지반의 전단파시험

전단파 시험

전단파시험는 내진 설계에 필요한 지층별 전단파 속도와 지반의 고유주기 산정에 적용한다. 지반의 전단파 속도 측정을 위해 국내에서 많이 수행하는 다운홀 시험은 공벽의 붕괴를 방지하기 위해 시추공에 프라스틱 튜브를 설치하여 지반과 튜브내의 센서와의 접촉이 안 좋아 올바른 측정이 되지 않는다. SCPT는 관입하여 측정함으로 센서와 지반과의 접촉이 좋으나 단단한 지반에 관입이 어렵다. 이러한 문제를 해결하고 시추공의 형성의 비용을 절감하기 위해 지표면 표면파탐사를 수행한다. 헤머 타격에 의한 표면파시험(MASW,SASW) 다운홀시험 SCPT는 헤머 무게에 조사심도의 제한을 받는다. 지표면 탐사는 비용은 적으나 비파괴 시험의 한계를 가지고 있다. 여러 조사방법을 조합하여 조사해야 한다.

 

 

지오폰을 지표면에 설치하고 압축파(P)는 각 지오폰의 최초도달시간 측정하고 전단파(S)는 2개의 지오폰간의 surface(표면파) 분산속도를 측정하여 심도별 압축파와 전단파속도를 분석한다.

 

 

표면파측정에 의한 전단파 속도 측정

지오폰을 지표면에 탄성파 굴절법처럼 설치한다. 시험은 상시미동 ReMi (Refraction Microtrimor)측정과 국내에서 많이 사용하는 헤머 타격에 의한 방법 (MASW, SASW)이 있다.

 

1. 상시미동 ReMi (Refraction Microtrimor)측정 기기 (SoilSpy Rosina)

측정기기는 탄성파 기기와 동일하고 상시미동을 10-30초동안 1-2msec간격으로 측정 12channel이상, 수직 4.5Hz 지오폰 기기

 

• SoilSpy Rosina는 모든 수동(상시미동), 능동(헤머) 탄성파조사의 새로운 hardware와 software이다.   • SoilSpy Rosina는 증폭과 디지털화 모듈이 포함된 디지털 자료전송케이블이고 노트북컴퓨터와 연결한다.   • Grilla software로 측정자료의 저장하고 분석한다.

 

SoilSpy Rosina software로 측정요소 설정 측정자료 보기를 처리한다.   2개의 측정모드 • 연속모드 ReMi • 트리거 후 고정시간.   software는 시간으로 신호 확인하고 잡음은 버리고 중첩하고 뺀다.   수동 자동 gain 설정, 트리거 설정, 기기 점검. 다수를 한 개로 연결한다.

 

상시미동 측정 적용 예 댐의 그라우팅 상시미동 측정(ReMi) 전(적색)과 후(녹색)

 

SCPT(적색) SASW RiMi(파랑) 비교 (SCPT와 SASW은 헤머 무게에 따라 측정심도 제한)

 

현장지반의 고유주파수 측정 (TROMINO)

지진시 지반의 탁월주기와 구조물의 고유주기가 일치하면 공진현상을 발생하여 피해가 크고 지진의 탁월주기와 구조물의 고유주기가 서로 어긋나면 공진발생하지 않아 피해가 적다. 내진해석시 현장지반의 고유주파수는 다운홀 시험의 전단파속도로 계산하여 산정한다. 현장지반의 고유주파수는 현장지반의 암반지형이나 암반심도 지반의 종류에 따라 달라진다. 상시미동을 한 위치에서 3성분 지오폰으로 Horizotal vertical spectrum ratio (HV)를 측정한다. 저주파수에서 분해능이 좋은 3성분 지오폰으로 지반의 상시미동의 수평수직 진폭비(H/V spectral ratio, 1971 제안된 Nakamura방법)를 측정하고 주파수분석으로 최대 수평수직 진폭비의 주파수를 찾는다. H/V비와 실제 지진기록의 공진 주파수는 유사하다.

 

TROMINO® 주파수 영역 0.1 - 1024Hz on all channels with A/D conversion>24 bit equivalent at 128 Hz. package: • 무선으로 연결되어 외부 연결 cable이 없다. • 크기 (10 x 14 x 8 cm) • 무게 (1 kg)

 

 

H/V측정에 의한 현장지반의 주파수 9.06Hz

H/V(y)와 실제지진(x)의 현장 공진 주파수

 

탄성파 굴절법으로 심도 위치별 P파 속도 측정 (SoilSpy Rosina)

 

지표면에 지오폰을 설치하고 지오폰의 양단 중앙 양단의 2배거리에서 5회 이상 헤머로 타격을 가해 지오폰이 설치된 영역의 압축파의 최초도달시간을 측정하여 지반의 심도별 압축파의 속도 분석한다.

 

 

 

주시곡선 ( X 지오폰 위치 Y 도달시간) (좌) 지층변화에 따른 굴절 (우)

 

 

           

                                        주시곡선 (좌)                                                   탄성파 굴절법의 지오폰배열과 헤머 타격위치(우)

 

 

탄성파 굴절법 2차원 해석 결과