자가굴착식 프레셔미터 시험을 이용한 점성토 지반의 변형계수 산정

선창국,정충기,김명모 대한토목학회 1999 대한토목학회 학술발표회 논문집 Vol.1999 No.2

GIS를 이용한 서울 시범 지역에서의 부지고유 지진 응답의 정밀구역화

선창국,정충기,천성호,장의룡 한국방재학회 2007 한국방재학회논문집 Vol.7 No.5

As computer technology has been rapidly advanced, geographic information system (GIS) is recently used in many disciplines. In this study, for a model area in Seoul, seismic hazard potential relating to site effects, which are influenced by the subsurface geotechnical conditions, was estimated using the GIS tool. The distribution of pre-existing borehole drilling data in Seoul metropolitan area was examined for the regional estimation of site-specific seismic responses at the model area. Spatial geo-layers across the entire model area were predicted by constructing a GIS-based geotechnical information system (GTIS). A microzonation of site period (TG) for estimating site-specific seismic responses at the model area was performed within the GTIS. The spatial microzoning map of TG indicated seismic vulnerability of two- to four-storied buildings in the model area. Furthermore, a site classification map for determining the design ground motion was established based on the TG within the GTIS. This informed that most of location in the model area was categorized into current site classes C and D. This seismic microzonation framework for the model area could be applicable particularly in the entire Seoul metropolitan area based on the pre-existing borehole data. 컴퓨터 기술이 급속히 발전됨에 따라, 최근에는 많은 분야에서 지리정보시스템(GIS)이 활용되고 있다. 이 연구에서는 서울 내의 한 시범 지역을 대상으로 지하 지반 조건에 따라 영향을 받는 부지 효과에 관련된 지진 피해 가능성을 GIS 기법을 이용하여 평가하였다. 시범 지역에서의 지역적 부지고유 지진 응답의 평가를 위하여 서울 대도시 지역에 대한 기존 시추 조사 자료의 분포를 파악하였다. GIS 토대의 지반 정보 시스템(GTIS)을 구축하여 시범 지역 전체에 대한 공간 지층 정보를 예측하였다. 서울 시범 지역의 부지고유 지진 응답 예측을 위한 부지 주기(TG)의 정밀구역화를 GTIS 내에서 수행하였다. 공간 분포 정밀구역화 지도로부터 시범 지역 내 2 층에서 4 층 건물들의 지진 취약성을 확인하였다. 또한, GTIS 내에서 TG 분포를 토대로 설계 지반 운동 결정을 위한 지반 분류 지도를 작성하였으며, 그로부터 대상 시범 지역 부지의 거의 대부분이 현행 지반 분류 C 와 D로 분류됨을 확인하였다. 이와 같은 서울 시범 지역에 대한 지진 정밀구역화 적용 구조 체계는 특별히 기존 시추 자료를 활용하여 대도시 서울 지역 전체에 대해 적용 가능할 것으로 판단된다.

얕은 심도 전단파속도 분포를 이용한 30m 심도 평균 전단파속도의 결정

선창국,정충기,김동수 한국지진공학회 2007 한국지진공학회논문집 Vol.11 No.1

미국 서부 지역을 근간으로 도출된 30m 심도까지의 평균 전단파속도(Vs30)는 부지 증폭 정도에 따른 설계 지진 지반 운동 결정을 위한 현행 지반 분류 기준이다. 부지의 Vs30을 산정하기 위해서는 현장탄성파 시험으로부터 적어도 30m 심도까지의 전단파 속도(Vs) 분포를 획득해야 한다. 그러나 많은 경우에서 현장의 불리한 여건 및 적용 시험 기법의 제한으로 인해 Vs분포 결정 심도가 30m에 이르지 못할 수 있다. 본 연구에서는 국내 총 72개소 부지들에서 다양한 탄성파 시험 수행을 통해 30m 이상 심도까지 Vs 분포를 획득하여 Vs30과 30m보다 얕은 심도까지의 평균 전단파속도(VsDs)들을 산정하고, 이로부터 Vs30과 VsDs간의 상관관계를 도출하였다. 또한, 모든 Vs 분포 자료의 평균에 근거한 형상 곡선을 작성하여 Vs 분포를 얕은 심도부터 30m까지 외삽할 수 있는 기법을 개발하였다. 얕은 심도 Vs 분포로부터의 Vs30 산정을 위하여 VsDs와 형상 곡선을 이용하는 두 기법은 최하단 Vs를 30m 심도까지 동일하게 연장하는 단순 기법에 비해 편향 정도가 적었으며, 특히 최소 10m 이상 심도까지 확보된 Vs분포의 경우 유용하게 적용될 수 있을 것으로 보인다. The mean shear wave velocity to the depth of 30 m (Vs30) derived from the western Vs is the current site classification criterion for determining the design seismic ground motion taking into account the site amplification potential. In order to evaluate the Vs30 at a site, a shear wave velocity (Vs) Profile extending to at least 30 m in depth must be acquired from in-situ seismic test. In many cases, however, the resultant depth of the Vs profile may not extend to 30 m, owing to the unfavorable field condition and the limitation of adopted testing techniques. In this study, the Vs30 and the mean shear wave velocity to a depth shallower, than 30 m (VsDs) were computed from the Vs profiles more than 30 m in depth obtained by performing various seismic tests at total 72 sites in Korea, and a correlation between Vs30 and VsDs was drawn based on the computed mean Vs data. In addition, a method for extrapolating the Vs profile from shallow depth to 30 m was developed by building a shape curve based on the average data of all Vs profiles. For evaluating the Vs30 from the shallow Vs profiles, both the methods using VsDs and shape curve result in less bias than the simplest method of extending the lowermost Vs equally to 30 m in depth, and are usefully applicable particularly in the cases of the Vs profiles extending to at least 10 m in depth.

