[논문]현장실험 및 동적실내실험을 이용한 포항지역 동적 지반특성 평가

김종관; 곽태영; 한진태; 황병윤; 김기석

doi:10.7843/kgs.2020.36.9.5

현장실험 및 동적실내실험을 이용한 포항지역 동적 지반특성 평가
Evaluation of Dynamic Ground Properties of Pohang Area Based on In-situ and Laboratory Test 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.36 no.9, 2020년, pp.5 - 20

김종관 (한국건설기술연구원) , 곽태영 (한국건설기술연구원) , 한진태 (한국건설기술연구원) , 황병윤 (서울대학교) , 김기석 ((주)희송지오텍)

초록
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2017년 발생한 포항지진에서는 계기지진 이래 처음으로 액상화 현상이 목격되었다. 본 연구에서는 액상화 현상이 목격된 포항시 (1) 송림공원, (2) 흥해읍 망천리, (3) 흥안리를 대상으로 다양한 지반조사 및 실내실험을 수행하였다. 액상화 발생위치의 동적특성을 파악하기 위해 지반조사 항목으로는 표준관입시험(SPT), 콘관입시험(CPT), 표면파탐사(MASW), 밀도검층, 다운홀테스트, 전기비저항탐사를 수행하였고, 현장에서 채취한 시료를 바탕으로 진동삼축압축 시험기를 통해 액상화실험을 수행하였다. 그 결과 세 곳 모두 지하수위가 높고 얕은 심도에 연약한 모래층이 존재하며, 송림공원에서 채취한 모래는 주문진 표준사, Toyoura 모래, Ottawa 모래에 비해 액상화 저항강도가 작은 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In 2017, after the Pohang earthquake, liquefaction phenomena were firstly observed after the observation of domestic earthquake by epicenter. In this study, various in-situ tests and laboratory tests were performed to determine the dynamic properties in (1) Songlim Park, (2) Heunghae-eup, Mangcheon-ri and (3) Heungan-ri, Pohang. As a site investigation, the standard penetration test (SPT), cone penetration test (CPT), multichannel analysis of surface wave (MASW), density logging, downhole test, and electrical resistivity survey were performed. In addition, cyclic triaxial test against sampled sand from site was also conducted. Based on the result, high ground water level and loose sand layer in shallow depth were observed for all sites. In addition, liquefaction resistance ratio of soil sampled from Songlim park was lower than those of Jumunjin sand, Toyoura sand, and Ottawa sand.

주제어

표/그림 (24)

그림 Fig. 2. Locations of In-situ investigation in each site
그림 Fig. 1. Locations of In-situ investigation in Pohang area
표 Table 1. List of in-situ investigation
표 Table 2. Specification of in-situ test equipments
그림 Fig. 3. SPT-N value and soil profile of Site-1 (Songdo)
표 Table 3. Details of standard penetration test
그림 Fig. 4. SPT-N value and soil profile of Site-3 (Mangcheon-ri)
그림 Fig. 5. SPT-N value and soil profile of Site-3 (Heungan-ri)
표 Table 4. Rod energy transfer test result
그림 Fig. 6. Cone penetration test result
그림 Fig. 7. Density logging test result
그림 Fig. 8. Downhole test result
그림 Fig. 9. Electrical resistivity survey result (Site 1)
표 Table 5. Downhole test result and the consequent dynamic properties
그림 Fig. 10. Multichannel analysis of surface waves (MASW) result (Site 1)
그림 Fig. 11. Comparison of shear wave velocity resulted from diverse site investigation method
표 Table 6. Correlation between SPT and shear wave velocity
표 Table 7. Correlation between CPT and shear wave velocity
그림 Fig. 12. Testing apparatus for cyclic triaxial tests
표 Table 8. Physical properties of Pohang sand (Site 1 : 1.0-1.8 m)
표 Table 9. Test conditions of cyclic triaxial test
그림 Fig. 13. Cyclic triaxial test results (Test 3)
표 Table 10. Results of cyclic triaxial test
그림 Fig. 14. Liquefaction resistance curves for Pohang sand

