지반 전단강성의 고품질 토모그래피 이미지 평가를 위한 Love 파 및 Rayleigh 파의 동시활용

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 수직성분인 Rayleigh 파와 수평성분인 Love 파를 모두 측정하여 지반 강성구조 파악을 위한 역산해석에 동시에 활용함으로써, 기존의 SASW 기법보다 더욱 신뢰성 높은 기법을 제안하는 것으로 다음과 같은 요소기술의 연구를 바탕으로 하고 있다.
Love 파의 이론적 연구와 그 전파특성에 관한 연구
2차원 평면파에 대한 이론적 접근을 통하여, 해석해를 이용한 Love 파의 전파특성을 연구한다. 또한, Rayleigh 파의 전파특성과 비교하여 각각의 특징을 파악함으로써, 동시역산해석을 위한 기본전략을 확보한다.
Love 파의 유한요소해석
대표적인 몇 가지 지반 모델에 대하여, Love 파 및 Rayleigh 파의 파동전파 특성을 이해하기 위하여 2차원, 3차원 유한요소 해석을 수행한다. 유한요소 해석결과는 해석적 해와의 비교를 통하여 유한요소 해석의 신뢰성을 검증할 계획이다. 유한요소해석의 주 목적은 해석적 해가 가능하지 않은 3차원 해석, 지반의 강성구조 형태에 대한 영향인자 평가, 기반암 위치 및 형태에 대한 영향 등을 검토하기 위함이다.
Love 파의 3차원 파동전파 모델에 대한 연구와 수치해석적 구현
주어진 지반과 발진원에 대해 Love 파의 파동전파를 평가하는 것을 일반적으로 정모델링 (forward modeling)이라고 하는데, 정모델링을 매번 유한요소해석으로 하는 것은 현실적이 없다. 따라서, 해석적 해를 이용하여 수치적으로 파동의 전파거동을 평가하게 되는데, 본 연구에서도 고려하고자 하는 Love 파의 파동전파 거동을 해석적 해로 평가하고자 한다. 본 연구에서 고려하고자 하는 정모델링 기법은 동강성 행렬법 (Dynamic Stiffness Matrix Method)으로서 탄성파의 발진과 전파를 3차원으로 고려할 수 있는 신뢰성이 매우 높은 방법이다. Rayleigh 파의 정모델링은 본 연구자가 개발한 WinSASW 프로그램에 이미 구현되어 있다.
지반강성평가를 위한 Love 파 및 Rayleigh 파의 동시활용 기법 정립과 프로그램으로의 구현
Love 파의 이해와 파동전파 특성에 대한 분석결과를 근간으로, Love 파의 활용방법에 대한 전략을 수립한다. 본 연구에서는 SASW 실험에서 일반적으로 사용하던 Rayleigh 파뿐만 아니라, Love 파도 사용하고자 하는데, 지반 강성구조 분석을 해석단계인 역산해석에서 두 파의 동시활용에 대한 전략을 정립한다. 또한, 정립된 Love 파와 Rayleigh 파의 동시활용 기법웰옳족慣瀏?막?구현하여 실용성과 현장 적용성을 확보한다.
전단강성의 토모그래피 영상 도출을 위한 알고리듬 개발
Love 파 및 Rayleigh 파의 동시활용으로 결정된 전단파 속도 주상도를 이용하여 토모그래피 영상을 도출하는 알고리듬을 개발한다. 그림 3은 MTSASW 기법으로 측정한 전단파 속도 주상도를 상용프로그램인 Surfer에 의해 표현한 토모그래피 영상이다. 본 연구에서는 토모그래피 영상 구현을 기존의 상용프로그램에 의존하지 않고, 직접 해석프로그램 내에서 구현할 수 있도록 하고자 한다.
현장실험에 의한 개발된 기법의 검증
최종적으로 본 연구에 의해서 개발된 기법을 현장실험을 통해서 검증하고자 한다. 본 연구자가 방문하고자 하는 기관은 표면파 시험에 관한 35년 이상된 오랜 역사와 실험시설을 보유하고 있다. 또한 최근에는 바이브로사이즈(Vibroseis, 그림 4) 라는 표면파 발생 전용 트럭을 구비한 상황이어서, 이를 이용하여 실제 현장에서 본 연구가 필요로 하는 충분한 진동에너지를 발생할 수 있을 것으로 사료된다.