에너지개념에 기초한 액상화 평가방법에 관한 연구 = Evaluation of liquefiable soils by energy concept

국문 초록 (Abstract)

지반의 액상화 저항강도를 산정하기 위한 실내시험 수행시 대부분의 경우는 실지진력을 이용하기보다는 등가전단응력과 등가반복 재하횟수로 표현된 정현파의 진동하중을 사용한다. 등가전단응력 개념은 지진으로 인해 발생하는 전단응력 중에서 최대전단응력의 65%를 정현파로 적용시키는 것으로 실제 지반내의 불규칙한 지진력과는 상당한 차이가 있다. 본 연구에서는 지진시 포화 사질토의 거동특성을 연구하기 위하여 지진력과 같은 불규칙한 전단하중을 재현할 수 있는 정밀한 진동삼축시험기의 실험결과를 이용하였다. 진동삼축시험시 작용하는 축하중에 따른 액상화 발생 특성을 비교․분석하기 위해 실지진 시간-가속도 이력을 이용한 진동삼축시험 결과 및 기존의 등가전단응력 개념에 기초한 정현하중의 진동삼축시험 결과를 수집하였다. 정현하중의 경우에는 초기 하중이 굉장히 크고 규칙적인데 비해 실지진 하중은 처음에는 작은 불규칙한 동하중이 가해지다가 어느 순간 갑자기 큰 하중이 가해지는 경우가 많다. 따라서 정현하중을 대체 할 하중으로 실지진하중과 유사한 거동을 보이는 선형증가쐐기하중을 사용한 진동삼축시험도 수행하였다. 실험에 사용된 시료는 액상화가 발생하기 쉬운 주문진 표준사를 선택하였다.지진파형별로 하중에 따른 과잉간극수압의 발생 경향을 나타내었고, 동적 실내실험 결과로부터 입력하중 형태에 따른 액상화 저항강도를 에너지 개념에 의하여 산정하였다. 액상화 저항강도를 응력-변형률 곡선(hysteresis loop)으로부터 산정한 누적소산에너지양으로 나타내었다. 하중형태에 따른 누적소산에너지를 비교하였으며 이를 바탕으로 정규화 에너지 발생치와 정규화 에너지 저항치를 산정하여 액상화 평가를 수행하였다.시간에 따른 과잉간극수압을 비교한 결과 정현하중에 비해 실지진하중과 선형증가쐐기하중의 과잉간극수압 발생 형태가 유사하였다. 또한 액상화 발생시의 에너지를 비교한 결과 실지진하중과 선형증가쐐기하중의 경우에는 대체로 비슷한 소산에너지에서 액상화가 발생하였다. 정현하중의 경우에는 실지진하중과 선형증가쐐기하중에 비해 3배 이상의 에너지에서 액상화가 발생하였다.정현하중의 액상화 안전율은 실지진하중 및 선형증가쐐기하중의 경우에 비해 상대적으로 큰 값을 나타냈으나 선형증가쐐기하중이 가해질 때의 안전율은 실지진하중이 가해질 때의 안전율과 큰 차이를 보이지 않았다. 이는 등가전단응력개념에 기초한 정현하중을 이용해 액상화 평가를 수행하는 데는 문제가 있으며, 선형증가쐐기하중을 통한 액상화 평가가 실제 지진파에 의한 액상화 거동을 보다 잘 평가하고 있음을 보여준다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Liquefaction potential is evaluated by comparing the liquefaction resistance strength of soil with the cyclic shear stress generated in the soil layer during earthquakes. Instead of irregular earthquake loading, the equivalent uniform stress concept presented by Seed and Idriss(1975) has been applied to evaluate the liquefaction resistance strength. However, the liquefaction strength of soil based on the equivalent uniform stress concept cannot reflect the dynamic characteristics of the irregular earthquake motion. Thus the cyclic triaxial test was conducted by using increasing wedge loading to simulate the actual earthquake loading.Liquefaction characteristics of saturated sand under various dynamic loadings such as sinusoidal loading, increasing wedge loading, and real earthquake loading were investigated focusing on the dissipated energy. From the results of cyclic triaxial test, liquefaction resistance strength was calculated by the concept of energy according to the form of input loading. Liquefaction resistance strength was expressed in accumulated dissipated energy calculated from stress-strain curve(hysteresis loop).The dissipated energy according to loading type was compared and the energy-based evaluation was proposed. The procedures are presented in terms of normalized energy demand(NED), normalized energy capacity(NEC), and factor of safety, where NED is the load imparted to the soil by the loading(both amplitude and duration), NEC is the demand required to induce liquefaction, and factor of safety is defined as the ratio of NEC and NED.It is found that energy calculated by liquefaction occurred in similar dissipated energy in case of actual earthquake loading and increasing wedge loading. However, the energy by sinusoidal loading is 3 times as large as others.The factor of safety against liquefaction by increasing wedge loading is similar to actual earthquake loading. But the factor of safety against liquefaction by sinusoidal loading is relatively larger than the others. Based on all of these test results, the increasing wedge loading can reflect the liquefaction behavior under real earthquake loadings more effectively than sinusoidal loading based on equivalent uniform stress concept.