AI 본문요약
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문제 정의

실제 액상화 현상의 발현은 지층구성 및 특성 외에도 지진원 및 경로 측면을 고려한 지진외력의 변동성이 원인이 될 수 있다. 다만, 본 연구에서는 액상화 현상의 다양한 원인 중 포항시의 지층 구성의 측면을 조사하기 위해 상세조사를 수행하였다.
본 연구는 현장시험 결과와 실내시험 결과를 제시하였으며, 이를 통해 포항 지역에서의 전반적인 액상화 관련 특성을 확인할 수 있었다. 다만, 자세한 액상화 저항 특성에 대한 내용은 별도의 논문에서 추가적인 실내시험 결과를 활용하여 고찰하고자 한다.
본 연구는 현장시험 결과와 실내시험 결과를 제시하였으며, 이를 통해 포항 지역에서의 전반적인 액상화 관련 특성을 확인할 수 있었다. 다만, 자세한 액상화 저항 특성에 대한 내용은 별도의 논문에서 추가적인 실내시험 결과를 활용하여 고찰하고자 한다.
본 연구에서는 2017년 포항 지진 시 액상화가 발생한 3개소에 대하여 다양한 지반조사 방법을 통해 지반특성을 평가하였다. 지반조사는 조사방법에 따른 장･단점이 있고, 얻을 수 있는 정보(물리량)가 다르다.

가설 설정

7-90%의 범위로 나타나, 평균값인 77%를 에너지 전달율로 적용하여 식 (1)에 따라 표준관입시험에서 얻어진 타격횟수(N)을 N60으로 환산하였다. Site 2, 3에 대해서는 동일 장비 사용 등으로 인해 동일 에너지 효율이 나타났을 것으로 가정하여 분석을 진행하였다.

