지반의 공간적 변이성이 지반응답해석에 미치는 영향 평가

Abstract

기존의 지반응답해석에서는 지반의 공간적 변이성을 고려하지 않고 지반 물성의 평균값을 적용하여 해석을 수행하는 경우가 대부분이지만 최근의 연구들에서는 공간적 변이성이 고려된 지반응답해석이 활발하게 수행되고 있다. 그러나 해석 결과가 산정 된 메커니즘이 명확히 입증되지 않았으며 특정지역의 부지특성만을 분석하여 범용성이 부족하고 결과의 분석이 국한적으로 이루어졌다. 본 연구에서는 전단파 속도의 영향을 분석하기 위해서 이상 지반에 대하여 몬테카를로 시뮬레이션을 적용한 확률론적 지반응답해석을 수행하였다. 다양한 변동계수와 상관길이의 조합으로 생성한 주상도를 적용하여 개별적인 영향을 평가하였으며 산정된 지반의 응답을 기존의 평균 물성을 적용한 지반응답해석의 결과와 비교하였다. 비교 결과, 공간적 변이성을 적용한 지반의 변동계수가 크고 상관길이가 짧을수록 평균물성을 적용한 지반보다 변위와 고유주기가 증가하고 PGA (Peak Ground Acceleration)는 감소하는 것으로 나타났다. 그 이유는 지진파가 진행하면서 전단파 속도의 차이로부터 계산된 임피던스비가 1보다 작을 경우 지반의 강성이 작아지기 때문에 변위가 집중되는 현상이 나타나고 PGA는 감소하기 때문인 것으로 나타났다. 결론적으로 지반응답해석을 수행하기에 앞서 지반 물성의 공간적 변이성을 분석하는 과정이 반드시 필요하며 공간적 변이성을 분석한 결과 변동계수가 작을 경우에는 평균 전단파 속도를 적용한 지반응답해석 방법이 효율적인 것으로 판단된다. 반대로 변동계수가 큰 경우 지반의 응답은 상관길이의 변화에 크게 영향을 받기 때문에 변동계수뿐만 아니라 상관길이의 영향까지 종합적으로 고려한 확률론적 지반응답해석이 수행되어야 한다고 판단된다.