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

선창국 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

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 울산 지역에서의 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 내 임의 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.

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.

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.

스프링식 횡방항 발진 크로스홀 탄성파 시험을 통한 지반 동적 특성의 합리적 산정

선창국,목영진,정충기,김명모 한국지진공학회 2006 한국지진공학회논문집 Vol.10 No.4

지반의 동적 변형 특성인 전단파 속도(V_s), 압축파 속도(V_p), 그리고 그에 따른 포아송 비(v)는 내진 설계나 내진 성능 평가 외에도 구조물의 거동 평가에 필요한 매우 중요한 지반 정수이다. 지난 수십 년 동안 이러한 지반 정수를 효율적이고 정밀하게 측정하기 위하여, 여러 가지 공내 탄성파 시험 기법들이 개발 및 적용되어 왔다. 본 연구에서는 가장 신뢰성이 높은 현장 탄성파 기법인 크로스홀 탄성파 시험을 지반 동적 물성 획득 기법으로 선정하였다. 지하수위 존재 여부에 관계 없이 토사뿐만 아니라 암반을 대상으로 크로스홀 시험을 성공적으로 수행할 수 있도록, 연직 시추공 안에서 지반을 대상으로 횡방향 가진이 가능한 스프링식 발진 장치를 개발하고, 두 곳의 기존 항만 부두 부지와 신규 LNG 저장 시설 두 부지로 구성된 국내 세 지역을 대상으로 크로스홀 탄성파 시험을 실시하였다. 대상 부지에서의 개발 발진 장치 적용을 통한 크로스홀 시험으로부터 지표 부근 토사부터 하부 공학적 기반암 및 지진학적 기반암으로 구성된 암반까지의 깊이별 V_s,\;V_p 및 v와 같은 지반 동적 특성을 매우 효율적으로 결정하였으며, 적용 대상 시설물인 기존 항만 부두 시설물의 내진 성능 평가 그리고 신규 LNG 저장 시설물의 내진 설계를 위한 근본 자료로 제시하였다. Soil and rock dynamic properties such as shear wave velocity (V_s), compressional wave velocity (V_p) and corresponding Poisson's ratio (v) are very 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 bore-hole seismic testing techniques have been, thus, developed and used during past several decades. In this study, cross-hole seismic testing technique which is known as the most reliable seismic method was adopted for obtaining geotechnical dynamic properties. To perform successfully the cross-hole test for rock as well as soil layers regardless of the ground water level, spring-loaded source which impact laterally a subsurface ground in vertical bore-hole was developed and applied at three study areas, which contain four sites composed of two existing port sites and two new LNG storage facility sites. The geotechnical dynamic properties such as V_s,\;V_p and v with depth from the soil surface to the engineering and seismic bedrock were efficiently determined from the laterally impacted cross-hole seismic tests at study sites, and were provided as the fundamental parameters for the seismic performance evaluation of the existing ports and the seismic design of the LNG storage facilities.

