동남해안 대도시 권역의 공간 지진재해 구역화 정보 및 이를 활용한 시설 위치의 부지분류

선창국,Sun. Chang-Guk 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.1

지진재해를 유발하는 지표면 부근 지반운동은 연약한 토사층 두께나 기반암 심도와 같은 기하학적 조건 그리고 토사 강성과 같은 지반동적 특성의 분포에 따라 공간적으로 다르게 표출된다. 이러한 지반특성 차이와 관련된 부지효과로 인해 지반운동은 위치에 따라 크게 증폭되어 종종 막대한 피해를 일으켜 왔다. 이 연구에서는 지반 자료에 관한 통합 GIS 기반의 정보 시스템을 국내 대표적 해안 대도시 권역인 부산 및 울산지역에서의 지진운동에 대한 지역적 종합대책 수립의 일환으로 우선 구축하였다. 부산과 울산 지역에 대한 GIS 기반 지반정보 시스템을 구축하기 위하여, 먼저 각 연구대상 행정영역과 그 인근을 포함하는 확장영역에 대한 기존 지반조사 자료의 수집이 이루어 졌고, 지표 지반-지식 자료의 확보를 위한 부지 방문조사가 추가적으로 수행하여 체계적 지반 DB를 완성하였다. 자료의 공간확장 연산 효율성을 고려하여 부산과 울산의 각 개별 확장 영역에 대해 지반 DB를 이용한 공간 지반지층 예측을 우선 수행하고, 연구대상 행정영역의 정보를 추출하였다. 두 연구대상 영역의 추출 정보를 병합하여 부산-울산 권역의 공간 지반지층 정보를 합리적으로 구현하고, 이를 토대로 지반지진공학적 특성지표인 기반암 심도 및 부지주기에 관한 공간구역화를 수행하였다. 뿐만 아니라, 부지주기에 따른 부지분류 분포를 도출하여 영역 내임의 위치에서의 증폭계수 결정을 통한 내진설계 및 내진성능평가를 위한 정보를 제시하였다. 이 연구에서는 또한 부산 및 울산 지역 내의 거점 산업시설들을 선정하고 위치 별로 부지분류에 따른 부지 조건을 도출하여 지반지진공학적 공간구역화 정보의 예비적 내진 활용성을 확인하였다.

지표지형효과에 따른 지진지반운동 증폭에 대한 실용적 고찰

선창국,방기호,조완제,Sun. Chang-Guk,Bang. Kiho,Cho. Wanjei 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.3

지질지반 조건의 공간적 분포와 관련된 부지효과는 지진 시 지반운동의 증폭에 지대한 영향을 미친다. 즉, 지표부근 지질지반의 층상구조와 물성뿐만 아니라 지표면 지형 및 분지 형상이 부지효과의 영향 요인이다. 이러한 부지효과 관련 영향 요소들 중에서 단지 지표부근 지질지반 조건에 따른 증폭 정도만이 미국 서부지역 기준을 근간으로 하는 국내 현행 내진설계 지침에 반영되어 있다. 그럼에도 불구하고, 최근까지의 전 세계 지진 발생 사례들로부터 지표지형 변화에 따른 광범위하고 심각한 피해들을 확인해 볼 수 있다. 이러한 사례들의 구체적인 현상들을 이 연구에서 고찰 제시하였다. 또한, 지형효과의 정량화 기법을 파악하기 위하여 주요 내진설계 기준들을 검토하였다. 이러한 고찰 검토 내용들을 토대로, 국내 내진설계를 위한 지형효과 결정기법에 대해 예비적 토의를 진행하고 일차원과 이차원 수치 모델 해석 결과 비교를 통해 각각의 변수가 지형효과에 미치는 영향을 파악하는 것을 기존 기준들의 도입 개선과 함께 그 방안으로 제시하였다. Site effects associated with the spatial distribution of geologic and soil conditions have a significant influence on the amplification of ground motions during an earthquake. Exactly, the stratification structure and physical properties of near-surface soils and geology, as well as the surface topography and basin geometry, affect the site effects. Among these several influence factors on the site effects, only the amplification capabilities depending on the near-surface geologic conditions have been incorporated into current Korean seismic design guidelines, which is based on the codes in the western United States. Nonetheless, extensive severe damages caused by the irregularities in surface topography have been observed from the past and recent earthquake events over the world, and their detailed phenomena were investigated in this study. Several important seismic design codes were also reviewed to examine the methodologies for quantifying the topographic effects. Consequently, the methodology to determine the topographic effect in seismic design of Korea was discussed preliminarily and suggested as the quantitative comparisons between one- and two-dimensional numerical models, together with the introduction and modification of current other codes.

