여진을 통해 살펴본 대상구간의 응답특성

안재광,조성흠,전영수,이덕기,Ahn, Jae-Kwang,Cho, Seongheum,Jeon, Young-Soo,Lee, Duk Kee 한국지반공학회 2018 한국지반공학회논문집 Vol.34 No.8

판 경계부에 위치하지 않아 큰 규모의 지진이 발생하지 않는 지역으로 알려진 한반도에 최근 경주지진(2016/09/12, $M_L=5.8$)과 포항지진(2017/11/15, $M_L=5.4$)이 발생하였다. 이로 인해 현재 국내 지진에 대한 사회적 관심도가 증가하였고 지진 감쇠식, 액상화 및 지진시 구조물 피해에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 하지만 현재 국내 관측소의 경우 설치간격이 조밀하지 않기에 정밀한 지진분석에는 한계가 있다. 이에 기상청에서는 포항지진 이후 신속하게 진원지 주변에 임시관측소를 설치하고 추가로 발생한 여진을 관측하였다. 본 연구에서는 임시관측소와 상시관측소에서 관측된 여진 기록과 수집된 대상구간의 지질구조와 지반정보를 통해 포항지역의 지진 전파특성을 분석하고 기반암 운동을 추정하였다. 분석결과 포항 망천리 지역에서는 지질구조상 분지효과로 의심되는 응답특성과 여진기록이 발견되었다. Korean peninsula is known to be far from the plate boundary and not to generate large-scale earthquakes. However, earthquakes recently occurred in Gyeongju (2016/09/12, $M_L=5.8$) and Pohang (2017/11/15, $M_L=5.4$). The interest in earthquake engineering has increased, and various studies are actively underway by recently events. However, the seismic station network in Korea is less dense than that of the western U.S., resulting in the lack of data for detailed analyses of earthquakes. Therefore, KMA (Korea Meteorological Administration) set up temporary seismic stations and recorded ground motions from aftershocks. In this study, characteristics of Pohang seismic propagation and generation of bedrock motion are analyzed through the aftershock ground motion records at both permanent and temporary stations, as well as through the collected geological structure and site information. As a result, the response at Mangcheon-Li shows evidences of basin effects from both geology structures and measured aftershock motions.

운영 중인 도로 터널의 내진 성능 평가

안재광,박두희,김동규,김광염,Ahn, Jae-Kwang,Park, Du-Hee,Kim, Dong-Kyu,Kim, Kwang-Yeom 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.2

본 연구에서는 터널에 대한 내진설계 기준이 처음으로 제정된 1999년 이전에 설계된 현재 운영중인 도로 터널의 지진에 대한 성능을 평가하였다. 이를 위하여 1999년 이전에 설계된 도로 터널 자료를 조사하였으며 이중에서 가장 지진에 취약할 것으로 예상되는 대표 단면을 선정하여 이들에 대한 정밀한 안전성 평가를 수행하였다. 사용된 해석방법은 응답변위법과 동적해석이며 모두 유한차분해석 프로그램을 이용하였다. 응답변위법은 전체영역과 축소된 해석 영역에 대한 해석을 수행하였으며 동적해석은 비선형 해석을 수행하였다. 해석 결과, 축소된 해석영역에 대한 응답변위법과 동적해석의 결과가 매우 유사한 것으로 나타났으며 내진설계가 적용되지 않은 터널들도 재현주기 1000년 지진에 대해서는 안전하며 추가적인 보강은 불필요한 것으로 나타났다. This study evaluates the seismic performance of road tunnels designed before the provisions for seismic design of tunnels were first established in 1999. Extensive design data and site investigation reports are investigated to select tunnels sections that are considered to be most susceptible to seismically induced damage under earthquake loading. Detailed analyses are performed on selected tunnels. The methods used are method of displacement and dynamic analysis. In performing the method of displacement, which is a type of pseudo-static analysis method used for underground structures, full domain and reduced domain modeling were used. The dynamic analyses are performed using finite difference method and using nonlinear constitutive model. Comparisons show that the reduced domain method of displacement match very closely with the dynamic analysis, demonstrating that it is the most suitable method for evaluating the seismic performance of road tunnels built in rocks. It is also shown that road tunnels, for which seismic design were not applied, are safe under the seismic risks corresponding to an earthquake with a return period 1000 years. It is concluded that additional seismic retrofit of tunnels is not necessary.

