지반 환경에 맞게 z가 30m 미만인 부지에서 VS30을 추정하는 예측 모델에 대한 새로운 계수를 제안하였다. 분석 자료로 기상청과 국토지반정보 통합DB센터에서 획득한 297개의 VS주상도를 활용하였고, 선행연구에서 제안한 식의 계수들을 회귀분석을 통해 새롭게 제시하였다. 분석 결과, z ≥ 15m 일 경우 대수로그 잔차의 표준편차가 약 0.061이내이므로 신뢰성 높은 VS30를 예측하는 것으로 확인하였다. z < 15m 일 경우 σ가 계속 증가하며, z = 5m일 경우 σ = 0.1으로 나타났다. 따라서, 매우 얕은 심도의 VS주상도를 모델에 적용하는 경우 주의를 요하며, 가능하다면 30m깊이까지 지반조사를 실시하여 VS30을 계산하는 것을 추천한다.
Ground motion models predicting intensity measures on surface use a time-averaged shear wave velocity, VS30, as a key variable simulating site effect. The VS30 can be directly estimated from VS profiles if the profile depth (z) is greater than or equal to 30 m. However, some sites have VS profiles w...
Ground motion models predicting intensity measures on surface use a time-averaged shear wave velocity, VS30, as a key variable simulating site effect. The VS30 can be directly estimated from VS profiles if the profile depth (z) is greater than or equal to 30 m. However, some sites have VS profiles with z < 30 m. In this case VS30 can be predicted using extension models. This study proposes new coefficient sets for existing prediction equations using 297 Korea VS profiles. We have collected VS profiles from KMA and Geoinfo database. Fitting six existing methods to data, we suggest new coefficients for each method and evaluate their performance. It turns out that if z ≥ 15 m, the standard deviation (σ) of residual in log10 is 0.061, which indicates that the estimated VS30 is nearly accurate. If z < 15 m, the σ keeps increasing up to 0.1 for z = 5 m, so we caution the use of models at very low z. Nonetheless, we recommend investigating up to 30 m depth for VS30 calculation if possible.
Ground motion models predicting intensity measures on surface use a time-averaged shear wave velocity, VS30, as a key variable simulating site effect. The VS30 can be directly estimated from VS profiles if the profile depth (z) is greater than or equal to 30 m. However, some sites have VS profiles with z < 30 m. In this case VS30 can be predicted using extension models. This study proposes new coefficient sets for existing prediction equations using 297 Korea VS profiles. We have collected VS profiles from KMA and Geoinfo database. Fitting six existing methods to data, we suggest new coefficients for each method and evaluate their performance. It turns out that if z ≥ 15 m, the standard deviation (σ) of residual in log10 is 0.061, which indicates that the estimated VS30 is nearly accurate. If z < 15 m, the σ keeps increasing up to 0.1 for z = 5 m, so we caution the use of models at very low z. Nonetheless, we recommend investigating up to 30 m depth for VS30 calculation if possible.
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문제 정의
, 2017). 따라서, 이번 연구에서는 국내 지반환경에 맞는 VS30예측 모델의 개발을 위해 국내 VS 주상도를 사용하여 기존 모델들의 성능을 평가해보고, 최적화된 계수를 제안하여 얕은 VS 주상도만이 존재하는 부지에서 더욱 정확한 VS30 예측에 기여하고자 한다.
3장에서 제시한 각 모델들은 Wang and Wang(2015)의 방법을 제외하고 계수를 필요로 한다. 이번 장에서는2장에서 수집한 국내 VS주상도를 사용하여 각 모델에 대한 계수를 재산정하고, 모델의 예측 정확성에 대해 비교해 보고자 한다.
제안 방법
z < 30m인 얕은 심도의 VS주상도로부터 VS30을 예측하는 기존의 6가지의 방법을 비교하였다.
국내에서 수집한 z ≥ 30m의 총 297개(KS 주상도 53개, Geoinfo 주상도 244개)의 VS주상도를 활용하여 B04, B11, MN15, DEA13에 대한 회귀계수를 산정하였다.
, 2007)으로 나눌 수 있다. 다음으로 각 방법론의 VS30 예측식과 특징에 대해 기술하였다.
이 중 물리탐사자료가 존재하고 z ≥ 30m인 181개 사업의 256개의 지반정보를 선택하여 VS주상도를 수집하였다. 수집한 VS주상도 중 다음의 기준을 적용하여 분석대상 VS주상도를 선택하였다.
이러한 경향을 고려하기 위해 총 297개의 주상도에서 161개의 Young 부지(신생대 제4기 충적층 지역), 136개의 Old부지(신생대 제4기보다 오래된 지역)에서의 VS주상도의 깊이별 평균으로 형상곡선을 산출하였다(Fig. 5).
이번 연구에서는 VS주상도 깊이가 30m 미만일 시 VS30을 예측하는 기존의 방법들에 대해 비교분석하여 각 방법에서 제시한 모델의 계수를 국내 VS주상도 자료를 활용하여 국내 지반에 적합하도록 새롭게 제시하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
대상 데이터
결과적으로, KS주상도 53개, Geoinfo주상도 244개를 분석대상에 포함시켰다.