제안 방법

각각의 시추공은 회전수세식, 무수보링, 오거보링을 현장상황에 맞게 혼용하였다. SPT 에너지 효율시험에는 Pile Dynamics 사의 SPT-A(Standard Penetration Test Analyzer)를 이용하였으며, 특수 제작한 로드에 가속도계 2대, 변형률계 2대를 연결하여 시험을 수행하였다. SPT 해머 타격 시 드릴 로드에 전달되는 에너지의 양은 장비의 종류와 운영조건에 따라 변화하기 때문에 같은 N 값이라 하더라도 에너지 효율에 따라 그 의미가 달라질 수 있다.
Table 1은 본 연구에서 수행한 조사 위치별 지반조사 항목을 나타낸다. SPT 에너지 효율실험, 전기비저항탐사, MASW는 Site-1(송도동)에서만 수행하였다. 또한, 현장시료를 채취하여 동적실내실험을 진행하였다.
Table 10은 각 시험 조건 별 액상화 발생 시점까지의 반복 재하 횟수를 나타낸다. 가해지는 반복전단응력비에 대한 액상화 발생 시점에서의 반복 재하 횟수의 관계를 토대로 Fig. 14와 같이 액상화 저항 곡선을 도시하였다. 액상화 저항 곡선은 관련 연구에서 주로 사용되는 Idriss and Boulanger(2008)이 제안한 급수함수 형태의 경험식을 적용하였다.
각 시험 별로 연직 반복 하중 재하 중 발생하는 축변형률 및 과잉간극수압을 토대로 다음과 같은 결과를 확인하였다: (1) 반복횟수에 따른 연직변형률, (2) 반복횟수에 따른 과잉간극수압, (3) 응력-변형률 곡선, (4) 유효 응력 경로. 각 CSR 별 결과는 대체로 유사한 거동을 보였으며, 대표적 예시는 Fig.
표준관입시험은 국내에서 가장 널리 사용되는 DESCO사의 SP4000을 사용하였다. 각각의 시추공은 회전수세식, 무수보링, 오거보링을 현장상황에 맞게 혼용하였다. SPT 에너지 효율시험에는 Pile Dynamics 사의 SPT-A(Standard Penetration Test Analyzer)를 이용하였으며, 특수 제작한 로드에 가속도계 2대, 변형률계 2대를 연결하여 시험을 수행하였다.
2와 같다. 각각의 조사는 서로 간의 간섭을 피하도록 2-3m 간격을 두고 실시하였다.
본 연구에서는 다양한 지반조사 방법에 따른 결과를 토대로 비교를수행했다. 대부분의 조사 결과가 재난안전연구원에서 수행한 결과(NDMI, 2017)와 유사하였으나, 특히 다운 홀테스트 결과가 높은 일치성을 보였기 때문에 포항시 3개소에서 진행한 SPT, CPT 결과를 기존에 제안된 상관식을 바탕으로 전단파속도(Vs)로 변환하여 서로 다른 지반조사방법에 따른 결과를 비교하였다. Table 6과 7은 각각 SPT 및 CPT 결과로부터 전단파 속도를 추정하는데 활용한 식을 나타낸다.
본 연구에서는 2017년 포항 지진 시 국내 계기지진 이후 최초로 액상화 현상이 발생한 포항시북구의 송림 공원, 흥해읍 망천리, 흥해읍 흥안리를 대상으로 표준관 입시험, 콘관입시험, 표면파탐사(MASW), 다운홀테스트, 전기비저항탐사, 밀도검층을 수행하였다. 또한 현장에서 채취한 시료를 대상으로 진동삼축압축 시험기를 활용하여 액상화 강도 시험을 실시하였다. 모든 결과는 2017년 국립재난안전연구원에서 수행한 지반조사 결과와 비교하였고, 연구에서 얻어진 결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 도출하였다.
전기식 콘 내부에는 선단 저항력과 슬리브의 주변 마찰력을 측정하는 로드셀(Load cell)이 내장되어 있다. 또한, 콘 내부에 설치된 간극수압계를 이용하여 콘 관입 중에 발생하는 간극수압을 측정하였다.
SPT 에너지 효율실험, 전기비저항탐사, MASW는 Site-1(송도동)에서만 수행하였다. 또한, 현장시료를 채취하여 동적실내실험을 진행하였다. 각 Site의 상세한 조사 위치는 Fig.
또한 현장에서 채취한 시료를 대상으로 진동삼축압축 시험기를 활용하여 액상화 강도 시험을 실시하였다. 모든 결과는 2017년 국립재난안전연구원에서 수행한 지반조사 결과와 비교하였고, 연구에서 얻어진 결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 도출하였다.
6은 각 지점에서의 콘관입 및 소산시험 결과를 나타낸다. 모든 지점은 포화유지를 위해 각각 심도 G.L. -2.5m, 0.25m, 0.26m까지 굴착한 후 지하수위 이하에서 시험을 진행하였다. 조사결과를 보면 같은 위치에서 수행한 국립재난안전연구원(이하 재난연) 조사결과와 유사한 결과를 나타냈다(NDMI, 2017).
반복삼축시험은 Fig. 12와 같이 미국 Geocomp사의 LoadTrac-II 시험장비를 이용하여 수행되었으며, 시험 중에 FlowTrac-II 장비(공기압 및 수압 조절 장치)를 이용하여 구속압 및 배압을 적용하였다. 셀(cell) 내부는 시료 상부와 하부에 각각 캡(cap)과 바닥판이 위치하도록 구성되어 있으며, 캡과 바닥판에 추가적으로 다공질의 스톤(porous stone)을 설치하여 시료의 유출을 방지하였다.
본 연구에서는 2017년 포항 지진 시 국내 계기지진 이후 최초로 액상화 현상이 발생한 포항시북구의 송림 공원, 흥해읍 망천리, 흥해읍 흥안리를 대상으로 표준관 입시험, 콘관입시험, 표면파탐사(MASW), 다운홀테스트, 전기비저항탐사, 밀도검층을 수행하였다. 또한 현장에서 채취한 시료를 대상으로 진동삼축압축 시험기를 활용하여 액상화 강도 시험을 실시하였다.