터널 라이닝의 내진성능 간편 평가법 제안

안재광,변요셉,이규필,이성원,Ahn, Jae-Kwang,Byun, Yoseph,Lee, Gyuphil,Lee, Seongwon 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.2

The country has built and is operating IT-based integrated management system for efficient management of national highway tunnels used publicly these days. Since this system doesn't include the management function on earthquakes, it is impossible to promptly respond to earthquakes and to select the sections requiring seismic reinforcement. Tunnels designed and constructed after 1999 have been subjected to seismic design for an earthquake with a return period 1000 years. Therefore, it is necessary to evaluate the stability of structures in case of earthquakes more than this. Since it takes a lot of time to perform the stability evaluation on various earthquake magnitudes, a method that can easily evaluate earthquakes is needed. In this paper, the empirical simplification method that can easily evaluate the earthquake was proposed. For this, the study calculated ground displacement by conducting one-dimensional ground response analysis, and examined the safety of tunnels in the event of occurrence of an earthquake using two means of response displacement method (analytics and numerical analysis). 최근 국내에서 공용중인 국도터널의 효율적 관리를 위해 IT 기반의 터널 통합관리 시스템을 구축하여 운용 중에 있다. 이 시스템은 지진에 대한 관리 기능이 포함되어 있지 않기 때문에 지진에 대한 신속한 대응과 내진 보강 대상 구간을 선별하는 것이 불가능하다. 특히, 1999년 이후부터 설계 및 시공된 터널은 재현주기 1000년(붕괴방지수준)을 기준으로 내진설계가 되어 있기에 이 이상의 지진이 발생할 경우 구조물에 대한 안정성은 별도의 평가가 필요한 실정이다. 그러나 다양한 지진규모에 대해 안정성 평가를 수행하려면 물리적으로 많은 시간이 소요되므로 보다 간편하게 평가할 수 있는 방법이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 지진에 대한 평가를 간편하게 수행할 수 있는 경험적 간편식을 제안하고자 하였다. 이를 위해 1차원 지반응답해석을 수행하여 지반 변위를 계산하였고, 응답변위법의 2가지 방법(해석해와 수치해석)을 사용하여 지진 시 터널의 안정성을 검토하였다.

1차원 유효응력개념의 지반응답해석을 통한 포항지진의 액상화 현상 규명

안재광,백우현,최재순,곽동엽,Ahn, Jae-Kwang,Baek, Woo-Hyun,Choi, Jae-Soon,Kwak, Dong Youp 한국지반공학회 2018 한국지반공학회논문집 Vol.34 No.8

Since the observation of ground motions in South Korea, liquefaction manifestation was the first to be observed in Pohang earthquake in 2017 with $M_L$ 5.4. Because liquefaction causes ground settlement and lateral spread damaging in-ground or super structures, various researchers have been analyzing the Pohang liquefaction case history to better understand and predict liquefaction consequence and to prevent future disasters. In prior research at the 2018 EESK conference, a map of Liquefaction Potential Index (LPI), indicating the severity of liquefaction, in Pohang was created and compared with damage observations. The LPI correlated well with the observations, but the severity categorized by LPI range was significantly higher than the actual observations in most regions. The prior LPI map was created evaluating ground motions using the simplified approach. In this research, we perform the effective site response analyses with porewater pressure generation model for the detailed evaluation of liquefaction on the liquefied sites in Pohang. We found that the simplified approach for LPI evaluation can overestimate the severity. 지진에 의해 액상화 현상이 발생하면 지반의 침하 혹은 측방유동으로 지중 및 상부 구조물의 손상을 유발하기 때문에 이를 사전에 예측 대비하는 것이 매우 중요하다. 2017년 11월 15일에 발생한 $M_L=5.4$의 포항지진은 국내지진 관측이래 액상화 피해사례가 처음으로 접수되었으며 연구자들이 이에 대한 분석을 수행 중이다. 2018년 춘계 한국지진공학회에서 발표된 포항지역의 액상화 위험지도의 경우 지반조사 결과만을 활용하여 LPI(Liquefaction Potential Index)를 계산하고 대상지역의 피해를 추정하였다. 이때 보고된 결과에 따르면 포항지역이 전반적으로 액상화에 취약하며 상대적으로 위험해 보이는 지역은 실제 피해가 발생했던 지역과 유사하였다. 하지만 액상화 위험도는 실제 발생한 피해보다 과대 예측하였기에 액상화 피해수준 범위에 문제점이 제기되었다. 따라서 본 연구에서는 액상화 현상이 관측된 구간에서 1차원 지반응답해석을 수행하여 액상화 발생가능성을 분석하였다. 그 결과 지반분류에 따른 평가로부터 얻어진 LPI는 액상화 위험지도를 작성 시에 과대예측 할 수 있는 것으로 나타났다.

