국내에서 액상화평가는 표준관입시험, 콘관입시험 등을 이용하여 지진으로 인해 지반에 전달되는 전단응력을 유효상재압으로 정규화시킨 액상화 전단응력비와 지반이 발휘할 수 있는 최대전단응력을 유효상재압으로 정규화시킨 액상화 저항응력비의 안전율을 산정하는 간편예측법을 주로 이용하고 있다. 이 방법은 적용이 용이하고 간단하다는 장점을 가지고 있지만, 지진발생동안 거동특성을 고려하지 못하는 단점을 안고 있어 이를 고려할 수 있는 액상화 평가방법이 필요하다.
본 연구에서는 지진 시 발생한 에너지를 정량화된 강도로 나타낸 Arias Intensity에 대해서 알아보고 Arias Intensity를 적용하여 미국과 일본에서 발생한 액상화 지역에 현장접근방식으로 연구한 Kayen and Mitchell(1997)의 액상화 평가를 고찰하였다. 또한, 국내 연약한 퇴적지반상에 위치한 대상지반을 선정하여 Arias Intensity를 적용한 액상화 평가를 수행하였으며, 국내 액상화 평가기준에 따라 원위치시험을 통한 액상화 간편예측법과 진동삼축시험의 결과를 이용한 액상화 상세예측법을 수행한 평가결과를 비교하여 Arias Intensity 액상화 평가의 적용성을 검토하였다.
대상지반에 대한 액상화 평가결과, 실지진이 발생한 지역에 대한 액상화평가(Walter, 2004)에서 Arias Intensity 평가법이 간편예측법보다 안전율이 평균 20.94% 낮으며 표준편차는 0.33이고, 본 연구의 Arias Intensity 평가법도 간편예측법보다 안전율이 평균 25.09% 낮으며 표준편차는 0.23으로 산정되어 Arias Intensity 평가법은 간편예측법보다 안전율 측면에서 보수적인 평가임을 알 수 있었다.
실지진기록을 이용한 Hachinohe 지진과 Ofunato 지진의 경우 Arias Intensity 평가법이 간편예측법보다 안전율이 평균 11.70% 낮고 표준편차는 0.14로 서로 비슷한 안전율을 나타낸다. 다만, 설계응답스펙트럼으로부터 작성된 인공지진에서는 Arias Intensity 평가법이 간편예측법보다 안전율이 평균 51.86% 낮고 표준편차는 0.07로 다소 안전율 차이가 있음을 알 수 있었다.
액상화를 발생시키는 전단응력비(CSR)과 발생강도는 응력과 에너지라는 서로 다른 개념으로 산정되지만, 간편예측법의 전단저항응력비(CRR)와 Arias Intensity의 저항강도는 실지진에 따른 액상화 발생지역을 대상으로 한 표준관입시험 결과의 경험적 도표를 사용한다는 점에서 실지진의 Hachinohe 지진과 Ofunato 지진에서 Arias Intensity 평가법과 간편예측법 사이에 비슷한 결과가 나타난 것으로 판단된다.
에너지개념에서 발생강도의 크기는 양방향(x, y)에서 발생된 가속도, 진폭, 지속시간에 영향을 받으므로 인공지진의 경우 임의시간 x, y방향 지반가속도가 Hachinohe 지진과 Ofunato 지진보다 상대적으로 크게 산정됨에 따라 Arias Intensity 평가법과 간편예측법 사이에 안전율차이가 나타난 것으로 판단된다.
응력개념에서 전단응력비(CSR)는 한방향의 최대지반가속도(PGA)만을 고려하지만, 에너지개념에서 발생강도는 양방향(x, y)에서 발생된 진폭과 지속시간 등을 고려하여 모든 가속도를 흡수된 에너지로 반영하므로 지진 규모에 관계없이 하나의 독립된 경계곡선으로 표현할 수 있음을 알 수 있었다.
따라서, 지진에너지에 의한 Arias Intensity 액상화 평가법은 지진규모, 지속시간, 가속도 등의 지진특성을 표현할 수 있으며 간편예측 측면에서 액상화평가에 적용할 수 있음을 확인 할 수 있었다.
이 연구에서는 실지진이 발생한 지역에 대하여 액상화평가를 실시한 사례가 있는 Arias Intensity 평가법과 그 결과를 분석하고 국내 대상지반을 선정하여 국내 기준의 액상화 평가기준과 비교하여 간편예측 측면에서 적용의 가능성을 확인한 결과이다. 따라서, 신뢰성확보를 위하여 향후 국내의 액상화 평가자료 및 지진자료가 확보되면 실지진파형을 적용시킨 진동삼축시험에 의한 액상화 저항강도의 산정과 평가기준에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.