The evaluation of shear wave velocity profile of the site is very important in the various fields of geotechnical engineering. To evaluate shear wave velocity profile without borehole, various in-situ seismic methods using surface wave such as SASW and MASW methods have been developed. These surface wave based seismic methods have their own advantages and weakness.
The seismic site characterization method using the harmonic wavelet analysis of wave (HWAW) was proposed to overcome portion of weak points in the exiting surface wave based seismic site characterization method. In situ testing of this method is relatively simple and fast because one experimental setup which consists of one pair of receivers needed to determine the dispersion curve of the whole depth. Also this short receiver setup enables more detailed dispersion curve and investigation of any lateral variation.
This method consists of four steps: field testing, evaluation of experimental dispersion curve, determination of shear wave velocity profile using inversion analysis with iterative forward modeling process, and two-dimensional interpolation of individual shear wave velocity profiles.
For the evaluation of the stiffness profile, an iterative forward modeling program was coded. The algorithm for construction of the theoretical dispersion curve uses a linearized dynamic stiffness matrix (thin layer method) as forward model. This forward modeling program can carry out 3-D forward modeling analysis and consider the variation of phase velocity with receiver location.
To estimate the applicability of the HWAW method with iterative forward modeling, a layered model site was designed and constructed. The reference elastic wave velocities of each layer were obtained by direct travel time measurements by using embedded geophones. By comparing shear wave velocity profile determined by HWAW method to the reference data, the good applicability of the proposed method was verified.
공학적 물성치인 전단탄성계수(혹은 전단파 속도)는 지반 시스템의 설계입력변수나 구조물의 내진해석 및 지반-구조물 상호작용 해석 등을 위한 입력변수 등 다양한 분야에서 사용된다. 현장에서의 지반 전단파 속도는 시추공 시험 또는 표면파 시험을 통해 도출이 가능하다.
이 중 표면파 시험은 다층 구조로 이루어진 지반의 표면을 따라 전파하는 표면파의 분산특성을 이용하여 대상지반의 기하학적 구조 및 전단파 속도를 평가하는 방법이다. 표면파 시험은 가진원과 감지기가 모두 지표면 위에 위치하는 비파괴, 비관입적인 시험으로, 신속하고 경제적인 시험이 가능하다. 표면파 시험은 현장에서의 시험 수행, 대상시스템의 실험분산곡선 결정, 역산을 통한 대상 지반의 전단파 속도 주상도 결정의 순서로 이루어진다.
표면파 시험 중 SASW 기법은 오랜 연구와 적용을 통하여 가장 널리 사용되어 온 기법이다. 그러나 과도한 배경 잡음이 있는 경우 타당한 실험분산곡선을 도출하기 위해서는 전문가적 경험 및 상당한 주의가 필요하다. 이러한 SASW 기법의 단점을 보완하기 위해 개발된 HWAW 기법은 배경잡음의 영향을 최소화할 수 있으며, 이를 통하여 근접장 영역을 포함한 전체 주파수 대역(전체 대상 깊이)에서 신뢰성 있는 파의 위상속도를 결정할 수 있다. 본 논문에서는 HWAW 기법을 이용하여 얻어진 실험분산곡선을 이용하여, 단일 배열역산 해석을 통한 대상지반 전단파 속도 주상도 결정 방법에 대하여 논하였다.
실험분산곡선으로부터 실제 지반 주상도를 얻기 위한 역산 과정은 이론적 분산곡선의 계산을 필요로 한다. 이러한 이론적 분산곡선을 얻기 위해서는 동적인 하중에 대한 층상 구조의 거동을 결정할 수 있는 지반 정모델링이 필요하다. SASW 기법 및 HWAW 기법에서는 일반적으로 동적강성행렬법(dynamic stiffness matrix method) [Kausel and Roesset, 1981; Kausel and Peek, 1982]이 사용된다. 본 연구에서는 HWAW 기법의 적용성을 평가하기 위하여, 동적강성행렬법을 이용하여 정모델링을 구현하였으며, 이 정모델링의 결과를 검증하고, 이를 실제 현장 지반에 적용하고자 하였다.