일반적으로 지반조사를 수행할 경우 한 가지 또는 두 가지의 방법을 사용하기 때문에 같은 위치라도 조사방법에 따라 지반 조사의 결과해석이 달라질 가능성이 있다. 본 연구에서는 다양한 지반조사 방법에 따른 결과를 토대로 비교를수행했다. 대부분의 조사 결과가 재난안전연구원에서 수행한 결과(NDMI, 2017)와 유사하였으나, 특히 다운 홀테스트 결과가 높은 일치성을 보였기 때문에 포항시 3개소에서 진행한 SPT, CPT 결과를 기존에 제안된 상관식을 바탕으로 전단파속도(Vs)로 변환하여 서로 다른 지반조사방법에 따른 결과를 비교하였다.
본 연구에서는 포항 지진 시 액상화가 발생한 지역 세 군데를 선정하여, 다양한 현장 지반조사(표준관입시험(SPT), SPT 에너지 효율시험, 콘관입(CPT) 및 소산시험, 밀도검층, 다운홀테스트, 전기비저항탐사, 표면파탐사)를 수행하였다. 특히, SPT, CPT결과를 기존에 제안된 상관식을 바탕으로 전단파 속도(V_s)로 변환하여 다운 홀시험에서 측정된 전단파 속도와 비교함으로써 서로 다른 지반조사 방법에 따른 결과를 비교 분석하였다.
밀도 검층은 방사선의 일종인 감마선이 물질에 방사되면 상호작용(Compton Effect)을 일으켜 그 에너지가 감소하는 특성을 활용하여 지반의 밀도를 측정하는 시험이다. 시추공 내에서 방사선물질에 의해 방사된 감마선이 지층을 통과할 때 흡수 또는 산란된 감마선을 검출기로 측정하여 지층의 밀도를 산출한다. 밀도 검층은 RG(Robertson Geologging)사의 Micrologger2와 SSDS Probe를 활용하였다.
상부의 캡은 로드(rod)와 연결되어 시료에 연직 응력을 가할 수 있도록 하였으며, 시료의 외부에는 멤브레인(membrane)을 설치하여 셀 내부의 물이 시료 내부에 유입되는 것을 방지하였다. 시험 중에 로드셀, LVDT (Linear variable differential transformer) 및 간극수압계를 설치하여, 시료에 가해지는 연직 응력, 변위 및 내부 간극수압을 지속적으로 측정하였다.
95를 넘으면 포화상태로 간주하고 유효구속압 100kPa로압밀하였다. 압밀 이 완료 된 시료를 대상으로 정현파를 이용하여 0.1Hz의 속도로 반복하중을 가하였다. 반복재하 중 양방향 축변형률이 5%에 도달하면 액상화 발생으로 간주하고 실험을 종료하였다(De Alba et al.
2(a)와 같이 총 2개(Line 1 : 남-북 측선, Line 2 :동-서 측선)을 수행하였으며 전극간격은 5m이고 각각 36개, 24개의 전극을 설치하여 175m, 115m의 탐사측선을 확보하였다. 전극 설치 시 지표를 다져 전극과 지표사이의 접촉면적을 극대화 하였으며, 전극 설치 후 주변에 전해질 용액을 주입하여 접지저항이 최소화되도록 하였다. 전기비저항탐사에 사용된 장비는 AGI사의 SuperString R8/IP이다.
본 연구에서는 여러 개의 수신기를 이용하는 MASW(Multichannel Analysis of Surface Waves)기법을 활용하였다. 조사에는 Geospace사의 수신기와 Geometrics사의 Geode(기록계)를 이용하였고, 자료측정 후 측선 이동이 수월한 Landstream 방식으로 탐사를 진행하였다. 탐사는 24개의 지오폰을 1m 간격으로 설치하고(Landstreamer 방식), 5kg 슬러지 해머를 이용하여 탄성파를 송신하였고, 송신점과 가장 가까운 수신기까지의 거리(Offset)는 2m, 샘플링 간격(Sampling Interval)은 0.
1). 지반조사의 항목으로는 표준관입시험(SPT), SPT 에너지 효율 시험, 콘관입(CPT) 및 소산시험, 밀도검층, 다운홀테스트, 전기비저항탐사, 표면파탐사를 선정하였다. Table 1은 본 연구에서 수행한 조사 위치별 지반조사 항목을 나타낸다.
특히, SPT, CPT결과를 기존에 제안된 상관식을 바탕으로 전단파 속도(V_s)로 변환하여 다운 홀시험에서 측정된 전단파 속도와 비교함으로써 서로 다른 지반조사 방법에 따른 결과를 비교 분석하였다. 추가적으로 액상화 발생 지역 중 하나의 지층을 선정하여 반복삼축시험을 수행하였으며, 실험 결과를 토대로 도시한 액상화 저항 곡선을 통해 액상화 저항 강도(CRR)을 산정하여, 실제 포항 지역에서 채취한 시료의 액상화 저항성을 확인하였다.
조사에는 Geospace사의 수신기와 Geometrics사의 Geode(기록계)를 이용하였고, 자료측정 후 측선 이동이 수월한 Landstream 방식으로 탐사를 진행하였다. 탐사는 24개의 지오폰을 1m 간격으로 설치하고(Landstreamer 방식), 5kg 슬러지 해머를 이용하여 탄성파를 송신하였고, 송신점과 가장 가까운 수신기까지의 거리(Offset)는 2m, 샘플링 간격(Sampling Interval)은 0.125ms, 기록시간(Record Length)은 1.024sec으로 설정하였다.
본 연구에서는 포항 지진 시 액상화가 발생한 지역 세 군데를 선정하여, 다양한 현장 지반조사(표준관입시험(SPT), SPT 에너지 효율시험, 콘관입(CPT) 및 소산시험, 밀도검층, 다운홀테스트, 전기비저항탐사, 표면파탐사)를 수행하였다. 특히, SPT, CPT결과를 기존에 제안된 상관식을 바탕으로 전단파 속도(V_s)로 변환하여 다운 홀시험에서 측정된 전단파 속도와 비교함으로써 서로 다른 지반조사 방법에 따른 결과를 비교 분석하였다. 추가적으로 액상화 발생 지역 중 하나의 지층을 선정하여 반복삼축시험을 수행하였으며, 실험 결과를 토대로 도시한 액상화 저항 곡선을 통해 액상화 저항 강도(CRR)을 산정하여, 실제 포항 지역에서 채취한 시료의 액상화 저항성을 확인하였다.

