초록 ▼

지진과 지진의 2차 현상인 지진해일은 지구역사가 계속되는 한 사라지지 않으며, 이로 인하여 매년 만 명 이상이 목숨을 잃는 지구 최대의 자연재해다. 오늘날 지진공학은 눈부시게 발전했으나 아직까지 인간은 지진의 공포에서 벗어나지 못하고 있다.

지진파는 압력차이로 만들어져 매질을 통하여 전파되는 것으로서 소리와 같은 음향파의 일종이다. 따라서 파동의 일반적 성질인 반사, 투과, 간섭, 굴절, 회절 등의 현상을 보인다. 지진이 일어나면 맨 처음 P파가 오고, 다음에 S 파가 오고, 그리고 진폭이 아주 큰 표면파가 오는데 건물

지진과 지진의 2차 현상인 지진해일은 지구역사가 계속되는 한 사라지지 않으며, 이로 인하여 매년 만 명 이상이 목숨을 잃는 지구 최대의 자연재해다. 오늘날 지진공학은 눈부시게 발전했으나 아직까지 인간은 지진의 공포에서 벗어나지 못하고 있다.

지진파는 압력차이로 만들어져 매질을 통하여 전파되는 것으로서 소리와 같은 음향파의 일종이다. 따라서 파동의 일반적 성질인 반사, 투과, 간섭, 굴절, 회절 등의 현상을 보인다. 지진이 일어나면 맨 처음 P파가 오고, 다음에 S 파가 오고, 그리고 진폭이 아주 큰 표면파가 오는데 건물에 가장 큰 피해를 입히는 것이 표면파로 이 지진망토기술은 표면파를 차단하는 것이다. 기존의 내진기술이 건물을 보호하는 것이었다면 지진망토기술은 지진파가 건물에 닿기 전에 미리 차단한다는 점에서 다르다.

현재까지 소개된 지진망토기술은 크게 2가지로, 하나는 지진파를 굴절시켜 휘어나가게 하는 것이고, 다른 하나는 지하에 특정주파수대의 지진파가 통과하지 않는 지진파 정지밴드를 만드는 것이다. 특히 두 번째는 건물을 보호하는 것이 아니고 도시 하나를 보호하는 기술로서 지진망토기술의 핵심이다. 8개월 동안의 지진망토 연구를 통하여 우리는 각각의 망토 방법에 관하여 다음과 같은 연구 성과를 얻었다.

첫 번째 주요 연구 주제는 지진파를 굴절시켜 특정 지역을 피하여 휘어나가게 하는 이른바 가림(클로킹) 기술이다. 이 방법의 단점은 지진파 파장보다 작은 건물만 보호할 수 있으며, 지진파를 약화시키는 것이 아니라 방향만 바뀌는 것이므로 주변의 건물이 대신 다친다는 것이다. 이에 대한 기존의 연구는 모형을 이용한 공기 중 가림이 대부분이었지 실제로 땅속에 모형을 구축하여 연구를 한 것은 없었다. 이 기술이 실제 토목공사에 사용하기 위해서는 땅속모델링이 필수이기 때문에 우리는 실제 땅속 수치를 이용하여 전산모사를 하였고, 그 연구결과를 한국지진공학회지에 투고하여 현재 심사 중이다.

두 번째 기술은 지진파가 건물에 닿기 전에 지진ㅍ 에너지를 소리와 열로 바꾸어 공기 중에 뿌려 소모시켜 도시 전체를 보호하는 기술이다. 공기 중 모형실험을 통하여 어떻게 음향파의 차단 주파수를 설정하는지에 관한 이론적 토대를 확립하였고 그 연구결과는 미국물리학회지인 AIP Advances에 발표되었다. 차단주파수는 지진파 속력을 결정하는 2대 요소 중 하나인 유효 부피탄성률이 음이 되는 순간부터 시작하여, 그 위쪽 주파수대 어느 부분까지인데 기하학적 구조가 차단띠의 주파수 폭을 결정한다. 그런데 표면파는 혼합파로서 여러 가지 주파수의 파가 섞여있다. 따라서 여러 종류의 공명통을 혼합하여 매설하는 것이 유리하다.

지하에 지진파를 공명시켜 에너지를 소모시키는 거대한 장치를 시멘트 콘크리트로 제작하여 건물의 기초공사까지 매설하는데, 이 장치는 부피가 10㎥~100㎥에 이르는 속이 빈 원통 표면에 몇 개의 구멍을 뚫어 지하에 집단매설한다. 이것은 전자공학의 LC 공진회로를 기계공학적으로 지하에 구현하는 것에 해당한다.

이 두 가지 지진망토연구 중에 건물 하나가 아니라 도시 전체를 보호할 수 잇는 두 번째 방법이 국제적으로 더 각광을 받고 연구되고 있다. 특히 비용 면에서 절대적으로 유리하다. 일반적으로 내진비용은 내진규모에 지수적으로 증가한다. 즉, 내진규모를 4에서 5로 올리는데 비용이 4의 10배가 소요되고, 5를 다시 6으로 올리려면 5의 10배가 소요된다. 그리고 기존 기술로는 내진규모 7이 적용 가능한 현실적 최대치다. 반면에 메타물질을 이용한 내진기술은 초기 비용은 많이 들지만 내진비용이 내진규모에 선형적으로 증가하여 비용이 많이 드는 내진규모 6 이상의 고 내진설계에 유용하다.

지진망토기술이 성공하면 인류역사상 최초로 지진의 공포로부터 상당히 벗어나게 될 것이다. 경제적으로도 이 연구가 성공하면 우리는 세계 토목공사 시장을 주도할 수 있다.

( 출처 : Ⅰ. 연구결과 요약문 1. 국문요약 4p )

Abstract ▼

Earthquake and its second effect tsunami are the largest disaster in earth and never end till the earth history. Every year more than 10 thousand peoples dies of the two effects. There has been two seismic manteau method till now. One is the diffraction of the seismic wave and the other is building

Earthquake and its second effect tsunami are the largest disaster in earth and never end till the earth history. Every year more than 10 thousand peoples dies of the two effects. There has been two seismic manteau method till now. One is the diffraction of the seismic wave and the other is building a seismic shadow zone underground. The second one is to protect a whole city instead of a building and hot topic of the manteau method.

We obtained the following academic achievements for the research period of 8 months. One is the cloaking modeling with real underground data. The research result was submitted to the journal of the Korean Seismic Society, and be reviewing now. The other is to build a theoretical model of seismic stop-band. The stop-band frequency follows the helmholtz resonator frequency and the bad is expanded by mixing many different kinds of resonators.
The research result was published by AIP Advances by American Institute of Physics.

The two methods have advantages in construction cost compared with conventional seismic engineering because it is increase linearly as the seismic magnitude increases. The cost of conventional method is increases exponentially as the seismic magnitude increase linearly. If the method are realized, more than 10 thousand peoples are saved every year and human beings are free from the fear of earthquake.

( 출처 : Ⅰ. 연구결과 요약문 2. 영문요약 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• 1. 국문요약 ... 4
• 2. SUMMARY ... 5
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• Ⅲ. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 14