스프링식 횡방향 발진 크로스홀 탄성파 시험을 통한 지반 동적 특성의 합리적 산정

선창국,김명모,목영진,정충기 한국지진공학회 2006 한국지진공학회논문집 Vol.10 No.4

and rock dynamic properties such as shear wave velocity (VS), compressional wave velocity (VP) and corresponding Poisson’s ratio (ν) are very 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 bore-hole seismic testing techniques have been, thus, developed and used during past several decades. In this study, cross-hole seismic testing technique which is known as the most reliable seismic method was adopted for obtaining geotechnical dynamic properties. To perform successfully the cross-hole test for rock as well as soil layers regardless of the ground water level, spring-loaded source which impact laterally a subsurface ground in vertical bore-hole was developed and applied at three study areas, which contain four sites composed of two existing port sites and two new LNG storage facility sites. The geotechnical dynamic properties such as VS, VP and ν with depth from the soil surface to the engineering and seismic bedrock were efficiently determined from the laterally impacted cross-hole seismic tests at study sites, and were provided as the fundamental parameters for the seismic performance evaluation of the existing ports and the seismic design of the LNG storage facilities. 동적 변형 특성인 전단파 속도(VS), 압축파 속도(VP), 그리고 그에 따른 포아송 비(ν)는 내진 설계나 내진 성능 평가 외에도 구조물의 거동 평가에 필요한 매우 중요한 지반 정수이다. 지난 수십 년 동안 이러한 지반 정수를 효율적이고 정밀하게 측정하기 위하여, 여러 가지 공내 탄성파 시험 기법들이 개발 및 적용되어 왔다. 본 연구에서는 가장 신뢰성이 높은 현장 탄성파 기법인 크로스홀 탄성파 시험을 지반 동적 물성 획득 기법으로 선정하였다. 지하수위 존재 여부에 관계 없이 토사 뿐만 아니라 암반을 대상으로 크로스홀 시험을 성공적으로 수행할 수 있도록, 연직 시추공 안에서 지반을 대상으로 횡방향 가진이 가능한 스프링식 발진 장치를 개발하고, 두 곳의 기존 항만 부두 부지와 신규 LNG 저장 시설 두 부지로 구성된 국내 세 지역을 대상으로 크로스홀 탄성파 시험을 실시하였다. 대상 부지에서의 개발 발진 장치 적용을 통한 크로스홀 시험으로부터 지표 부근 토사부터 하부 공학적 기반암 및 지진학적 기반암으로 구성된 암반까지의 깊이별 VS, VP 및 ν와 같은 지반 동적 특성을 매우 효율적으로 결정하였으며, 적용 대상 시설물인 기존 항만 부두 시설물의 내진 성능 평가 그리고 신규 LNG 저장 시설물의 내진 설계를 위한 근본 자료로 제시하였다.

전단파속도와 지반공학적 현장 관입시험 자료의 상관관계 도출

선창국,김홍종,정충기 한국지진공학회 2008 한국지진공학회논문집 Vol.12 No.4

다양한 탄성파 시험으로부터 획득할 수 있는 전단파속도(V_S)는 주로 지진공학 분야에서의 내진 설계 및 내진 성능 평가를 위한 대표적 지반 동적 특성으로 강조되어 왔다. 일반적인 지반공학적 부지 조사 기법의 지반지진공학적 활용을 목적으로, 표준관입 시험(SPT)과 피에조콘관입시험(CPTu)을 국내 여러 부지들을 대상으로 다양한 시추공 탄성파시험과 함께 수행하였다. 본 연구에서는 현장시험 자료들의 통계학적 모델링을 통해 전단파속도와 표준관입시험의 타격수(N 값)및 선단저항력(q_t), 주면마찰력(f_s)과 간극수압계수(B_q)로 구성되는 피에조콘관입 자료 간의 상관관계를 도출하고 전단파속도 결정을 위한 경험적 방법으로 제안하였다. 비록 일반적인 지반공학적 관입시험과 시추공 탄성파시험의 대상 변형률 수준이 상이하다 할지라도, 본 연구에서 제안된 상관관계들은 국내 토사 지층의 예비적 전단파속도 산정에 활용될 수 있을 것으로 보인다. Shear wave velocity(V_S), which can be obtained using various seismic tests, has been emphasized as representative geotechnical dynamic characteristic mainly for seismic design and seismic performance evaluation in the engineering field. For the application of conventional geotechnical site investigation techniques to geotechnical earthquake engineering, standard penetration tests(SPT) and piezocone penetration tests(CPTu) together with a variety of borehole seismic tests were performed at many sites in Korea. Through statistical modeling of the in-situ testing data, in this study, the correlations between V_S and geotechnical in-situ penetrating data such as blow counts(N value) from SPT and piezocone penetrating data such as tip resistance (q_t), sleevefriction(f_s), and pore pressure ratio(B_q) were deduced and were suggested as an empirical method to determine V_S. Despite the incompatible strain levels of the conventional geotechnical penetration tests and the borehole seismic tests, it is shown that the suggested correlations in this study are applicable to the preliminary estimation of V_S for Korean soil layers.

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.