대상 데이터

Site-1(SD-1 시추공, Fig. 3)은 포항시 남구 송도동 253-17 현장에서 G.L. -54.3m까지 굴진을 수행하였다. 퇴적층에서의 토성은 실트 섞인 세립모래, 실트질 점토 및 자갈 섞인 실트질 모래 순으로 구성되어 있으며, 색조는 황갈색-암회색, 암갈색-암회색이다.
Site-2(MC-1 시추공, Fig. 4)는 포항시 북구 흥해읍 망천리 168-12 현장에서 G.L. -25.0m까지 굴진을 수행하였다. 전답토층(1-1.
Site-3(A-1 시추공, Fig. 5)는 포항시 북구 흥안리 848현장에서 G.L. -36.0m까지 굴진을 수행하였다. 전답토 층의 토성은 모래섞인 점토이며, 색조는 황갈색-암갈색이다.
N 값은 1/30-3/30으로 매우 느슨의 상대밀도를 가진다. 매립층의 토성은 점토 및 자갈 섞인 실트질 모래로 구성되어 있으며, 색조는 암회색-암갈색이다. N 값은 6/30-21/30이며, 매우느슨-보통조밀의 상대밀도를 갖는다.
본 연구에서는 2017년 포항 지진 시 액상화가 발생한 포항시 북구의 송도동, 흥해읍 망천리, 흥해읍 흥안리 3곳을 대상으로 지반조사를 수행하였다(Fig. 1). 지반조사의 항목으로는 표준관입시험(SPT), SPT 에너지 효율 시험, 콘관입(CPT) 및 소산시험, 밀도검층, 다운홀테스트, 전기비저항탐사, 표면파탐사를 선정하였다.
전기비저항탐사는 지하매질에 전류를 흘려준 후 지질변화에 따른 전위차를 측정하여 지반상태에 대한 정보를 획득하는 탐사법으로 토목 또는 지질분야에 있어 다양한 분야에 적용되고 있으며, 최근 들어 방재 및 환경 분야에서도 활발히 활용되고 있다. 본 연구에서는 Fig. 2(a)와 같이 총 2개(Line 1 : 남-북 측선, Line 2 :동-서 측선)을 수행하였으며 전극간격은 5m이고 각각 36개, 24개의 전극을 설치하여 175m, 115m의 탐사측선을 확보하였다. 전극 설치 시 지표를 다져 전극과 지표사이의 접촉면적을 극대화 하였으며, 전극 설치 후 주변에 전해질 용액을 주입하여 접지저항이 최소화되도록 하였다.
본 연구에서는 Site-1(송도동)의 심도 1.0-1.8m에 해당하는 빈입도 모래(SP)를 시료로 사용하였으며, 시료의 물성치는 Table 8과 같다. 시료는 직경 71.
본 연구에서는 콘 선단 면적이 10cm2이며, 선단각이 60°, 원추형 콘 상단부 슬리브의 표면적은 150cm2으로서 ASTM Standard D5778을 만족하는 전기식 콘을 이용하였다.
SPT 에너지 효율 시험결과는 Table 4와 같다. 에너지 효율 시험은 심도 G.L. -2-45.8m까지 총 557회를 수행하였으며, 에너지 전달율은 65.7-90%의 범위로 나타나, 평균값인 77%를 에너지 전달율로 적용하여 식 (1)에 따라 표준관입시험에서 얻어진 타격횟수(N)을 N60으로 환산하였다. Site 2, 3에 대해서는 동일 장비 사용 등으로 인해 동일 에너지 효율이 나타났을 것으로 가정하여 분석을 진행하였다.
N 값은 6/30-21/30이며, 매우느슨-보통조밀의 상대밀도를 갖는다. 퇴적층에서의 토성은 점토질 모래, 자갈섞인 세립-중립모래, 실트질 점토 및 모래섞인 자갈 순으로 구성되어 있으며, 색조는 암회색 또는 담회색-암회색이다. 점토질 모래의 상대밀도는 매우느슨-느슨, 자갈섞인 세립-중립모래의 상대밀도는 보통조밀, 실트질 점토의 상대밀도는 매우연약-연약, 모래섞인 자갈의 상대밀도는 조밀로 판단된다.
N 값은 3/30-6/30으로 연약-보통견고의 상대밀도를 갖는다. 퇴적층에서의 토성은 점토질 모래, 자갈섞인 실트질 모래, 실트질 점토, 모래섞인 자갈, 실트질 모래 순으로 구성되어 있으며, 색조는 암갈색-암회색, 황갈색-암회색이다. 상부 점토질 모래의 N 값은 1/30으로 매우느슨한 상대밀도를 갖는다.
본 연구에서 각각의 지반조사를 위해 사용한 장비는 Table 2와 같다. 표준관입시험은 국내에서 가장 널리 사용되는 DESCO사의 SP4000을 사용하였다. 각각의 시추공은 회전수세식, 무수보링, 오거보링을 현장상황에 맞게 혼용하였다.

