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.
To reveal and classify site characteristics in densely populated areas in Chuncheon, Korea, Rayleigh-waves were recorded at 50 sites including four sites in the forest area using four 1-Hz velocity sensors and 24 4.5-Hz vertical geophones during the period of January 2011 to May 2013. Dispersion curves of the Rayleigh waves obtained by the extended spatial autocorrelation method were inverted to derive shear-wave velocity ($v_s$) models comprising 40 horizontal layers of 1-m thickness. Depths to weathered rocks ($D_b$), shear wave velocities of these basement rocks ($v_s^b$), average velocities of the overburden layer ($\bar{v}_s^s$), and the average velocity to a depth of 30 m ($v_s30$), were then derived from those models. The estimated values of $D_b$, $v_s^b$, $\bar{v}_s^s$, and $v_s30$ for 46 sites at lower altitudes were in the ranges of 5 to 29 m, 404 to 561 m/s, 208 to 375 ms/s, and 226 to 583 m/s, respectively. According to the Korean building code for seismic design, the estimated $v_s30$ indicates that the lower altitude areas in Chuncheon are classified as $S_C$ (very dense soil and soft rock) or $S_D$ (stiff soil). To determine adequate proxies for $v_s30$, we compared the computed values with land cover, lithology, topographic slope, and surface elevation at each of the measurement sites. Due to a weak correlation (r = 0.41) between $v_s30$ and elevation, the best proxy of them, applications of this proxy to Chuncheon of a relatively small area seem to be limited.
To construct in situ velocity-porosity relationships for oceanic basalt, considering crack features, P- and S-wave velocity measurements on basaltic samples obtained from the eastern flank of the Juan de Fuca Ridge were carried out under confining pressures up to 40 MPa. Assuming that the changes in velocities with confining pressures are originated by micro-crack closure, we estimated micro-crack aspect ratio spectra using the Kuster-$Toks{\ddot{o}}z$ theory. The result demonstrates that the normalised aspect ratio spectra of the different samples have similar characteristics. From the normalised aspect ratio spectrum, we then constructed theoretical velocity-porosity relationships by calculating an aspect ratio spectrum for each porosity. In addition, by considering micro-crack closure due to confining pressure, a velocity-porosity relationship as a function of confining pressure could be obtained. The theoretical relationships that take into account the aspect ratio spectra are consistent with the observed relationships for over 100 discrete samples measured at atmospheric pressure, and the commonly observed pressure dependent relationships for a wide porosity range. The agreement between the laboratory-derived data and theoretically estimated values demonstrates that the velocity-porosity relationships of the basaltic samples obtained from the eastern flank of the Juan de Fuca Ridge, and their pressure dependence, can be described by the crack features (i.e. normalised aspect ratio spectra) and crack closure.
The slope collapse can be classified into internal and external factors. Internal factors are engineering factors inherent in the formation of slopes such as soil depth, slope angle, shear strength of soil, and external factors are external loading such as earthquakes. The external factor for earthquake can be expressed by various values such as peak ground acceleration (PGA), peak ground velocity (PGV), Arias coefficient (I), natural period (Tp), and spectral acceleration (SaT=1.0). Specially, PGA is the most typical value that defines the magnitude of the ground motion of an earthquake. However, it is not enough to consider the displacement in the slope which depends on the duration of the earthquake even if the vibration has the same peak ground acceleration. In this study, numerical analysis of two-dimensional plane strain conditions was performed on engineered block, and slope responses due to seismic motion of scaling PGA to 0.2 g various event scenarios was analyzed. As a result, the response of slope is different depending on the presence or absence of sliding block; it is shown that slope response depend on the seismic wave triggering sliding block than the input motion factors.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.1
s.53
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pp.67-77
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2007
Site coefficients in IBC and KBC codes have some limits to predict the rational seismic responses of a structure, because they take into account only the effect of the soil amplification without the effects of the structure-soil interaction. In this study, upper and lower limits of the site coefficients are estimated through the pseudo 3-D elastic seismic response analyses of structures built on the linear or nonlinear soil layers taking Into account the effects of the structure-soil interaction. Soil characteristics of site classes of A, B and C were assumed to be linear, and those of site classes of D and E were done to be nonlinear and the Ramberg-Osgood model was used to evaluate shear modulus and damping ratio of a soil layer depending on the shear wave velocity of the soil layer, Seismic analyses were performed with 12 weak or moderate earthquake records scaled the peak acceleration to 0.1g or 0.2g and deconvoluted as earthquake records at the bedrock located at 30m deep under the outcrop. With the study results of the elastic seismic response analyses of structures, new standard response spectrum and upper and lower limits of the site coefficients of $F_{a}\;and\;F_{v}$ at the short period range and the period of 1 second are suggested including the effects of the structure-soil interaction, and new site coefficients for the KBC code are also suggested.
