• Earthquakes and Structures
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• 제25권1호
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• pp.27-41
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• 2023

This study focused on nonlinear effective stress site response analysis using two coupled constitutive models, that is, the DM model (Dafalias and Manzari 2004), which incorporated a simple plasticity sand model accounting for fabric change effects, and the PMDY03 model (Khosravifar et al. 2018), that is, a 3D model for earthquake-induced liquefaction triggering and postliquefaction response. A detailed parametric study was conducted to validate the effectiveness of nonlinear site response analysis and porewater pressure (PWP) generation through a true coupled formulation for assessing the initiation of liquefaction at ground level. The coupled models demonstrated accurate prediction of liquefaction triggering, which was in line with established empirical liquefaction triggering relations in published databases. Several limitations were identified in the evaluation of liquefaction using the cyclic stress method, despite its widespread implementation for calculating liquefaction triggering. Variations in shear stiffness, represented by changes in shear wave velocity (Vs1), exerted the most significant influence on site response. The study further indicated that substantial differences in response spectra between nonlinear total stress and nonlinear effective stress analyses primarily occurred when liquefaction was triggered or on the verge of being triggered, as shown by excess PWP ratios approaching unity. These differences diminished when liquefaction occurred towards the later stages of intense shaking. The soil response was predominantly influenced by the higher stiffness values present prior to liquefaction. A key contribution of this study was to validate the criteria used to assess the triggering of level-ground liquefaction using true coupled effective-stress constitutive models, while also confirming the reliability of numerical approximations including the PDMY03 and DM models. These models effectively captured the principal characteristics of liquefaction observed in field tests and laboratory experiments.

• Geomechanics and Engineering
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• 제37권5호
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• pp.475-498
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• 2024

The prediction of the susceptibility of soil to liquefaction using a limited set of parameters, particularly when dealing with highly unbalanced databases is a challenging problem. The current study focuses on different ensemble learning classification algorithms using highly unbalanced databases of results from in-situ tests; standard penetration test (SPT), shear wave velocity (V_s) test, and cone penetration test (CPT). The input parameters for these datasets consist of earthquake intensity parameters, strong ground motion parameters, and in-situ soil testing parameters. liquefaction index serving as the binary output parameter. After a rigorous comparison with existing literature, extreme gradient boosting (XGBoost), bagging, and random forest (RF) emerge as the most efficient models for liquefaction instance classification across different datasets. Notably, for SPT and V_s-based models, XGBoost exhibits superior performance, followed by Light gradient boosting machine (LightGBM) and Bagging, while for CPT-based models, Bagging ranks highest, followed by Gradient boosting and random forest, with CPT-based models demonstrating lower G_mean(error), rendering them preferable for soil liquefaction susceptibility prediction. Key parameters influencing model performance include internal friction angle of soil (ϕ) and percentage of fines less than 75 µ (F₇₅) for SPT and V_s data and normalized average cone tip resistance (q_c) and peak horizontal ground acceleration (a_max) for CPT data. It was also observed that the addition of V_s measurement to SPT data increased the efficiency of the prediction in comparison to only SPT data. Furthermore, to enhance usability, a graphical user interface (GUI) for seamless classification operations based on provided input parameters was proposed.

• 지구물리와물리탐사
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• 제13권3호
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• pp.203-218
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• 2010

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.

• 지구물리와물리탐사
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• 제12권1호
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• pp.121-131
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• 2009

최근 상시 진동 탐사법은 횡파 속도 구조의 규명을 위하며 이용되고 있다 상시 진동 탐사법 중 공간자기상관(SPAC)법은 적어도 3 혹은 4개의 수신기에서 동시에 기록된 자료를 이용한다. 2sSPAC과 선형 배열 상시 진동법과 같은 수정된 SPAC법은 2개의 수신기 자료만 이용하여 횡파 속도를 추정할 수 있지만, 1.0 Hz 이상의 주파수 대역에 대한 공간 자기상판 계수가 불안정해지는 문제점을 가지고 있다. 4개의 서로 다른 크기의 삼각형 배열과 4개의 같은 크기의 삼각형 및 선형 배열을 이용한 상시 진동 측정치에 근거하여, 2 Hz 에서 4 Hz 혹은 5 Hz주파수 대역에 대한 SPAC 계수의 안정성을 증명하였다. SPAC 계수를 Bessel 함수로 회귀하는 방식으로 획득되는 위상속도는 5 Hz까지 일관성을 보여주었다. 공간평균법을 이용한 선형배열의 경우를 제외하고, 모든 자료는 SPAC법으로 처리되었다. 평행탄성파법 자료가 있는 시추공 주변에서 상시 진동 배열을 순차적으로 다른 시간에 적용하였다. 자료의 품질을 나타내는 지시자로 SPAC 계수의 허수 성분을 이용하였다. 자기상관 스펙트럼의 변화량 (어떠한 경우에는 기록된 파동장에 대한 육안 검사)에 근거하여, 측정된 자료를 '신뢰성있는(reliable)'과 '신뢰성이 없는(unreliable)'로 구분하였다. 그 후, 'reliable'과 'unreliable'로 구분된 자료와 모든 자료에 대하여 SPAC 스펙트럼의 허수 성분을 계산하고 비교하였다. 측점의 방위각 분포가 불충분한 경우 (선형 배열), 허수 성분 곡선은 불안정한 형태를 나타내었고, 이러한 결과는 불충분한 공간평균의 지시자로 간주할 수 있음을 의미한다. 하지만, 측정된 파동장이 낮은 일관성을 나타낼 경우에도 허수성분 곡선은 주목할 만한 불안정성을 나타내지 않았다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.279-299
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• 2019