데이터처리

Table 6과 7은 각각 SPT 및 CPT 결과로부터 전단파 속도를 추정하는데 활용한 식을 나타낸다. 상관식은 제안자에 따라 결과의 편차가 존재하기 때문에 토층별로 각각의 식을 활용하여 전단파 속도를 산출한 뒤 평균값을 대푯값으로 설정하였다.

이론/모형

시추공 내에서 방사선물질에 의해 방사된 감마선이 지층을 통과할 때 흡수 또는 산란된 감마선을 검출기로 측정하여 지층의 밀도를 산출한다. 밀도 검층은 RG(Robertson Geologging)사의 Micrologger2와 SSDS Probe를 활용하였다.
표면파탐사는 지반의 표면을 따라 전파하는 표면파(Rayleigh wave)를 관측하여 약 20-30m 하부 지반의 전단파(S파) 속도 분포를 획득하는 탐사방법이다. 본 연구에서는 여러 개의 수신기를 이용하는 MASW(Multichannel Analysis of Surface Waves)기법을 활용하였다. 조사에는 Geospace사의 수신기와 Geometrics사의 Geode(기록계)를 이용하였고, 자료측정 후 측선 이동이 수월한 Landstream 방식으로 탐사를 진행하였다.
8m에 해당하는 빈입도 모래(SP)를 시료로 사용하였으며, 시료의 물성치는 Table 8과 같다. 시료는 직경 71.5mm, 높이 143mm의 크기로 재성형하였으며, ASTM D5311 기준에 의거하여 저다짐법(Ladd, 1978)으로 상대밀도 60%에 맞춰 다짐을 수행하였다. 각 시료는 B-value가 0.
다운홀테스트는 지표에서 평판을 수직과 수평방향으로 가격하여 탄성파를 발생시키며, 매질의 탄성특성에 의해 전파되는 탄성파의 수직과 수평성분을 시추공 내에 위치한 3성분 Geophone에서 측정하여 탄성파속도를 산출하는 지반조사 방법이다. 심도별 파형의 도달시간은 초동지점 인식(First arrival)과 교차점(Cross over)을 이용하였으며, 탄성파 속도 산출 시에는 직접법(Direct method)과 수정간접법(Modified interval method)를 이용하였다.
14와 같이 액상화 저항 곡선을 도시하였다. 액상화 저항 곡선은 관련 연구에서 주로 사용되는 Idriss and Boulanger(2008)이 제안한 급수함수 형태의 경험식을 적용하였다.

