This study proposes a methodology for assessing seismic liquefaction hazard by implementing high-resolution three-dimensional (3D) ground models with high-density/high-precision site investigation data acquired in an area of interest, which would be linked to geotechnical numerical analysis tools. It is possible to estimate the vulnerability of earthquake-induced geotechnical phenomena (ground motion amplification, liquefaction, landslide, etc.) and their triggering complex disasters across an area for urban development with several stages of high-density datasets. In this study, the spatial-ground models for city development were built with a 3D high-precision grid of 5 m x 5 m x 1 m by applying geostatistic methods. Finally, after comparing each prediction error, the geotechnical model from the Gaussian sequential simulation is selected to assess earthquake-induced geotechnical hazards. In particular, with seven independent input earthquake motions, liquefaction analysis with finite element analyses and hazard mappings with LPI and LSN are performed reliably based on the spatial geotechnical models in the study area. Furthermore, various phenomena and parameters, including settlement in the city planning area, are assessed in terms of geotechnical vulnerability also based on the high-resolution spatial-ground modeling. This case study on the high-precision 3D ground model-based zonations in the area of interest verifies the usefulness in assessing spatially earthquake-induced hazards and geotechnical vulnerability and their decision-making support.

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.

암반지반에 주어진 등재해도 스펙트럼에 상응하는 원전부지 토사지반에서의 등재해도 스펙트럼을 도출하기 위한 확률론적 방법론을 제시하였다. 이를 위해 지진 운동 및 지반의 불확실성을 고려한 지반응답 해석을 통해 토사지반 지표에서의 지진동 증폭계수를 산정하였다. 증폭계수는 가장 상관관계가 높은 지반운동의 스펙트럴 가속도 규모와의 회귀분석을 통해 계산되었다. 이 방법론을 적용하여 국내 KNGR (Korean Next Generation Reactor) 및 APR1400 (Advanced Power Reactor 1400) 원전의 포괄부지 지반 중 B1,B4, C1 및 C3 지반을 대상으로 등재해도 스펙트럼을 도출하였다. 등재해도 스펙트럼을 통해 지진동 발생 빈도 별 위험 주파수 대역을평가하고 분석하였다. 이 결과는 원전의 종합적 지진리스크 평가 결과를 보다 합리적으로 개선하는 데에 활용될 수 있으며, 향후 다양한종류의 토사지반에 대한 등재해도 스펙트럼을 평가하는 데에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 현재 소방방재청에서 운영하고 있는 지진재해대응시스템에 지반 물성을 고려한 지반재해위험도를 탑재하기 위한 방법론 및 활용방안에 대한 연구이다. 지진재해대응시스템은 기상청에서 수신된 지진정보로 진도분포도를 작성 후 이를 바탕으로 각 행정동 단위의 건축물, 인명, 파이프라인, 구조물의 피해추정을 산출한다. 하지만 이들 피해추정은 지반의 토층 두께만을 고려한 지반증폭률로 산출된 지반최대가속도로 추정된 값으로 지진에 의한 지반의 물성 변화에 따른 피해추정까지 고려된다면 보다 높은 신뢰성을 갖출 수 있다. 지반의 물성은 시추자료를 토대로 입도분포, 표준관입시험(SPT-N치)등의 정보를 수집하여 이를 바탕으로 지반의 물성 변화 즉, 지반 액상화 평가를 하여 지반재해위험도 지도를 작성한다. 지반재해위험도 지도는 지진시나리오별로 시추자료의 좌표점을 기준으로 액상화가능성지수(LPI, Liquefaction Potential Index)로 나타난다. 하지만 시추자료는 대부분 도심지 및 도로, 터널 등 토목공사를 위한 기초자료를 수집하기 위한 시추자료들로 그 외 산간지역이나 농업지역등은 시추자료가 존재하지 않아 시범지역을 모두 커버할 수 없다. 그렇기 때문에 자료가 없는 부분은 보간기법을 적용하여 수치적 해석방법을 수행해야 한다. 수치적 해석을 통해 작성된 지반재해위험도 지도를 현재의 지진재해대응시스템에 탑재함으로써 지진발생시 지반의 물성 변화에 따른 2차 피해 추정의 기초자료로 활용 할 수 있다.