산사면의 지진동 증폭 특성

Abstract

지진 시 산사면의 안전성은 일반적으로 유사정적해석법이나 Newmark 변위법으로 평가된다. 두가지 방법에서 모두 사면에서의 최대가속도를 정의해야 하며 이는 설계기준에 제시된 지진계수를 이용하여 산정한다. 하지만 지진계수는 수평지반 지표면에서의 최대응답을 나타내므로 사면에는 원칙적으로 적용 가능하지 않다. 본 연구에서는 산사면에서의 증폭계수를 도출하기 위하여 다양한 두께와 전단파속도의 산사면에 대한 일련의 2차원 유사정적해석과 동적해석을 수행하였다. 산사면의 증폭계수는 수평지반과는 다르게 지표면에서의 응답을 적용하는 것이 아니라 시간이력에 따라 사면 파괴토체 내부에서 발생하는 모든 가속도합의 최대값과 암반노두에서의 최대지반가속도의 비율로서 계산하는 방법을 새롭게 적용하였다. 이와 같이 계산된 증폭계수는 평균값이 1에 가까우며 사면토체의 평균가속도는 크게 증폭되지 않는 것으로 나타났다. 경사가 30o인 산사면의 증폭계수는 수평지반의 계수에 비해서 14-50% 작은 것으로 나타났다. 이는 사면의 정상부 및 지표면 부근에서는 크게 증폭이 되지만 하부경계면에서는 증폭이 작아서 평균을 계산하였을 경우 작아지기 때문이다. 결론적으로, 수평지반에 대해서 제시된 증폭계수를 산사면에 적용할 경우, 증폭을 크게 과대예측할 수 있으므로 본 연구에서 제시된 증폭계수를 사용하는 것이 보다 합리적일 것으로 판단된다.Seismic stability of slopes is most often assessed through pseudo-static analysis or Newmark displacement method. In both types of analyses, it is necessary to define the maximum acceleration of the slope. It is current practice to determine the acceleration using the seismic site coefficients. However, the site coefficients are not compatible with slopes, since they were developed for horizontally layered soil profiles. In this study, a series of pseudo-static and dynamic analyses are performed on various mountain slopes, from which the amplification factors are derived. A new method for calculating the amplification factors is proposed in this study. In a slope, the ground acceleration varies in both the vertical and horizontal directions. In the proposed procedure, the calculated accelerations at each node inside the slope failure mass are summed. The amplification factor is defined as the ratio of the average acceleration of the soil mass to the rock outcrop peak acceleration. The factors calculated using the proposed method is shown to be close to 1 for mountain slopes modeled in this study. The factors are approximately 14-50% lower than coefficients developed for horizontal soil deposits. The derived factors are lower because even though the amplification at the slope crest is high, as well as on the surface of the slope, the amplification is low near the bottom of the soil layer. In summary, it is demonstrated that the use of the site coefficients derived for horizontally layered soil profile will lead to significant conservative estimate of the slope stability.