새만금 준설토 지반에서 물리검층에 의한 전단파속도 평가

Abstract

구조물의 내진 설계는 부지 고유의 지진응답해석을 통해 기반암 상부의 토사 지반으로 인한 증폭 혹은 감폭된 지표면 가속도와 설계응답 스펙트럼을 추정하는 방식으로 결정된다. 따라서 신뢰성 있는 해석을 수행하기 위해서는 기반암 상부 지반의 동적특성 평가에서 미소변형률 수준의 변형특성인 전단파 속도를 정확하게 결정하는 것이 무엇보다 중요하다. 국내에서는 1990년대 이후 전단파 속도로 대표되는 지반의 동적 변형특성을 획득하기 위한 다양한 지반동역학적 기법들이 도입되어 연구되고 있으며,현재 지반동역학적 문제뿐만 아니라 지반공학 전반에 걸쳐 그 이용이 점점 확대되고 있는 추세이다. 전단파 속도 주상도를 획득하기 위한 현장 시험기법에는 다운 홀, 시추공공간 탄성파시험, 부유형 PS검층, 탄성파 콘 관입시험 등의 관입 시험기법과 다중채널 표면파 탐사 등의 비 관입시험 기법이 사용되고 있다. 이러한 시험들은 기법별 특성에 따라 도출되는 결과가 다를 수 있으며, 같은 기법이라도 사용되는 장비나 해석자에 따라 그 결과가 다를 수 있다. 2004년 한국지반공학회에서는 지반의 동적 물성치를 획득하는 다양한 현장 기법들에 대한 상호검증시험의 수행을 통해 이러한 문제점을 해결하고자 하는 연구가 수행 되었다. 연구 결과 시험기법과 해석자별 결과는 다양하게 나타났으며, 시험 기법상의 제한 및 시험부지 조건 등으로 전체 시험 깊이에서 비교가 미흡한 상태이었다. 본 연구는 국내에 분포하는 대표적인 간척지 중 하나인 새만금 간척사업지역을 대상으로 각종 공내 탄성파 탐사와 표면파 탐사 등의 현장 탄성파 시험을 실시하고, 상호검증시험을 통하여 각 탐사 방법별 특성과 각 방법에 대한 신뢰도를 확인하였다. 그 결과 시추 공간 탐사 방법의 신뢰도가 가장 높은 것으로 확인되었으며, 표면파 탐사와 다운 홀 탐사의 경우는 느슨한 사질토 지반과 연약한 지층이 분포할 경우 발신신호의 감소에 따른 가탐심도의 한계성을 나타내는 것을 확인하였다. 탄성파 콘 관입시험의 경우 연약지반에서는 적용성이 양호하나, 조밀한 지반 또는 견고한 지반에서는 관입의 한계성을 나타냈다. 전단파 속도의 측정은 현장시험 방법에 따라 그 값이 각각 다르게 나타나는 경우가 많아 단일 시험법으로만 수행 시 전단파 속도 측정에 대한 오류를 범할 수 있다는 문제점이 있는 반면, 다양한 시험법을 동시에 적용할 경우 비교적 신뢰도가 높은 전단파 속도 측정이 가능한 것을 확인하였다. 최대전단 탄성계수와 전단파 속도에 영향을 미치는 주요 함수는 지반의 밀도, 간극비, 유효응력 등이며, 부차적인 영향인자로 토질 유형, 퇴적환경, 결합정도, 응력이력 및 관입저항력과 관련이 있는 것으로 확인되었다. 전단파 속도와 관입저항력과의 상관관계를 연구한 결과 전체 토사, 모래, 점토에 대하여 각각 4개의 상관관계를 도출하였다. 제안된 상관관계와 기존의 식을 비교한 결과 전체 토사와 모래 지반에서는 깊이와 유효응력의 매개변수를 고려할 때 상관성이 향상되는 것으로 나타났다. 그러나, 점토 지반에서는 상관관계가 우수하지는 않지만 기존의 식에 비해서는 상관관관계가 향상되는 것으로 나타났다. 또한, 기존 연구자들의 경험적인 관계식과 측정된 전단파 속도를 비교한 결과 예측결과가 비슷한 것으로 나타났다. 관입저항력에 대한 전단파속도 분포에 관한 경험적 결정이 가능 하도록 지반조사시 표준관입시험에 의한 값으로부터 전단파 속도를 얻을 수 있는 상관관계식을 제안하였다.