공간 지반 정보 시스템을 활용한 2차원 분지 모델링 기반의 홍성 지역 부지 효과 평가

선창국,추윤식,정충기,Sun. Chang-Guk,Choo. Yun-Sik,Chung. Choong-Ki 한국방재학회 2008 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2008 No.1

지하 토사 조건 및 지질 구조는 지진 시 지반 운동의 증폭에 관련된 부지 효과에 매우 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 국내 홍성 지역을 대상으로 시추 조사와 현장 탄성파 시험을 포함한 현장 조사 및 지표 부근지질 정보를 획득하기 위한 부지 답사를 통해 부지 효과를 확인하였다. 홍성 지역은 1978년 계기 지진이 발생한 지역으로서 기반암 상부에 최대 약 50 m 두께의 풍화대 지층이 분포한다. 연구 대상 지역의 공간 지층 구조를 효율적으로 확인하기 위하여 지리정보시스템(GIS) 기법 기반의 지반 정보 시스템(GTIS)의 구축하였으며, 홍성 지역은 분지는 얕고 넓은 형상임을 확인하였다. 홍성 지역의 부지 지진 응답을 평가하기 위하여 대표 단면에 대한 2차원 유한 요소 해석을 수행하였다. 도출된 지진 응답으로부터 지반 운동이 기반암 상부 토사층을 통해 전단파가 전파되면서 증폭되고 분지 형상에 따른 전단파의 상호 작용으로 생성된 표면파로 인해 분지 경계 부근 진동 지속 시간이 증가됨을 확인하였다. 뿐만 아니라, 분지 내의 선정된 토사 부지들에 대해서 추가적인 1차원 유한 요소 지진 응답 해석을 수행하였으며, 본 연구 대상 분지가 매우 얕고 넓음에 따라 분지 경계 부근을 제외하고는 분지 내 대부분의 위치에서 2차원 지진 응답과 유사한 결과를 보였다.

