본 연구에서는 항만 구역의 지진피해예측 평가체계를 구축하기 위해 필요한 지진피해예측 관련 시스템 및 내진설계 현황 및 항만구조물의 지진피해 사례를 조사하였으며, 더불어 주요 항만 구역의 구조물의 현황 및 특성을 조사, 분석하였다. 이를 토대로 지반 정보와 항만 구조물의 지진 취약도를 고려한 항만 구역(구조물)의 지진피해예측 간이 평가방안을 개발하였다.

다양한 탄성파 시험으로부터 획득할 수 있는 전단파속도(V_S)는 주로 지진공학 분야에서의 내진 설계 및 내진 성능 평가를 위한 대표적 지반 동적 특성으로 강조되어 왔다. 일반적인 지반공학적 부지 조사 기법의 지반지진공학적 활용을 목적으로, 표준관입 시험(SPT)과 피에조콘관입시험(CPTu)을 국내 여러 부지들을 대상으로 다양한 시추공 탄성파시험과 함께 수행하였다. 본 연구에서는 현장시험 자료들의 통계학적 모델링을 통해 전단파속도와 표준관입시험의 타격수(N 값)및 선단저항력(q_t), 주면마찰력(f_s)과 간극수압계수(B_q)로 구성되는 피에조콘관입 자료 간의 상관관계를 도출하고 전단파속도 결정을 위한 경험적 방법으로 제안하였다. 비록 일반적인 지반공학적 관입시험과 시추공 탄성파시험의 대상 변형률 수준이 상이하다 할지라도, 본 연구에서 제안된 상관관계들은 국내 토사 지층의 예비적 전단파속도 산정에 활용될 수 있을 것으로 보인다.

미국 서부 지역을 근간으로 도출된 30m 심도까지의 평균 전단파속도(Vs30)는 부지 증폭 정도에 따른 설계 지진 지반 운동 결정을 위한 현행 지반 분류 기준이다. 부지의 Vs30을 산정하기 위해서는 현장탄성파 시험으로부터 적어도 30m 심도까지의 전단파 속도(Vs) 분포를 획득해야 한다. 그러나 많은 경우에서 현장의 불리한 여건 및 적용 시험 기법의 제한으로 인해 Vs분포 결정 심도가 30m에 이르지 못할 수 있다. 본 연구에서는 국내 총 72개소 부지들에서 다양한 탄성파 시험 수행을 통해 30m 이상 심도까지 Vs 분포를 획득하여 Vs30과 30m보다 얕은 심도까지의 평균 전단파속도(VsDs)들을 산정하고, 이로부터 Vs30과 VsDs간의 상관관계를 도출하였다. 또한, 모든 Vs 분포 자료의 평균에 근거한 형상 곡선을 작성하여 Vs 분포를 얕은 심도부터 30m까지 외삽할 수 있는 기법을 개발하였다. 얕은 심도 Vs 분포로부터의 Vs30 산정을 위하여 VsDs와 형상 곡선을 이용하는 두 기법은 최하단 Vs를 30m 심도까지 동일하게 연장하는 단순 기법에 비해 편향 정도가 적었으며, 특히 최소 10m 이상 심도까지 확보된 Vs분포의 경우 유용하게 적용될 수 있을 것으로 보인다.

지반의 동적 변형 특성인 전단파 속도(V_s), 압축파 속도(V_p), 그리고 그에 따른 포아송 비(v)는 내진 설계나 내진 성능 평가 외에도 구조물의 거동 평가에 필요한 매우 중요한 지반 정수이다. 지난 수십 년 동안 이러한 지반 정수를 효율적이고 정밀하게 측정하기 위하여, 여러 가지 공내 탄성파 시험 기법들이 개발 및 적용되어 왔다. 본 연구에서는 가장 신뢰성이 높은 현장 탄성파 기법인 크로스홀 탄성파 시험을 지반 동적 물성 획득 기법으로 선정하였다. 지하수위 존재 여부에 관계 없이 토사뿐만 아니라 암반을 대상으로 크로스홀 시험을 성공적으로 수행할 수 있도록, 연직 시추공 안에서 지반을 대상으로 횡방향 가진이 가능한 스프링식 발진 장치를 개발하고, 두 곳의 기존 항만 부두 부지와 신규 LNG 저장 시설 두 부지로 구성된 국내 세 지역을 대상으로 크로스홀 탄성파 시험을 실시하였다. 대상 부지에서의 개발 발진 장치 적용을 통한 크로스홀 시험으로부터 지표 부근 토사부터 하부 공학적 기반암 및 지진학적 기반암으로 구성된 암반까지의 깊이별 V_s,\;V_p 및 v와 같은 지반 동적 특성을 매우 효율적으로 결정하였으며, 적용 대상 시설물인 기존 항만 부두 시설물의 내진 성능 평가 그리고 신규 LNG 저장 시설물의 내진 설계를 위한 근본 자료로 제시하였다.

서울의 두 평야 지역 4km{\times}4km에 대한 부지 고유의 지진 응답 특성 평가를 위하여 대상 지역내 총 350개의 시추 자료를 활용하였다. 국내 내륙 지역의 공내 탄성파 시험의 자료와 시주 자료를 이용하여 N-V_s 상관관계를 도출하고, 이를 토대로 선정된 350 시추 위치에서의 깊이별 전단파 속도(Vs) 분포를 결정하여 등가선형 기법의 부지 응답 해석을 수행하였다. 현행 지반 분류 기준인 심도 30m까지의 평균 Vs (Vs30)는 대상 지역 내에서 250{\~}550 m/s의 분포를 보였고, 그에 따라 대부분의 부지가 지반 분류 C와 D로 분류되었다. 서울 평야 지역의 부지 고유 주기는 국내 지반 증폭 계수의 근간인 미국 서부 지역에 비해 매우 작은 0.1{\~}0.4초의 분포를 보였다. 비록 몇몇 부지에서 토사 층 내에 연약한 지층이 존재함에 따라 기저 고립 효과가 발생하여 현행 단주기 증폭 계수가 지반 운동을 과대평가하기도 하지만, 미국 서부 지역과의 지반 조건 차이로 인해 전반적으로 서울 평야 지역에서는 현행 국내 내진 설계 기준의 단주기(0.1{\~}0.5초) 증폭 계수(Fa)는 지반 운동을 과소평가하고 중장주기(0.4{\~}2.0초) 증폭 계수(Fv)는 지반 운동을 과대평가하고 있다