부지응답해석을 이용한 지역별 대표 진도 산출 연구

안재광(Jae-Kwang Ahn),손수원(Su-Won Son) 한국지반환경공학회 2020 한국지반환경공학회논문집 Vol.21 No.1

지진원으로부터 전파되는 진동은 거리에 따른 감쇠와 지형 혹은 지질구조에 따라 지역마다 다른 증 · 감폭 특성을 가진다. 지진원에서 기반암까지의 전파되는 진동은 이격거리에 따른 감쇠의 영향이 크며, 이는 감쇠식을 통해 쉽게 추정할 수 있다. 하지만 지표면에 전달되는 진동 추정은 기반암 상부에 위치한 토층 고유주기의 영향을 받기에 위치별 지질정보 파악이 중요하다. 지질정보기반 진도 추정을 위해 지반조사 자료가 필요하며, Vs 주상도가 없을 경우 표준관입시험을 통해 대상지반의 강도 및 특성 파악에 주로 사용된다. 국토지반정보 포털시스템에서는 국내 지반에서 수행된 지반조사자료를 통합하여 관리하고 있으며, 표준관입시험 정보가 약 40만공을 구축되어 있다. 본 연구에서는 지반정보를 기반으로 체감형 진도정보 산출을 위해 권역별로 증폭계수 정량화가능성을 검토하였다. 이때 SPT-N치를 자료를 통해 전단파 주상도를 생성하고, 대상지역에 지반응답해석을 수행하였다. 권역별 증폭계수와 지진파의 주기별 진도 분포는 해석방법 및 권역설정에 따라 큰 차이를 보였다. Vibration propagated from seismic sources has damping according to distance and amplification and reduction characteristic in different regions according to topography and geological structure. The vibration propagated from the seismic source to the bedrock is largely affected by the damping according to the separation distance, which can be simply estimated through the damping equation. However, it is important to grasp geological information by location because vibration estimation transmitted to the surface are affected by the natural period of the soil located above the bedrock. Geotechnical investigation data are needed to estimate the seismic intensity based on geological information. If there is no Vs profile, the standard penetration tests are mainly used to determine the soil parameters. The Integrated DB Center of National Geotechnical Information manages the geotechnical survey data performed on the domestic ground, and there is the standard penetration test information of 400,000 holes. In this study, the possibility of quantitation the amplification coefficient for each region was examined to calculated the physical interactive seismic intensity based on geotechnical information. At this time, the shear wave column diagram was generated from the SPT-N value and ground response analysis was performed in the target area. The site coefficients for each zone and the seismic intensity distribution for the seismic motion present a significant difference according to the analysis method and the regional setting.

공간적으로 변이하는 지진파에 의한 터널의 변형 비교

곽동엽,안재광,박두희,Kwak,Dong-Yeop,Ahn,Jae-Kwang,Park,Du-Hee 한국방재학회 2008 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2008 No.1

The safety of a tunnel under seismic motion is most often evaluated by ovalling deformation of tunnel. This paper research about tunnel`s longitudinal deformation. Because of spatial variation of seismic ground motion, the longitudinal structures like tunnel are likely to experience relative displacements along longitudinal direction. The spatially variable ground motion can be estimated by coherency function obtained empirically, and can be considered from different arrival times of ground motion. As a result of estimating tunnel`s relative displacements at maximum curvature of tunnel, the displacements and curvatures estimated by coherency function affect the tunnel`s safety more than different arrival times. However, if tunnel`s displacements by coherency function superpose on displacements by different arrival times, the relative displacements and curvatures of tunnel will be more severe. Therefore, to estimate accurately tunnel`s deformation in longitudinal direction has to consider both coherency and wave passage effects.

