Suggestion of Additional Criteria for Site Categorization in Korea by Quantifying Regional Specific Characteristics on Seismic Response

The site categorization and corresponding site amplification factors in the current Korean seismic design guideline are based on provisions for the western United States (US), although the site effects resulting in the amplification of earthquake ground motions are directly dependent on the regional and local site characteristic conditions. In these seismic codes, two amplification factors called site coefficients, $F_a$ and $F_v$, for the short-period band and midperiod band, respectively, are listed according to a criterion, mean shear wave velocity ($V_S$) to a depth of 30 m, into five classes composed of A to E. To suggest a site classification system reflecting Korean site conditions, in this study, systematic site characterization was carried out at four regional areas, Gyeongju, Hongsung, Haemi and Sacheon, to obtain the $V_S$ profiles from surface to bedrock in field and the non-linear soil properties in laboratory. The soil deposits in Korea, which were shallower and stiffer than those in the western US, were examined, and thus the site period in Korea was distributed in the low and narrow band comparing with those in western US. Based on the geotechnical characteristic properties obtained in the field and laboratory, various site-specific seismic response analyses were conducted for total 75 sites by adopting both equivalent-linear and non-linear methods. The analysis results showed that the site coefficients specified in the current Korean provision underestimate the ground motion in the short-period range and overestimate in the mid-period range. These differences can be explained by the differences in the local site characteristics including the depth to bedrock between Korea and western US. Based on the analysis results in this study and the prior research results for the Korean peninsula, new site classification system was developed by introducing the site period as representative criterion and the mean $V_S$ to a depth of shallower than 30 m as additional criterion, to reliably determine the ground motions and the corresponding design spectra taking into account the regional site characteristics in Korea.

지역고유 지진응답 특성 정량화를 통한 국내 부지 분류 기준의 추가 반영 제안

지진 지반운동의 증폭 유발 요인인 부지 효과는 지역적 및 국부적 부지 조건에 직접적인 영향을 받게 됨에도 불구하고, 현행 국내 내진 설계 기준의 부지 분류와 그에 따른 부지 증폭계수는 미국 서부 지역의 기준을 준용한다. 이러한 내진 기준의 경우, 단주기와 중장주기에 관한 두 종류의 부지 증폭계수들을 30 m 심도까지의 평균 전단파속도라는 기준에 따라 A 부터 E까지의 다섯 종류로 분류한다. 본 연구에서는 국내 부지 조건을 반영한 부지 분류 체계를 제시할 목적으로, 경주, 홍성, 해미, 사천의 네 지역에 대해 체계적인 부지 특성 평가를 수행하였으며, 현장에서는 지표면부터 기반암까지의 전단파속도 깊이분포를 결정하고 실내에서는 지반의 비선형적 물성을 획득하였다. 국내 토사층은 미국 서부에 비해 상대적으로 얕고 강성이 크게 파악되었고, 그로 인해 국내의 부지 주기는 상대적으로 작고 좁은 범위에 분포하였다. 현장과 실내에서 구한 지반 특성을 이용하여 등가선형 및 비선형 기법을 적용한 다양한 부지고유 지진응답 해석을 총 75부지를 대상으로 실시하였다. 해석 결과로부터 현행 국내 기준에 정의된 부지 증폭계수는 지반운동을 단주기에서는 과소 평가하고 중장주기에서는 과대평가함을 알 수 있었다. 이러한 차이는 국내와 미국 서부간의 기반암 심도를 포함한 국부적 지반 특성들의 차이로 인한 것이다. 본 연구의 해석 결과와 한반도 대상의 선행 연구 결과들을 토대로 대표 기준인 부지 주기와 추가 기준으로서의 30 m 보다 얕은 심도까지의 평균 전단파속도를 도입함으로써, 국내 지역적 부지 특성을 고려한 지반운동과 설계 스펙트럼을 신뢰성 높게 결정할 수 있는 새로운 부지 분류 체계를 개발하였다.