Lee, Jaekang;Byun, Joongmoo;Seol, Soon Jee;Kim, Young
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.21
no.2
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pp.103-111
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2018
The recent research aim of seismic trace interpolation is to effectively interpolate the data with spatial aliasing. Among various interpolation methods, the Matching Pursuit interpolation, that finds the proper combination of basis functions which can best recover traces, has been developed. However, this method cannot interpolate aliased data. Thus, the multi-component Matching Pursuit interpolation and moveout correction method have been proposed for interpolation of spatially aliased data. It is difficult to apply the multi-component Matching Pursuit interpolation to interpolating the OBC (Ocean Bottom Cable) data which is the multi-component data obtained at the ocean bottom because the isolation of P wave component is required in advance. Thus, in this study, we dealt with an effective single-component matching Pursuit interpolation method in OBC data where P-wave and S-wave are mixed and spatial aliasing is present. To do this, we proposed the Ricker wavelet based single-component Matching Pursuit interpolation workflow with moveoutcorrection and systematically investigated its effectiveness. In this workflow, the spatial aliasing problem is solved by applying constant value moveout correction to the data before the interpolation is performed. After finishing the interpolation, the inverse moveout correction is applied to the interpolated data using the same constant velocity. Through the application of our workflow to the synthetic OBC seismic data, we verified the effectiveness of the proposed workflow. In addition, we showed that the interpolation of field OBC data with severe spatial aliasing was successfully performed using our workflow.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.4
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pp.245-256
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2016
In the companion paper (I - Database and Site Response Analyses), site-specific response analyses were performed at more than 300 domestic sites. In this study, a new site classification system and design response spectra are proposed using results of the site-specific response analyses. Depth to bedrock (H) and average shear wave velocity of soil above the bedrock ($V_{S,Soil}$) were adopted as parameters to classify the sites into sub-categories because these two factors mostly affect site amplification, especially for shallow bedrock region. The 20 m of depth to bedrock was selected as the initial parameter for site classification based on the trend of site coefficients obtained from the site-specific response analyses. The sites having less than 20 m of depth to bedrock (H1 sites) are sub-divided into two site classes using 260 m/s of $V_{S,Soil}$ while the sites having greater than 20 m of depth to bedrock (H2 sites) are sub-divided into two site classes at $V_{S,Soil}$ equal to 180 m/s. The integration interval of 0.4 ~ 1.5 sec period range was adopted to calculate the long-period site coefficients ($F_v$) for reflecting the amplification characteristics of Korean geological condition. In addition, the frequency distribution of depth to bedrock reported for Korean sites was also considered in calculating the site coefficients for H2 sites to incorporate sites having greater than 30 m of depth to bedrock. The relationships between the site coefficients and rock shaking intensity were proposed and then subsequently compared with the site coefficients of similar site classes suggested in other codes.
Seismic hazard assessments are performed on a variety of infrastructure projects. One component of a seismic hazard assessment is the attenuation relationship. Several attenuation relationships have been developed over the decades to predict peak ground acceleration under a variety of site conditions. For example, many attenuation relationships were designed to estimate peak ground acceleration, as well as other intensity measures, under a variety of soil conditions, mostly using the average shear wave velocity for the upper 30 m of earth material as a classification scheme. However, certain types of infrastructure, such as tunnels and nuclear power plants, are typically founded on and in bedrock. Using data from Japan, we developed a simple correlation to estimate peak ground acceleration for rock sites and compare the results from another popular attenuation relationship. Results indicate the popular attenuation relationship to be less than the proposed model for distances less than 200 km.
In this study, an acoustic full-waveform inversion using Adam optimizer was proposed. The steepest descent method, which is commonly used for the optimization of seismic waveform inversion, is fast and easy to apply, but the inverse problem does not converge correctly. Various optimization methods suggested as alternative solutions require large calculation time though they were much more accurate than the steepest descent method. The Adam optimizer is widely used in deep learning for the optimization of learning model. It is considered as one of the most effective optimization method for diverse models. Thus, we proposed seismic full-waveform inversion algorithm using the Adam optimizer for fast and accurate convergence. To prove the performance of the suggested inversion algorithm, we compared the updated P-wave velocity model obtained using the Adam optimizer with the inversion results from the steepest descent method. As a result, we confirmed that the proposed algorithm can provide fast error convergence and precise inversion results.
Besides their spiritual significance, minarets are humanity's cultural heritage to the future generations due to their historical and architectural attraction. Currently, many historical masonry minarets are damaged and destroyed due to several reasons such as earthquakes and wind. Therefore, safety of these religiously significant buildings needs to be thoroughly investigated. The utmost care must be taken into account while investigating these structures. Our study investigated earthquake behavior of historical masonry minaret of Haci Mahmut Mosque. Destructive and non-destructive tests were carried out to determine earthquake safety of this structure. Brick-stone masonry material properties of structure were determined by accomplishing ultrasonic wave velocity, Schmidt Hammer, uniaxial compression (UAC) and indirect tension (Brazilian) tests. Determined material properties were used in the finite element analysis of the structure. To validate the numerical analysis, Operational Modal Analysis was applied to the structure and dynamic characteristics of the structure were determined. To this end, accelerometers were placed on the structure and vibrations due to environmental effects were followed. Finite element model of the minaret was updated using dynamic characteristics of the structure and the realistic numerical model of the structure was obtained. This numerical model was solved by using earthquake records of Turkey with time history analysis (THA) and the realistic earthquake behavior of the structure was introduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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