As climate change and population growth raise the likelihood of natural disasters, it becomes crucial to comprehend and mitigate these risks in vital infrastructure systems, especially nuclear power plants (NPPs). This research addresses the necessity for evaluating multiple hazards by concentrating on slope failures triggered by earthquakes near NPPs over a timeframe extending up to a return period of 100,000 years. Utilizing a Geographical Information System (GIS) and Monte Carlo Simulation (MCS), the research conducts a comprehensive fragility assessment to predict failure probability under varying ground-shaking conditions. According to the Newmark displacement method, factors such as Peak Ground Acceleration (PGA), slope angle, soil properties, and saturation ratio play significant roles in determining slope safety outcomes. The investigation aims to enhance understanding seismic event repercussions on NPP-adjacent landscapes, providing insights into long-term dynamics and associated risks. Results indicate an increase in slope vulnerability with longer return periods, with distinct instances of slope failures at specific return periods. This analysis not only highlights immediate seismic impacts but also underscores the escalating risk of slope displacement across the extended return period scales, crucial for evaluating long-term stability and associated hazards near nuclear infrastructure.

The empirical Green’s function method is applied to the foreshock and the mainshock of the 2016 Gyeongju earthquake to simulate strong ground motions of the mainshock and scenario earthquake at seismic stations of seven metropolises in South Korea, respectively. To identify the applicability of the method in advance, the mainshock is simulated, assuming the foreshock as the empirical Green’s function. As a result of the simulation, the overall shape, the amplitude of PGA, and the duration and response spectra of the simulated seismic waveforms are similar with those of the observed seismic waveforms. Based on this result, a scenario earthquake on the causative fault of Gyeongju earthquake with a moment magnitude 6.5 is simulated, assuming that the mainshock serves as the empirical Green’s function. As a result, the amplitude of PGA and the duration of simulated seismic waveforms are significantly increased and extended, and the spectral amplitude of the low frequency band is relatively increased compared with that of the high frequency band. If the empirical Green’s function method is applied to several recent well-recorded moderate earthquakes, the simulated seismic waveforms can be used as not only input data for developing ground motion prediction equations, but also input data for creating the design response spectra of major facilities in South Korea.

Earthquake event keeps increasing every year, and the recent cases of earthquake hazards invoke the necessity of seismic study in Korea, as geotechnical earthquake hazards, such as strong ground motion, liquefaction and landslides, are a significant threat to structures in industrial hub areas including coastal facilities. In this study, systemized framework of integrated assessment of earthquake-induced geotechnical hazard was established using advanced geospatial database. And a visible simulation of the framework was specifically conducted at two coastal facility areas in Incheon. First, the geospatial-grid information in the 3D domain were constructed with geostatistical interpolation method composed of multiple geospatial coverage mapping and 3D integration of geo-layer construction considering spatial outliers and geotechnical uncertainty. Second, the behavior of site-specific seismic responses were assessed by incorporating the depth to bedrock, mean shear wave velocity of the upper 30 m, and characteristic site period based on the geospatial-grid. Third, the normalized correlations between rock-outcrop accelerations and the maximum accelerations of each grid were determined considering the site-specific seismic response characteristics. Fourth, the potential damage due to liquefaction was estimated by combining the geospatial-grid and accelerations correlation grid based on the simplified liquefaction potential index evaluation method.

해일지진 및 해일유발지진의 특성을 기존의 연구결과인 규모, 모멘트, 에너지 그리고 단층의 길이 등의 자료를 이용하여 응력강하량 및 지체구조 관점에서 분석을 하였다. 해일지진(Tsunami Earthquake)은 일반 지진이나 해일유발지진(Tsunamigenic Earthquake)보다는 약 10bar 정도의 매우 낮은 응력강하량을 가지며 에너지/모멘트 비가 매우 작으며 주로 해구의 매우 낮은 경사의 스러스트 단층에서 발생하는 것으로 분석이 된다. 한편 동해에서 해일을 유발한 지진들은 약30∼50bar의 응력강하량로서 에너지/모멘트비가 세계평균과 비슷한 스러스트 단층에서 발생하는 것으로 유추된다. 따라서 응력강하, 에너지/모멘트 비, 그리고 스러스트 단층의 경사각은 지진해일 발생특성을 나타내는 인자로 대표될 수 있다.

지진시 지진의 3가지 진동 성분이 나타난다. 즉 수평진동 성분, 지반의 연직 진동에 의해 발생된 상부 구조물과의 피드백의 의한 말뚝의 연지 진동, 그리고 연직 지반 진동에 의한 해수의 진동, 즉, 해진이 그것들이다 이들 진동들을 해양에 설치된 개단 강관 말뚝 주변에 유발된 간극수압의 크기와 관내토 폐색력에 영향을 미칠수 있다 지반과 말뚝의 진동은 유사 지진 진동으로써 흙과 말뚝을 진동시켜서 모델링할 수 있지만 연직 지반 거동에 의해 유발된 해진 진동은 해저면에 정현파 형상의 동수압을 가해주어 모델링할 수 있다 이 연구에서는 유사화된 지진과 해진시 압력토조에 설치된 개단강관말뚝에 유발된 간극수압의 발생양상과 이에 따라 관내토 폐색력의 저감원인을 관찰하였다 연직 지진 진동시 관내토 상단에서는 관내토 하단에서와 비슷한 크기의 간극수압이 발생하였으므로 관내토에서는 상향의 침토가 유발되지 않았으며수평지진 진동시 관내토에서는 상향의 침트를 유발시켜 관내토 폐쇄력을 20%정도 저감시켰다. 해진시 수심이 220m 이상의 심해에 설치된 개단 강과 말뚝의 경우 관내토 하부 지반과 관대토 상단과의 매우 큰 동수경사로 인하여 관내토 내에 상향의 침투가 발생하여 관내토의 폐색을 파괴시켰다.

해상에 설치된 기초말뚝의 경우 지진의 3가지 성분 즉, 지반의 수평운도, 지반의 연직진동에 의해 발생된 상부구조물과의 피드백 (feedback)에 의한 말뚝의 연직진동, 그리고 지반의 연직진동에 의해 유발된 해진(seaquake)의 진동이 말뚝 기초의 거동에 영향을 미친다. 본 연구에서는 유발된 해진의 진동을 해저면에서 유사화된 sine 정현파 형상의 동수압으로 모델링하였다. 해진(seaquake) 작용중 약 220m 이상의 심해에 설치된 개단 말뚝의 지지력은, 지반내에 유발된 과도한 과잉 간극수압으로 인하여, 심각하게 저감도었으며, 관내토 폐쇄력도 80% 이상 감소되었다. 해진중 관내토 선단 하부에서 발생된 과도한 과잉 간극수압으로 인하여 관내토내에 과도한 상향의 침투력이 유발되어 관내토 폐색이 손상되었다. 약 220m 이하의 천해에 설치된 개단말뚝의 지지력은 해진에 의해 약 10% 감소하였으며, 관내토의 폐쇄력은 5%이하만큼 감소하였다.