국내 지반별의 고유주기에 따른 지반응답해석

김재연(Jae-Yeon Kim),박두희(Duhee Park),안재광(Jae-Kwang Ahn) 한국지반환경공학회 2007 한국지반환경공학회 학술발표회논문집 Vol.2007 No.-

산사면의 지진동 증폭 특성

박두희,김태균,안재광,박인준,Park. Duhee,Kim. Tae-Gyun,Ahn. Jae-Kwang,Park. Inn-Joon 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.2

지진 시 산사면의 안전성은 일반적으로 유사정적해석법이나 Newmark 변위법으로 평가된다. 두가지 방법에서 모두 사면에서의 최대가속도를 정의해야 하며 이는 설계기준에 제시된 지진계수를 이용하여 산정한다. 하지만 지진계수는 수평지반 지표면에서의 최대응답을 나타내므로 사면에는 원칙적으로 적용 가능하지 않다. 본 연구에서는 산사면에서의 증폭계수를 도출하기 위하여 다양한 두께와 전단파속도의 산사면에 대한 일련의 2차원 유사정적해석과 동적해석을 수행하였다. 산사면의 증폭계수는 수평지반과는 다르게 지표면에서의 응답을 적용하는 것이 아니라 시간이력에 따라 사면 파괴토체 내부에서 발생하는 모든 가속도합의 최대값과 암반노두에서의 최대지반가속도의 비율로서 계산하는 방법을 새롭게 적용하였다. 이와 같이 계산된 증폭계수는 평균값이 1에 가까우며 사면토체의 평균가속도는 크게 증폭되지 않는 것으로 나타났다. 경사가 30o인 산사면의 증폭계수는 수평지반의 계수에 비해서 14-50% 작은 것으로 나타났다. 이는 사면의 정상부 및 지표면 부근에서는 크게 증폭이 되지만 하부경계면에서는 증폭이 작아서 평균을 계산하였을 경우 작아지기 때문이다. 결론적으로, 수평지반에 대해서 제시된 증폭계수를 산사면에 적용할 경우, 증폭을 크게 과대예측할 수 있으므로 본 연구에서 제시된 증폭계수를 사용하는 것이 보다 합리적일 것으로 판단된다. Seismic stability of slopes is most often assessed through pseudo-static analysis or Newmark displacement method. In both types of analyses, it is necessary to define the maximum acceleration of the slope. It is current practice to determine the acceleration using the seismic site coefficients. However, the site coefficients are not compatible with slopes, since they were developed for horizontally layered soil profiles. In this study, a series of pseudo-static and dynamic analyses are performed on various mountain slopes, from which the amplification factors are derived. A new method for calculating the amplification factors is proposed in this study. In a slope, the ground acceleration varies in both the vertical and horizontal directions. In the proposed procedure, the calculated accelerations at each node inside the slope failure mass are summed. The amplification factor is defined as the ratio of the average acceleration of the soil mass to the rock outcrop peak acceleration. The factors calculated using the proposed method is shown to be close to 1 for mountain slopes modeled in this study. The factors are approximately 14-50% lower than coefficients developed for horizontal soil deposits. The derived factors are lower because even though the amplification at the slope crest is high, as well as on the surface of the slope, the amplification is low near the bottom of the soil layer. In summary, it is demonstrated that the use of the site coefficients derived for horizontally layered soil profile will lead to significant conservative estimate of the slope stability.

과거지진 시뮬레이션과 시험운영 비교 분석 연구

임도윤(Lim, Doyoon),안재광(Ahn, Jae-Kwang),이지민(Lee, Jimin) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.5