, 2015)와, 국토지반정보 통합DB센터의 VS주상도(Geoinfo, 2019)이다. 기상청 지진관측소(KS)는 현재 운영 중인 관측소와 폐쇄된 관측소를 합쳐 총 417개의 관측소가 있으며, 그 중 54개의 관측소에서 30m까지의 VS주상도 자료를 수집하였다. 국토지반정보 통합DB센터(Geoinfo)는 전국의 지반조사정보를 포함하는 데이터베이스로, 2020년 1월 현재 276,696개 시추공자료가 존재하며, 실시간으로 업데이트 되고 있다.
이 중 물리탐사자료가 존재하고 z ≥ 30m인 181개 사업의 256개의 지반정보를 선택하여 VS주상도를 수집하였다.
이번 연구에 사용된 자료는 기상청 지진관측소에서 조사한 VS주상도(Lee et al., 2015)와, 국토지반정보 통합DB센터의 VS주상도(Geoinfo, 2019)이다. 기상청 지진관측소(KS)는 현재 운영 중인 관측소와 폐쇄된 관측소를 합쳐 총 417개의 관측소가 있으며, 그 중 54개의 관측소에서 30m까지의 VS주상도 자료를 수집하였다.
성능/효과
(1) 단순히 VSZ만을 활용한 1차 및 2차 선형 모델(B04, BEA11)은 이번 연구에서 비교한 방법 중 가장 큰 오차를 나타낸다.
(3) 회귀계수 없이 두 깊이(z2 및 z2, z2 > z1)에서의 VSZ만을 변수로 활용하는 모델(WW15)은 VS주상도 깊이가 20m이상일 경우, 안정적인 잔차평균과 낮은 잔차표준편차를 나타낸다.
(5) VS30을 대응값으로 선형회귀분석하는 모델들은 잔차의 평균이 0으로 수렴되나, 그렇지 않은 모델은 잔차의 평균이 편향되어 있다.
(7) 매우 얕은 깊이(z < 5m)에서는 잔차표준편차의 오차율이 25%이상으로 증가하므로, 모델의 적용에 주의를 요한다.
후속연구
(7) 매우 얕은 깊이(z < 5m)에서는 잔차표준편차의 오차율이 25%이상으로 증가하므로, 모델의 적용에 주의를 요한다.위 연구 결과로 미루어, 이번 연구에서 국내 지반 환경에 맞게 제시한 새로운 계수들은 30m깊이까지 조사되기 힘든 얕은 심도 VS주상도로부터 VS30을 예측할 때 효과적으로 사용될 것으로 판단된다. 하지만, 이 결과는30m까지 직접 계측한 VS30을 대체하지는 않으며, 가능하다면 VS30계산을 위해 30m 깊이 이상으로 지반조사를 수행하는 것을 추천한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
VS30은 무엇인가?
이러한 Site term을 표현하기 위한 핵심 변수로 VS30이 많이 사용된다. VS30은 깊이 30m까지의 평균전단파속도로, 30m를 0-30m 깊이까지의 VS전파시간으로 나눈 속도로 정의된다. VS30은 국외 여러 나라의 내진설계기준에서 지반분류를 구분하는 상수로도 사용되며(ASCE, 2016), 국내에서도 2016년 이전의 내진설계기준에서 지반분류를 나타낼 때 사용되어 왔다(EESK, 1997).
암반층과 토사층의 경계면에서 큰 임피던스 대조가 이루어지는 이유는 무엇인가?
또한, 표층에 가까워질수록 지층의 구성이 암반이 아닌 토사로 이루어진다. 토사층의 VS는 인접한 암반층의 VS보다 현저히 낮아, 암반층과 토사층의 경계면에서 큰 임피던스 대조(Impedance Constrast, IC)를 이루게 된다. 단층의 파열에 의해 심층 진원지에서 발생한 진동은, 거리 증가에 따른 감쇠를 무시한다면, 지표면으로 올라올수록 낮아지는 VS에 의해 그 진폭이 커지게 된다.
매우 얕은 심도의 VS주상도를 모델에 적용할 때 주의해야 하는 이유는 무엇인가?
분석 자료로 기상청과 국토지반정보 통합DB센터에서 획득한 297개의 VS주상도를 활용하였고, 선행연구에서 제안한 식의 계수들을 회귀분석을 통해 새롭게 제시하였다. 분석 결과, z ≥ 15m 일 경우 대수로그 잔차의 표준편차가 약 0.061이내이므로 신뢰성 높은 VS30를 예측하는 것으로 확인하였다. z < 15m 일 경우 σ가 계속 증가하며, z = 5m일 경우 σ = 0.1으로 나타났다. 따라서, 매우 얕은 심도의 VS주상도를 모델에 적용하는 경우 주의를 요하며, 가능하다면 30m깊이까지 지반조사를 실시하여 VS30을 계산하는 것을 추천한다.
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