성능/효과

(1) 본 연구에서 수행한 SPT, CPT, 다운홀테스트, 밀도검 층의 결과는 국립재난안전연구원에서 수행한 조사와 대체적으로 유사한 결과를 나타냈다. SPT 및 CPT의경우 관입 시 자갈 등 장애물의 영향에 의해 편차가 크게 나타났으나 전단파를 직접 측정하는 다운홀테스트의 경우 국립재난안전연구원 결과의 거의 일치하는 결과를 나타냈다.
(2) 지반조사를 수행한 3개 지점 모두 지표면에서 10m 이내에 SPT-N값이 10 이하의 느슨한 모래층이 존재하고, 지하수위가 G.L.-0.2-1.2m로 상당히 높은 점으로부터 액상화가 발생할 가능성이 매우 높은 것을 알 수 있다.
(3) SPT, CPT, 다운홀테스트를 통해 얻어진 물리량은 서로 다르나 기존에 제안된 상관식을 활용하여 전단파 속도로 변환 후 비교하면 대체적으로 유사한 결과를 나타냈다. 다만, 제안된 상관식에 따라 결과의 편차가 상당히 존재하기 때문에 충분한 검토가 필요하다.
(4) 포항시 송림공원에서 채취한 모래의 액상화 저항강도(CRR)는 기존에 주로 사용되던 주문진 표준사, Toyoura 모래, Ottawa 모래에 비해 작게 나왔으며, 이를 통해 포항지역에서 채취한 모래가 주문진 표준사 등에 비해 액상화에 취약하다는 사실을 확인할 수 있었다.
8은 각 지점에서의 다운홀테스트 결과이다. Site 1의 지층별 평균 탄성파 속도(S파)는 실트 섞인 세립 모래로 구성된 퇴적층(심도: 0.0-15.0m)은 151m/sec, 실트질 점토로 구성된 퇴적층(심도: 15.0-44.0m)은 165m/sec, 자갈 섞인 실트질 모래로 구성된 퇴적층(심도: 44.0-51.0 m)은 392m/sec, 풍화암층(심도: 51.0-51.3m)은 423m/sec, 연암층(심도: 51.3-54.3m)은 881m/sec으로 나타났다. Site 2의 경우 S파의 지층별 평균 탄성파 속도는 점토 및 자갈섞인 실트질 모래로 구성된 매립층은 189m/sec, 점토, 모래 및 자갈로 구성된 퇴적층은 202m/sec, 실트질 모래의 풍화토층은 396m/sec, 풍화암층은 502m/sec, 연암층은 918 m/sec으로 나타났다.
각 시험 별로 연직 반복 하중 재하 중 발생하는 축변형률 및 과잉간극수압을 토대로 다음과 같은 결과를 확인하였다: (1) 반복횟수에 따른 연직변형률, (2) 반복횟수에 따른 과잉간극수압, (3) 응력-변형률 곡선, (4) 유효 응력 경로. 각 CSR 별 결과는 대체로 유사한 거동을 보였으며, 대표적 예시는 Fig. 13과 같이 도시하였다(목표 상대밀도 60%, CSR=0.14). 연직 변형률의 경우, 반복 하중 재하 횟수가 증가함에 따라 점진적으로 증가하는 경향이 나타났다(Fig.
연암층의 토성은 미고결 이암으로 색조는 암갈색, 매우심한풍화-보통풍화의 풍화정도를 보인다. 강도는 매우약함-보통강함, 균열정도는 매우심한균열-보통균열로 나타났다. 연암층의 코어회수율은 90%이며, 암질지수는 18%이다.
13(c), (d)). 같은 상대밀도로 조성된 시험에서 첫 정현파가 1/4 지점에 도달할 때까지의 유효 응력 경로가 유사한 거동을 나타내었으며, 이를 통해 시료의 재현성이 충분함을 확인할 수 있다.
다만, 각 하중 재하 단계에서 압축 시보다 인장 시에 연직변형률이 더 크게 나타났는데, 이는 일반적으로 흙이 압축에 대한 저항성보다 인장에 대한 저항성이 더 작기 때문인 것으로 확인된다. 과잉간극수압 역시, 압축과 인장 하중이 반복적으로 재하됨에 따라, 점진적으로 증가하여 액상화 발생 시점에서는 100kPa로 확인되었다(Fig. 13(b)).
점토층의 N 값은 3/30-22/30으로 연약 내지 매우견고한 상대밀도를 보이고 있다. 기반암인 이암의 풍화암층은 풍화가 심하고 타격 시 점토질 모래로 분해되는 경향을 보이며, 연암층은 G.L. -51.3m에서 3m의 두께를 확인하였으며, 심한풍화에서 보통풍화상태를 보이며, 코아회수율은 100%, 암질지수는 47%로 나타냈다.