최근 발생한 경주 및 포항지진은 한반도가 더 이상 지진으로부터 안전지대가 아님을 상기시키는 계기가 되었다. 그에 따라 내진설계에 대한 중요성이 대두되고 있으며, 설계응답스펙트럼(design response spectrum)에 대한 연구 또한 많은 연구자들에 의해 활발히 이루어지고 있다. 현재 터널의 내진설계는 라이닝(Lining) 설치 완료 후 동적해석을 수행하여 안정성을 검토하는 과정으로 수행되어 시공 중에 지진 발생에 대한 고려는 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 단층파쇄대에 시공 중인 터널의 현장계측 결과를 이용하여 역해석을 수행한 후 지진파를 고려한 수치해석을 수행하여 그로 인한 1차 지보재(록볼트, 숏크리트)의 거동 특성을 분석하였다. 지진파는 주기특성에 따라 단주기와 장주기로 구분하여 적용하였다. 수치해석 결과 지진의 주기 특성에 의한 영향은 미미한 것으로 나타났으며, 터널 천단 변위(crown displacement)는 28~31%, 단층파쇄대에 접한 좌측부의 변위는 약 14~16% 증가하는 것으로 나타났다. 기반암과 접하고 있는 우측부의 경우 약 13~27%가량 증가하는 것으로 나타났다. 숏크리트의 경우, 지진하중 고려에 따라 천단부에서의 축력이 약 113~115% 증가하였으며, 단층파쇄대와 접하고 있는 좌측부의 경우 102%, 기반암과 접하고 있는 우측부의 경우 106~110%가량 증가하는 것으로 각각 나타났다. 록볼트는 천단부, 좌측부, 우측부에서 정착지반이 단층파쇄대, 단층파쇄대와 기반암, 기반암인 경우로 선정하여 변위와 축력을 분석하였으며, 단층파쇄대와 기반암에 동시에 정착되어 있는 록볼트의 변위 및 축력이 지진으로부터 가장 취약한 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제38권2호
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• pp.357-367
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• 2018

최근 경주와 포항에서 발생한 지진으로 국내에서 액상화 현상에 대한 관심이 커지고 있다. 지반의 액상화는 포화된 상태에서 지진과 같은 동하중을 받았을 때 과잉간극수압이 발생하여 흙이 강도를 상실하고 물과 같이 거동하는 현상이며 지반 침하와 상부구조물의 전도와 같은 심각한 문제를 야기한다. 따라서 액상화 발생 가능성을 미리 파악하고 대비할 필요가 있다. 액상화의 발생 가능성과 액상화 피해 정도는 일반적으로 액상화 가능 지수(Liquefaction Potential Index, LPI)에 의해 정량적으로 평가된다. LPI의 계산은 시추공 별로 이루어지며 지반응답해석이 필수적인 작업으로 선행되어 많은 시간과 노력이 필요하다. 본 연구에서는 다양한 지하수위 분포를 가지는 넓은 지역의 액상화 평가를 간단히 수행할 수 있도록 전단파 속도와 LPI의 상관관계를 이용한 액상화 평가 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 액상화 가능 층의 평균 전단파 속도(${\bar{V}}s^{\prime}liquefiable$)와 액상화 가능 층의 두께로 나누어 정규화한 정규화 LPI의 상관관계를 분석하여 지하수위 별로 다양한 암반노두가속도에 대해 적용 가능한 상관관계식을 제시하고 이용한다. 상관관계를 이용한 액상화 평가 방법의 적용성을 확인하기 위해 서울특별시의 104개 시추조사자료를 이용하여 지하수위 0m, 1m, 2m, 3m에 대해 상관관계식을 제시하였으며 제시한 상관관계식을 이용하여 서울특별시와 경주시의 액상화 발생 가능성을 평가하였다. 지반응답해석을 이용해 계산한 LPI와 상관관계식을 이용해 계산한 LPI를 비교하였으며 제안된 액상화 평가 방법의 적용성을 확인하였다. 마지막으로 제안된 액상화 평가 방법에 따라 결정된 LPI의 분포를 지구통계학적 기법인 크리깅을 통해 지도로 나타내었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제16권1호
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• pp.18-26
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• 2013