블록별 부지분류 적용 해안시설 영역에서의 HAZUS 기반 지진피해 추정

선창국 ( Chang Guk Sun ),천성호 ( Sung Ho Chun ) 한국지리정보학회 2014 한국지리정보학회지 Vol.17 No.4

HAZUS-MH는 지진, 홍수 및 허리케인의 세 가지 다중 재해현상에 대한 잠정적 손실을 추정하기 위한 GIS 기반의 컴퓨터 프로그램이다. 지진 재난에 대해서는 HAZUS에 설정한 가상이나 실제 지진 특성에 따라 지진동의 세기가 평가되고 이에 따라 손실을 계산하게 된다. 본 연구에서는 해안 플랜트시설 영역의 향후 지진에 대한 대비의 일환으로 HAZUS를 활용하였다. 대상 시설영역의 특성 평가를 위해 기존 지반조사 보고서를 토대로 지반특성 자료들을 취합하였다. 또한, 시설구조물들의 재료 및 구조 특성에 따라서도 분류하였다. 연구 영역은 부지 조성 및 시설 분포 상황을 고려하여 17개 블록으로 나누고 지반 조건을 내진설계기준의 부지분류 체계에 따라 구분하였다. 뿐만 아니라, 수치 모델링을 통해 주요 시설물들의 지진취약도 곡선들을 도출하고 HAZUS 데이터베이스에 적용하였다. 이 연구 영역에 대한 HAZUS 활용 추정 결과는 부지 조건 및 구조물 종류에 따라 다양한 지진 피해와 손실 정도를 보였다. 본 사례 연구를 통해 해안시설 영역의 지진 피해 평가를 위한 HAZUS의 적용 가능성을 확인하였다. HAZUS-MH is a GIS-based computer program that estimates potential losses from multi-hazard phenomena: earthquakes, floods and hurricanes. With respect to seismic disaster, characteristics of a hypothetical or actual earthquake are entered into HAZUS. Then HAZUS estimates the intensity of ground shaking and calculates the correspondent losses. In this study, HAZUS was used as a part of the preparations of the future seismic events at a coastal plant facility area. To reliably characterize the target facility area, many geotechnical characteristics data were synthesized from the existing site investigation reports. And the buildings and facilities were sorted by analyzing their material and structural characteristics. In particular, the study area was divided into 17 blocks taking into account the situation of both land development and facility distribution. The ground conditions of blocks were categorized according to the site classification scheme for earthquake-resistant design. Moreover, seismic fragility curves of a main facilities were derived based on the numerical modeling and were incorporated into the database in HAZUS. The results estimated in the study area using HAZUS showed various seismic damage and loss potentials depending on site conditions and structural categories. This case study verified the usefulness of the HAZUS for estimating earthquake losses in coastal facility areas.

현장 탄성파시험 자료 종합을 통한 국내 지반지층의 대표 전단파속도 제안

선창국 ( Chang Guk Sun ),한진태 ( Jin Tae Han ),조완제 ( Wan Jei Cho ) 대한지질공학회 2012 지질공학 Vol.22 No.3

GIS 기반의 지반 정보 시스템 구축을 통한 경주 지역 부지고유 지진 응답의 지역적 평가

선창국 ( Chang Guk Sun ),정충기 ( Choong Ki Chung ) 한국지리정보학회 2008 한국지리정보학회지 Vol.11 No.2

부지고유 지진 응답과 그에 따른 지진 재해는 지하 지질 및 지반 동적 특성에 따라 주로 영향을 받는다. 본 연구에서는 지진 응답의 신뢰성 높은 평가를 목적으로, 연구 영역을 포괄하는 확장 영역과 지표면의 지반-지식 자료 획득을 위한 추가 부지 방문 조사라는 새로운 개념을 도입하여 GIS 토대의 지반 정보 시스템(GTIS)을 개발하였다. 역사 지진 피해 기록이 많아 향후 지진 발생가능성 높은 경주 지역에 대해 GIS 기반 GTIS를 구축하였다. 연구 지역인 경주를 대상으로 지반특성 및 동적 물성을 대표하는 전단파속도(V(S))를 평가하기 위한 종합적 지반 조사와 기존 지반 자료 수집을 실시하고 부지 방문 조사를 추가적으로 수행하였다. 경주 지역에 대한 GTIS 내에서 지구통계학적 크리깅 기법을 이용하여 지반 조사 자료로부터 연구 영역 전체의 공간 분포 지층과 V(S)를 신뢰성 높게 예측하였다. GTIS 내에서 예측된 공간 지층 및 V(S)를 토대로, 부지 효과에 따른 부지고유 지진 응답의 평가 지표인 부지 주기(T(G))에 관한 지진 구역 지도를 경주 연구 지역에 대해 작성하였다. 경주의 공간 T(G) 분포 지도로부터 2층에서 5층 건물의 지진 취약도를 확인하였다. 본 연구에서는 GIS 기반 GTIS 내에서 T(G)를 토대로 수행된 지진 구역화를 지진 재해 평가 및 저감을 위한 효율적 지역 대책 방안으로 제시하였다. The site-specific seismic responses and corresponding seismic hazards are influenced mainly by the subsurface geologic and geotechnical dynamic characteristics. To estimate reliably the seismic responses in this study, a geotechnical information system (GTIS) within GIS framework was developed by introducing new concepts, which consist of the extended area containing the study area and the additional site visit for acquiring surface geo-knowledge data. The GIS-based GTIS was built for Gyeongju area, which has records of abundant historical seismic hazards reflecting the high potential of future earthquakes. At the study area, Gyeongju, intensive site investigations and pre-existing geotechnical data collections were performed and the site visits were additionally carried out for assessing geotechnical characteristics and shear wave velocity (V(S)) representing dynamic property. Within the GTIS for Gyeongju area, the spatially distributed geotechnical layers and V(S) in the entire study area were reliably predicted from the site investigation data using the geostatistical kriging method. Based on the spatial geotechnical layers and V(S) predicted within the GTIS, a seismic zoning map on site period (T(G)) from which the site-specific seismic responses according to the site effects can be estimated was created across the study area of Gyeongju. The spatial T(G) map at Gyeongju indicated seismic vulnerability of two-to five-storied buildings. In this study, the seismic zonation based on T(G) within the GIS-based GTIS was presented as regional efficient strategy for seismic hazard prediction and mitigation.

