Evaluation of Liquefaction Potential with Simplified Method and Effective-Stress Site Response Analysis

Abstract

Evaluation of liquefaction susceptibility is an important part of the seismic design of structures, which is. The simplified method, which relates the equivalent shear stress due to the earthquake and resisting shear stress, is widely used in practice. However, the accuracy and applicability of the simplified method to domestic sites are not well known or documented. This paper evaluated the applicability of the simplified procedure by comparing the results of the simplified method and the effective-stress nonlinear site response analysis at Pohang and Kwangyang using ground motions representative of earthquake with return periods of 1000 and 2400 years. Comparison showed that the predictions of the liquefaction susceptibility are significantly different. The simplified method constantly predicted higher susceptibility to liquefaction compared to effective-stress site response analysis results. The discrepancy between the estimated susceptibility was especially large for motions representative of seismic hazard with return period of 1000 years. In addition, the estimated variations of the pore pressures within the soil column were distinctively different. The comparisons demonstrated that the simplified method can be used as a preliminary evaluation procedure, but a more advanced model should be used for an accurate evaluation of the liquefaction susceptibility.

액상화 발생 여부 평가는 지진동에 대한 구조물의 성능목표를 달성하기 위한 내진설계의 주요 요소이다. 액상화 평가에는 지진하중을 나타내는 등가전단응력과 지반의 저항응력의 관계를 이용하는 간편예측법이 널리 사용된다. 하지만, 간편예측법의 정확성과 국내 적용가능성에 대해서는 정확하게 규명된 바 없다. 본 연구에서는 간편예측법의 적용성을 평가하기 위하여 포항과 광양 두 개의 부지에서 간편예측법과 유효응력 비선형 지반응답해석을 재현주기 1000년과 2400년 지진에 대하여 수행하여 결과를 비교하였다. 비교결과, 두 방법에는 상당한 차이가 있는 것으로 나타났다. 간편예측법은 유효응력 지반응답해석에 비하여 액상화 발생 가능성을 높게 예측하는 것으로 나타났으며 두 예측기법간의 차이는 특히 재현주기 1000년 지진의 경우에 큰 것으로 나타났다. 또한, 예측된 지층 내 과잉간극수압의 분포형상에도 상당한 차이가 있는 것으로 계산되었다. 간편예측법은 액상화 발생가능성의 초기 예측에는 사용될 수 있으나, 보다 정확한 판단을 위해서는 고급해석이 필요하다고 판단된다.