The Korea Meteorological Administration (KMA) provides an earthquake early warning (EEW) service by issuing prompt earthquake information for the public to prepare for severe earthquakes. The KMA has established high-quality seismic stations to provide prompt and precise EEW service and has been monitoring observed seismic waves in real time. The ambient signal exhibits characteristics of small repeated amplitudes owing to the background noise near the seismic station. If seismic waves from earthquakes or explosions are observed in seismic stations, their detected amplitudes are higher than those of background noise and possess specific features. Thus, the methods for differentiating between the observed signal and any signal attributed to earthquakes or noise can be the starting of EEW and the main technique. Because this technique is based on the empirical relationship derived using postprocessed data or specific criteria as the standard, it can have more advantages for optimizing the criteria or standards through observing several seismic events in seismic stations operated in real time. However, fewer earthquakes have occurred in the Korean Peninsula compared to the West of the United States, Japan, and Taiwan. It is difficult to set up the optimal criteria and validate it for seismic stations operating in Korea. In this study, we applied simulated methods to validate the possibility of setting up the optimal criteria. For the simulated results, the analyzed data did not include any delayed waveforms under the ideal condition. We compared the analyzed results observed in detail during the EEW-testing periods. Even though differences between the simulation and EEW-testing results were observed, it was proven that there was no problem in analyzing the earthquake information. In addition, we could design the optimization of module for detecting the P-wave in the Korean Peninsula. 기상청에서는 지진발생 시 국민들에게 신속하게 대비할 수 있도록 지진조기경보 서비스를 제공하고 있다. 신속하고 정확한 서비스를 위해 전국에 고성능 센서의 지진 관측망을 구축하고, 실시간으로 기록되는 진동 신호들을 감시하고 있다. 상시 감지되는 진동은 배경잡음으로 관측소 주변에서 발생하는 진폭이 크지 않고 반복적인 특성을 가진다. 만약 지진이나 폭발 등의 진동이 관측소에 전파된다면, 상시기록되는 배경잡음보다 진폭이 크고 불규칙적인 파형이 기록될 것이다. 이때 기록된 진동이 지진파인지 신속하게 판별하는 것이 지진조기경보의 시작이며 핵심 기술이다. 이 기술은 과거 데이터 기반의 경험적 관계식 혹은 임계값을 기준으로 사용하고 있기에 운영중인 관측망에 기록된 이벤트 수가 많을수록 최적화에 유리하다. 하지만, 국내의 경우 미국 서부, 일본, 대만 등에 비해 지진 이벤트 수가 현저히 적어 現관측 환경에 최적화된 기준 설정과 검증이 쉽지 않다. 따라서, 본 연구에서는 시뮬레이션기법을 활용해 최적화 기준 설정의 가능성을 검증하고자 하였다. 시뮬레이션은 데이터 지연 등이 없는 이상적인 조건에서의 결과이므로, 시험운영기간에 분석된 결과와의 비교가 필요하다. 분석결과, 지진정보 생산 시 시뮬레이션과 시험운영간의 큰 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다. 또한, 시뮬레이션을 통해 한반도에 적용 가능한 P파 탐지 최적 모듈 설계가 가능하다.

MEMS 가속도 센서 자료를 이용한 지진 분석과 관측망 확대 효과

박은아(Euna Park),안재광(Jae-Kwang Ahn),황의홍(Eui-Hong Hwang),김정규(Jung-Kyu Kim) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10

전통적으로 사용되던 네트워크 방식의 지진조기경보시스템은 상대적으로 속도가 빠른 P파를 기반으로 지진 정보를 생산하고 피해가 예상되면 경보를 전파한다. 네트워크 방식의 지진조기경보는 다수의 관측소에서 탐지된 P파 정보가 필요하기에 관측망의 조밀도가 높을수록 공백역(blind zone)이 줄어든다. 여기서 공백역이란 지진조기경보 이전에 큰 진동이 도달하는 영역이다. 하지만 지진조기경보의 공백역을 줄이기 위해 관측소를 늘리는 것은 부지확보부터 관리까지 막대한 비용이 소요되며 비효율적이다. 이러한 이유들로 최근 전자기기를 활용한 지진 감지 기술 개발이 활발하게 진행되고 있다. 초소형 전자기기들은 진동을 감지할 센서, 자료를 송수신할 통신 모듈 및 전력 공급만 있다면 저비용으로 활용이 가능하다는 장점이 있기 때문에 관측망 조밀도 향상에도 유리하다. 이에 기상청에서는 SK 텔레콤과 협력하여 초소형 MEMS 가속도 센서 기반의 관측망 확장 연구를 시작하였다. 2020년까지 전국의 기상청 지진관측소와 SKT 기지국 및 대리점에 총 2,783개소의 MEMS 관측망을 구축하여 현재 운영 중에 있다. 기존 설치 장소의 특성상 도서, 산간 및 해안지역에 관측소가 부족하다 한계점을 해결하고자 금년에는 우정사업본부와 해양경찰청, 소방청과 협의하여 관측망 확장을 추진하였다. 관측망의 확대 설치 후 발생한 2021년 7월 31일 M2.5의 대구 지진을 이용하여 지진 감지 및 관측망 확대 효과 분석을 수행하였다. 확대 설치 전후를 가정하여 지진 감지 관측소 수를 비교했을 때, MEMS 센서 유효 진앙거리 이내에서 P파 감지 관측소 수 증가로 인한 관측망 확대 효과를 확인하였다.