홍성 지역 화강 풍화 지층의 풍화도 및 전단파 속도에 관한 고찰

선창국(Sun Chang-Guk),김보현(Kim Bo-Hyun),정충기(Chung Choong-Ki) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 C Vol.26 No.6

국내 지층에 대한 근본적 특성 평가의 일환으로, 본 연구에서는 홍성 지역의 화강 풍화 지층을 대상으로 X-선 형광 분석과 시추 및 현장 탄성파 시험을 포함한 지반 조사를 수행하여 각각 풍화도와 전단파 속도(Vs)를 평가하였다. 홍성 지역은 대부분의 부지에서 10~40m 두께의 풍화 지층이 발달해 있었다. 홍성 지역에서의 풍화도 분석 결과, MWPI, VR 그리고 WIP와 같은 세 종류의 대표적인 화학적 풍화 지수는 심도 감소에 따른 풍화도 증가의 일반적 경향을 보임이 확인되었다. 대상 지역에 대한 현장 탄성파 시험으로부터 풍화 지층의 전단파 속도는 200~500m/s의 분포 범위로 결정되었다. 시추공 탄성파 시험 수행 부지들에서의 전단파 속도와 N 값을 토대로 풍화 지층에 대한 N-Vs 상관관계를 도출하였다. 또한, 세 종류의 대표적 풍화 지수들과 전단파 속도 및 N 값과의 관계로부터 MWPI, WIP 및 100/VR이 전단파 속도의 증가에 따라 선형적으로 증가하고 N 값의 증가에 따라 지수적으로 증가함을 확인하였다. As part of a fundamental characterization for subsurface layers in Korea, the weathering degree and shear wave velocity (Vs) were evaluated from the X-ray fluorescence analyses and the site investigations containing boring and in-situ seismic tests, respectively, for decomposed granite layer in Hongsung. The subsurface layers at Hongsung were composed of 10 to 40 m thickness of weathered layer in most sites. According to the results of weathering degree analyses in Hongsung, it was examined that three chemical weathering indexes such as MWPI, VR and WIP generally increased with decreasing depth. From the in-situ seismic tests, the Vs was determined as the range between 200 and 500 m/s in weathered layer. Based on the Vs and N value at borehole seismic testing sites, N-Vs correlations were established for weathered layer. Furthermore, the relationships of three representative weathering indexes with the Vs and N value indicated that the MWPI, WIP and 100/VR increased linearly as increasing Vs and exponentially as increasing N value.

국내 내륙의 설계 지반 운동 결정을 위한 지반 증폭 계수 및 지반 분류 체계 제안

선창국(Chang Guk Sun),정충기(Choong Ki Chung),김동수(Dong Soo Kim) 한국지반공학회 2005 한국지반공학회논문집 Vol.21 No.6

인홀 탄성파 시험을 이용한 암반의 동적 강성 평가

선창국 ( Chang Guk Sun ),강병수 ( Byung Soo Kang ),김영수 ( Young Su Kim ),목영진 ( Young Jin Mok ) 대한지질공학회 2005 지질공학 Vol.15 No.3

