In the current Korean seismic design code, the site classification and the corresponding site coefficients were determined based on the UBC-1997, which are revised from the investigation of the 1989 Loma Prieta earthquakes in the western United States. Since the site effects are mainly dependent on the local site conditions, the use of site coefficients derived from earthquake records which occurred in different site conditions may mislead the earthquake ground motion. Therefore, it is important to compare the local site conditions in Korea to those in the western United States and to assess their effects on site coefficients, for the reliable estimation of earthquake ground motions in Korea.
In this paper, site response analyses were performed based on equivalent linear technique using the shear wave velocity profiles of 162 sites collected around the Korean Peninsula. The site characteristics, particularly the shear wave velocities and the depth to the bedrock, are compared to those in western United States. The results show that the site coefficients based on the mean shear velocity of the top 30m soils $(V_{S30})$ suggested that the current Korean code underestimates the motion in short-period ranges and overestimates the motion in mid-period ranges. Also the current Korean code is required to be modified considering site characteristics in Korea for the reliable estimation of site amplification.
Three site classification methods based on $V_{S30}$, fundamental site periods $(T_G)$ and bedrock depth were investigated and compared the results each other to determine the best classification system. Not enough of a difference in the standard deviation of site coefficients $(F_a and F_v)$ to determine the best system, and neither is the difference between the average spectral accelerations and the design response spectrum of each system. However, the amplification range of RRS (Ratio of Response Spectrum) values based on $T_G$ was definitely concentrated on a narrow band than other classification system. It means that sites which have a similar behavior during earthquake will be classified as the same site category at the site classification system based on $T_G$. The regression curves between site coefficients and TG described the effect of soil non-linearity well as the rock shaking intensity increases than the current method based on $V_{S30}$. Finally, it is unambiguous to determine site category using TG when the site investigation is performed to shallower depth less than 30m, whereas the current $V_{S30}$ is usually calculated fallaciously by extrapolating the VS of bedrock to 30m. From the results of this study, new site classification system based on TG was recommended for regions of shallow bedrock depth in Korea.
Despite the site classification method is improved, the response spectrum would be required to be modified by adjusting the integration interval to calculate the site coefficients because the response spectra did not match well the average spectral accelerations obtained by site response analyses in the range of long periods. By adjusting the integration interval, new response spectra for each site categories are determined. Finally, new site coefficients and response spectra were also tentatively suggested for regions of shallow bedrock depth in Korea.
본 논문에서는 국내 162개 지반에 대한 전단파속도 주상도, 기반암 깊이 및 지반의 동적변형특성을 획득하여 등가선형해석을 수행한 후 미국 서부해안지역의 지반특성과 비교·검토하였다. 검토 결과 국내의 일반적인 특성을 가지는 지반과 미국 서부해안지역의 지반은 기반암 깊이와 고유주기가 매우 다름을 확인하였다. 지진응답 해석결과 단주기 증폭계수 $F_a$ 의 경우 UBC 1997 기준의 값보다 크게 산정되었고, 장주기 증폭계수 $F_v$ 는 작게 나타나 국내 지반특성에 적합한 증폭계수 는 현재 국내 내진설계기준 값과는 매우 다른 경향을 보였다. 따라서, 증폭계수를 재산정하고 설계응답스펙트럼을 개선해야 할 필요성을 확인하였다. 또한, 증폭계수의 산정에 절대적으로 영향을 미치는 요소가 지반분류임을 고려하면, 국내 지반에 적합한 지반분류 방법의 개선이 선행되어야 함을 확인하였다. 내진설계시 지반을 분류할 때 상부 30m 토층의 평균 전단파속도 $(V_{S30})$ 를 이용하는 이유는 이전 기준의 서술식 지반분류 방법의 모호함을 개선하고, 기반암의 깊이가 상당히 깊어 기반암 깊이까지 설계에 반영할 수 없을 경우 지진시 가장 큰 영향을 미치는 상부 30m 토층의 물성으로 설계에 이용하기 위함이다. 국내 일반적인 지반의 경우 기밤암의 깊이가 30m 이내에 존재하는 경우가 대부분이기 때문에 $V_{S30}$ 을 이용하여 지반을 분류할 경우 토층과 암반의 물성을 같이 반영할 수밖에 없다. 따라서, $V_{S30}$ 을 이용한 지반분류 방법 이외의 다른 방법을 찾는 것은 의미가 있다. 본 연구에서는 지반증폭현상에 가장 큰 영향을 주는 지반의 고유주기 및 기반암 깊이를 이용한 지반분류 방법에 대하여 검토하였고, 현재의 $V_{S30}$ 을 이용한 방법과 심도있게 비교·논의하였다. 또한, 각 지반분류 방법과 증폭계수와의 상관성을 분석하고, 각각의 지반종류에 대하여 RRS (Ratio of Response Spectrum, 지표면과 암반노두의 스펙트럴 가속도 값의 비) 값의 경향성에 대하여 검토한 결과 지반의 고유주기를 이용한 방법이 가장 우수하여 새로운 지반분류 체계로 제안하였다.