Site 2의 경우 S파의 지층별 평균 탄성파 속도는 점토 및 자갈섞인 실트질 모래로 구성된 매립층은 189m/sec, 점토, 모래 및 자갈로 구성된 퇴적층은 202m/sec, 실트질 모래의 풍화토층은 396m/sec, 풍화암층은 502m/sec, 연암층은 918 m/sec으로 나타났다. 마지막으로 Site 3의 지층별 평균 S파 속도는 점토, 모래 및 자갈로 구성된 퇴적층(심도 : 1.3-12.9m)은 187m/sec, 실트질 모래의 풍화토 층(심도: 12.9-30.0m)은 592m/sec, 풍화암층(심도: 30.0-31.1m)은 887m/sec, 연암층(심도: 31.1-36.0m)은 950m/sec 으로 나타났다. 다운홀테스트 결과와 밀도검층으로 획득한 밀도를 이용하여 산출한 동적 물성치를 정리하면 Table 5와 같다.
이를 통해 과잉 간극수압이 증가함에 따라 유효응력이 0kPa까지 감소하여 액상화가 발생하는 현상을 확인할 수 있었다. 반복 재하 중에 확인된 전단응력-축변형률 곡선과 유효응력 경로의 경우, 모든 구간에서 입력한 CSR 값에 정확하게 도달하였다(Fig. 13(c), (d)).
9는 Site 1에서의 전기비저항탐사 결과를 나타낸다. 시추조사 결과 퇴적층은 크게 세립모래와 점토의 2층 구조인 것을 감안할 때 상부의 모래층의 전기비저항 값이 점토층에 비해 높게 나타난 것으로 판단된다. Line 1의 경우 세립모래와 점토의 층서 경계가 뚜렷하게 관찰되나, Line 2의 경우 모래와 점토가 일부 혼재된 것으로 보여진다.
풍화암층의 토성은 미고결 이암으로 색조는 암갈색, 풍화정도는 완전풍화, N 값은 50/8-50/4이다. 연암층은 미고결 이암으로 구성되어 있으며, 색조는 암갈색, 풍화정도는 매우심한풍화-보통풍화, 강도는 매우약함-보통강함, 균열정도는 매우심한균열-보통균열로 나타나며, 코아회수율을 80-100%, 암질지수는 22-48%로 나타났다.
13(b)). 이를 통해 과잉 간극수압이 증가함에 따라 유효응력이 0kPa까지 감소하여 액상화가 발생하는 현상을 확인할 수 있었다. 반복 재하 중에 확인된 전단응력-축변형률 곡선과 유효응력 경로의 경우, 모든 구간에서 입력한 CSR 값에 정확하게 도달하였다(Fig.
, 2018). 이를 통해 포항 지역에서 채취한 흙으로 구성된 지층이 액상화에 취약하다는 사실을 확인할 수 있었다(실제 액상화 발생 현장).
지층별 전단파 속도는 실트 섞인 모래로 구성된 퇴적층(0-15m)과 실트질 점토로 구성된 퇴적층(15-44m)에서 각각 평균 전단파 속도가 151m/sec, 188.2m/sec로 나타났다. 이 결과는 앞서 언급한 다운홀테스트에서 측정된 전단파 속도와 거의 유사한 것을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	밀도 검층은?	밀도 검층은 방사선의 일종인 감마선이 물질에 방사되면 상호작용(Compton Effect)을 일으켜 그 에너지가 감소하는 특성을 활용하여 지반의 밀도를 측정하는 시험이다. 시추공 내에서 방사선물질에 의해 방사된 감마선이 지층을 통과할 때 흡수 또는 산란된 감마선을 검출기로 측정하여 지층의 밀도를 산출한다.
	액상화는?	특히 포항시 북구 흥해읍 망천리와 흥안리 일대에서 액상화에 기인하는 샌드 보일링(Sand Boiling) 현상이 다수 발생하였고, 포항시 북구 송도동에 위치한 송림공원 곳곳에서도 샌드 보일링 현상이 나타났다. 액상화는 지진 등의 외력에 의해 포화된 토사층(일반적으로 모래층)의 과잉간극수압이 증가해 유효응력이 0이 되는 현상을 의미한다. 따라서 지중에서 액상화가 발생하게 되면 압력이 증가한 간극수는 동수경사에 의해 지표면을 향해 이동하게 되고, 이에 따라 증가했던 과잉간극수압이 소산된다.
	액상화 현상이 목격된 포항시 송림공원, 흥해읍망천리, 흥안리에 대해 지반조사 및 실내실험을 수행했을 때의 결과는?	액상화 발생위치의 동적특성을 파악하기 위해 지반조사 항목으로는 표준관입시험(SPT), 콘관입시험(CPT), 표면파탐사(MASW), 밀도검층, 다운홀테스트, 전기비저항탐사를 수행하였고, 현장에서 채취한 시료를 바탕으로 진동삼축압축 시험기를 통해 액상화실험을 수행하였다. 그 결과 세 곳 모두 지하수위가 높고 얕은 심도에 연약한 모래층이 존재하며, 송림공원에서 채취한 모래는 주문진 표준사, Toyoura 모래, Ottawa 모래에 비해 액상화 저항강도가 작은 것을 확인하였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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