지반의 동적 강성은 내진 설계나 내진 성능 평가 외에도 구조물의 거동 평가에 필요한 중요한 지반 정수이다. 지난 수 십년 동안 이 물성을 효율적이고 정밀하게 측정하기 위해, 여러 가지 검측공 탄성파 시험 기법들이 개발 및 적용되어 왔다. 게다가, 최근 지하 공간의 개발 및 구조물의 대형화로 인해 암반 강성의 평가를 위한 신뢰성 있는 지반 조사 기법의 개발이 더욱 절실히 요구되고 있다. 본 논문에서는 "인홀 탄성파 시험"으로 명명된 새로운 기법을 적용하여 구조물 기초 암반과 터널 막장 암반의 동적 강성을 측정하였다. 국내 여러 지역의 암반에서 수행한 인홀 시험 결과를 다른 탄성파 시험 결과와 비교함으로써 인홀 시험 기법의 신뢰도를 평가하고, 이 기법의 효율성과 정밀성을 입증하였다. Dynamic stiffness of subsurface materials is one of the most important geotechnical parameters in predicting deformational behavior of structures as well as practicing seismic design and performance evaluation. In an effort to measure the parameter efficiently and accurately, various borehole seismic testing techniques have been, thus, developed and used during past several decades. Moreover, recent rush of underground-space projects and increasing size of structures put more stress on reliable site investigation techniques in estimating stiffness of rock mass. In this paper, a new technique called "in-hole seismic test" has been implemented to measure the dynamic stiffness of rock masses at subsurface foundations and tunnel-faces. The reliance of in-hole seismic test was evaluated by comparing the testing results at several rock sites with those of other borehole techniques and the technique turns out to be an efficient and accurate in-situ testing technique.

논문 : 이차원 지반 유한요소 모델링을 통한 사면상부 지진지반운동의 지표면 지형효과 분석

선창국 ( Chang Guk Sun ),방기호 ( Ki Ho Bang ),조완제 ( Wan Jei Cho ) 대한지질공학회 2015 지질공학 Vol.25 No.2

지진지반운동 증폭을 야기하는 부지효과는 지하 토사 조건과 구조뿐만 아니라 지표 지형에 의해 지대한 영향을 받는다. 그럼에도 불구하고 국내에서는 최근 수십 년에 걸쳐 주로 지질 및 토사 조건과 관련된 부지고유 지진응답 연구들이 대부분을 차지해 왔으며, 이러한 국부 지질 효과는 잘 정립되어 현행 국내 내진설계기준들에 반영되고 있다. 이 연구에서는 현행 국내 내진설계기준에서는 고려되고 있지 않은 지표 지형효과 평가의 일환으로, 세 가지 다른 경사각 조건의 유한요소 지반 모델링을 통한 이차원 지진 부지응답 해석을 수행하였다. 이차원 유한요소 해석 결과인 최대 지반가속도와 가속도 응답스펙트럼을 추가적으로 수행한 일차원 유한요소 해석 결과와 비교하였다. 최대 지반가속도와 스펙트럴가속도는 대부분의 사면상부 영역에서 지형효과로 인해 이차원이 일차원 해석에 비해 크게 나타났다. Site effects resulting in the amplification of earthquake ground motion are strongly influenced not only by the subsurface soil conditions and structure, but also by the surface topography. Yet, over the last several decades, most studies of site-specific seismic responses in Korea have focused primarily on the seismic amplification associated with geologic and soil conditions. For example, the effects of local geology are now well established and have been incorporated into current Korean seismic design codes, whereas topographic effects have not been considered. To help address this shortcoming, two-dimensional (2D) seismic site response analyses, using finite element (FE) ground modeling with three different slope angles, were performed in order to assess the site effects of surface topography. We then compared our results, specifically peak ground acceleration (PGA) and acceleration response spectrum, to those of one-dimensional (1D) FE model analyses conducted alongside our study. Throughout much of the upper slope region, PGAs and spectral accelerations are larger in the 2D analyses than in the 1D analyses as a result of the topographic effect.