제주도 한라산 주위에 위치한 JJU와 JJB 관측소 하부의 S파 속도구조를 규명하기 위하여, 이 관측소에서 2007년 이후 기록한 $M_W$ 5.5 이상인 원격 지진자료 중 150개 수신함수를 이용하여 역산 및 H-${\kappa}$ 중합법에 적용하였다. 모호면에서 변환된 $P_S$파는 JJU 관측소의 북서쪽(후방위각 $207{\sim}409^{\circ}$, 평균 $308^{\circ}$)과 JJB 관측소의 남동쪽(후방위각 $119{\sim}207^{\circ}$, 평균 $163^{\circ}$) 방향으로 뚜렷하지 않게 나타났다. 이것은 아마도 모호면의 점이적인 속도변화나 지각 내의 속도 불균질층 때문일 수 있다. 수신함수 역산으로부터 계산된 S파 속도모델은 지각 내의 저속도층을 뚜렷이 보여주며, 30 ~ 40 km 깊이에서 점이적으로 증가하는 양상을 보인다. JJB 관측소 반경 18 km 이내에서 저속도층($v_s{\leq}3.5km/s$)은 14 ~ 26 km에 있고, $v_s{\geq}4.3km/s$으로 정의한 '모호면'은 34 km 깊이에 있는 것으로 분석되었다. 서쪽으로 약 10 km 떨어진 곳에 위치한 JJU 관측소의 반경 16 km 이내에서는 저속도층과 '모호면'이 14 ~ 24 km와 30 km에 각각 존재하여 JJB 관측소에 비해 다소 얕은 깊이에서 나타난다. JJU와 JJB 관측소에 대한 H-${\kappa}$ 분석결과는 지각 두께가 29 km와 33 km이며, 종파/횡파 속도비($v_p/v_s$)가 1.64과 1.75임을 각각 나타내어 화산 정상에 가까운 곳에서 상대적으로 낮은 $v_p/v_s$가 관찰되었다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.85-93
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• 2021

한반도의 70%는 산지로 구성되어 있으며, 서해와 남해의 수심은 상대적으로 얕은 편이다. 따라서, 공업단지, 주거단지, 항만 및 공항 부지를 위한 대규모 간척사업이 시행되고 있다. 매립지역의 일반적인 문제는 지반이 연약하여 지지력이 부족할 뿐만 아니라 상당한 침하가 발생된다는 것이다. 중공블록은 중·저층 아파트 또는 단층의 공장건물을 건설하기 위해 계획된 느슨한 연약기초 지반보강을 위해 사용된다. 최근 4.0~5.0의 강도를 가진 지진이 서쪽과 남동쪽 해안지역을 따라 발생하고 있다. Lee (2019)는 정적 지지력시험을 통해 얕은 기초보강 중공블록의 장점에 대하여 연구하였다. 이 연구에서 블록 내부에 쇄석으로 채움된 보강된 모래지반의 중공블록 동적거동은 진동대 1000 mm × 1000 mm 시험을 통해 연구하였다. 3가지 지진파인 Ofunato, Hachinohe, Artificial 지진파와 2가지 가속도(0.154g, 0.22g)를 진동대 시험에 적용하였다. 중공블록으로 보강된 지반 위의 구조물 수평변위는 LVDT를 사용하여 측정하였다. 중공블록에 의한 지반보강 효율을 평가하기 위하여 지반의 상대밀도를 45%, 65%, 85%로 각각 구성하였으며, 수평변위를 측정하고 한계수평변위 0.015h(건축물 내진등급기준, 2019)와 비교하였다. 중공블록으로 보강된 모래지반에 대한 진동대 시험 결과에 기반해서 벌집 모양의 중공블록은 블록내부에 쇄석 채움으로서 큰 구속력을 가지며, 중공블록의 내부 및 외부를 따라 발생하는 관입저항력으로 인한 큰 주면마찰력을 갖는 것으로 평가되었다. 이러한 모든 요소들은 진동대 시험 중에 수평변위를 상당이 줄이는 것으로 나타났다. 마지막으로, 중공블록 보강 지반은 지진파와 가속도에 상관없이 중·저층 건물의 얕은기초 보강공법으로 매우 우수함이 입증되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권2호
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• pp.5-15
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• 2020

