상시진동에 의한 현장지반의 공진주파수 측정

상시진동에 의한 현장지반의 공진주파수 측정

 

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개요

현장지반의 전단파속도은 지진위험도 평가에서 중요하고 시추공을 통한 다운홀시험과 지표면에서 표면파시험이 있다. 저주파수에서 분해능이 좋은 3성분 지오폰으로 지반의 상시미동의 수평/수직 성분의 진폭 비(H/V spectral ratio)를 측정하고 주파수분석으로 공진주파수를 찾아 현장지반의 전체 전단파속도를 계산한다. 퇴적지반의 특성을 평가하는 경험적 방법으로 조사와 해석의 저비용으로 H/V방법은 지진해석에서 자주 사용되어 왔다. 이 방법은 퇴적지반 하부에 impedence 큰 암반이 있을 때 연약지반의 자연주파수를 평가한다. 세계 지진에 의해 파손된 손상의 중요 특성은 현장지반특징에 의한 지진파의 공진과 관련된다. 현장지반의 고유한 공진주파수 측정은 지진지역에서 해석의 중요부분이다. 이 방법을 Kanai and Tanaka (1961)의 최초 연구에 기반으로 Nogoshi and Igarashi (1971)의 의해 제안된 Nakamura 방법이다.

매질의 물성 및 밀도와 S파속도가 달라지는 수평 지층 구조에서 주파수분석에서 진폭이 최대가 되는 공진주파수를 구하고 다음 식으로 전단파속도를 간단하게 계산하거나 역해석한다. (Kanai, 1969: Okamoto, 1973)

T = 4H/Vs = 1/f Vs= f x 4 H f = Vs /4H

 

H : 지층의 두께(m), Vs : 지층의 S파속도(m/sec) f : 공진 주파수

 

측정 예

 

 

상시진동과 지진시의 H/V 공진주파수의 비교

 

 

Clear peak 분명한 공진

현장지반 형태 : 긴 퇴적 골짜기, 폭 5km, 길이 40km, 깊이 200m

암반심도 : 196m Type of bedrock : Gneiss 화강암

퇴적지반의 평균 전단파속도 Average shear wave velocity of deposits: 570m/s

측정 공진 주파수 : 0.7 Hz.

 

 

 

Comparison with standard spectral ratios (SSR) 지진과 상시미동 공진비교

적색 : 상시진동 공진, 검정색 지진 진동 SSR

Site: LTST (Mygdonian Basin, Northern Greece) 북부 그리스

Surface Geology: Soft 연약지반

Basin Geometry: Semi-elliptical 3D basin 반 타원형 분지

Surface Topography: Flat 평평한 지표면

Site Description: Agricultural area 농업지역

분명한 공진 0.7Hz

 

 

적색 : 상시진동 공진, 검정색 지진 진동 SSR

Site: Auzon-Lourdes (France)

Surface Geology: Stiff and shallow sediments (Dubos et al, 2003; Dubos, 2003)

Basin Geometry: 3D Basin 분지

Surface Topography: Flat 평지

Site Description: Urban 도시

분명한 공진 5Hz

 

적색 : 상시진동 공진, 검정색 지진 진동 SSR

Site: Predappio (Italy)

Surface Geology: Soft (8m overlying rock) 기반암위 8m 연약지반

Basin Geometry: Cylindrical 시린더형 지반

Surface Topography: Flat 평지

Site Description: Urban 도시

fundamental frequency (fo=7.0 Hz). 분명한 공진 7Hz