포항지진(M_L=5.4) 시 발생한 액상화 현상은 국민들에게 지진으로 유발되는 액상화의 위험성을 새롭게 각인시켰고, 이에 대한 대비책으로 액상화 위험지도의 관심이 높아지고 있다. 현재 행정안전부가 보유하고 있는 액상화 위험지도는 2014년 제작된 것으로 전국 100,000개 이상의 시추 자료를 토대로 지하수위 0m인 조건으로 지반조건별 증폭계수를 사용하였으며 시추정보가 없는 지역은 보간법을 이용하여 2km × 2km 격자형식으로 제작된 것이 특징이다. 이러한 가운데, 2018년 행정안전부는 내진설계 공통기준의 새로운 지반분류법과 증폭계수를 공표하였다. 따라서 개정된 행정안전부의 증폭계수를 반영한 액상화 위험지도의 재작성이 필요하다. 본 연구는 내진설계 공통기준 개정 전·후 두 개의 기준으로 전 국토를 대상으로 지반분류를 수행하여 변동성을 분석하였으며, 지반조건별 증폭계수를 적용한 액상화 평가결과를 부산시 강서구를 대상으로 수행하였다. 이때 재현주기 500년과 1,000년에 해당하는 지반가속도를 적용하였으며 우리나라 평균 지하수위인 5m와 극한 조건인 0m로 구분하여 액상화 위험도를 평가하였다. 액상화 위험지도는 기존의 2km × 2km보다 높은 해상도를 확보하기 위해 500m × 500m 격자를 생성하여 위험지도를 작성하였다. 연구결과, 기존 지반분류 기준을 통해 S_C, S_D 지반으로 분류되었던 지반상태가 개정된 지반분류 기준을 통해 S₂, S₃, S₄로 재분류되었다. 재현주기 500년과 1,000년으로 액상화 평가를 수행한 결과 개정 전 지반증폭계수 적용한 LPI가 상대적으로 과대평가되는 결과를 도출하였다. 본 연구결과는 증폭계수를 이용하는 광역지역 액상화 위험지도 작성의 근간인 액상화 평가에 큰 영향을 미치는 요소로써 향후 광역지역 액상화 위험지도 작성의 경우 반드시 고려될 사항으로 판단된다

• 자원환경지질
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• 제36권3호
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• pp.233-242
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• 2003

우리나라 남동해안의 최남단 지역에서는 지금까지 안정된 지괴로 알려져 왔으며 4기단층이나 지진 발생 보고가 알려져 있지 않다. 이 연구는 우리나라 최초로 시행된 디지털(digital) 기법에 의한 단구조사와 단열조사를 통하여 이 지역에 대한 제 4기 지구조운동 여부를 규명하고자 하였다. 조사지역의 기반암은 백악기의 퇴적암류와 화산암류 및 불국사 화강암류로 구성되어 있다. 이 지역에는 매우 협소하고 간헐적인 분포를 하는 해안단구가 발달하고 있으며 타지역과는 달리 단구 퇴적물이 거의 발달하지 않고 있는 점이 특징이다. 이 지역에는 최하위의 홀로세 단구를 포함하여 4개의 단구면이 형성되어 있으며, 이들은 최하위의 것부터 1, 2, 3, 4 단구로 분류된다. 1단구의 구정선은 1m 이하, 2단구의 구정선은 8∼11m, 3단구의 구정선은 17∼22m, 4단구의 구정선은 약 44m이다. 2단구의 형성시기는 MIS 5a이고 이 곳의 3단구 형성시기는 MIS 5c이다. 단구 형성시기와 융기된 단구 고도간의 상관관계 그래프와 고해 수면 변동곡선과 단구고도간의 대비에 의하여 산출된 융기율은 0.19m/ky이다. 이와 같은 값은 판 경계부보다 활동성이 적은 판 내부에서 나타나는 값으로 우리나라의 남동해안의 지각은 대체로 안정된 지괴로 판명된다. 그러나, 각 단구의 구정선 고도는 매우 미약하지만 점이적으로 남쪽으로 가면서 감소하는 현상을 보이고 있어 우리나라의 남동해안의 남단부에는 침강운동이 일어나고 있는 것으로 해석된다.