KR20160061445A - Method and System of Construction of Landslide Hazard Map During Earthquakes Considering Geometrical Amplification Characteristics of Slope - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 조사대상지역에 해당하는 수치지도의 토층두께를 분석하여 추출한 기하하적 증폭계수를 고려하여 동적변위 또는 동적안전율을 도출하여 지진시 산사태 범위에 대한 재해도를 생성하는 기술에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of deriving landslide hazards during an earthquake with consideration of geometric amplification factors, and more particularly, to a method of deriving a landslide hazard from earthquake disaster in consideration of dynamic displacement or dynamic And to generate a disaster level for the range of landslides during an earthquake by deriving the safety factor.
지진시 발생하는 여러 형태의 피해 가운데 사면파괴로 인한 피해는 지진으로 인한 전체 피해 중 가장 영향력이 커서 인명 및 구조물에 직접적인 피해를 유발할 뿐만 아니라 도로, 라이프라인 등의 기능을 상실하게 하여 사회시스템을 마비시키게 된다. 따라서, 중요 사면구조물이 많이 존재하는 국내에서는 지진시 사면파괴를 방지하고 예측하기 위한 사면구조물의 내진안정성 확보가 필수적으로 요구된다.Among the various types of damage caused by the earthquake, the damage caused by the slope failure is the most influential among the total damage caused by the earthquake, causing not only direct damage to life and structures but also loss of functions such as roads and lifelines, . Therefore, it is necessary to secure the stability of the slope structure in order to prevent slope failure in the earthquake in Korea where there are many important slope structures.
사면구조물의 내진안정성을 확보하기 위해서는 설계지진가속도의 크기, 사면구조물의 위치, 사면구조물의 자연주기, 정적 하중하에서 사면구조물의 안전율, 사면을 구성하는 흙의 반복하중하에서의 강도특성, 사면구조물내 과잉간극수압 발생정도, 지진파의 특성 등을 고려한 체계적인 사면안정해석 연구가 필수적이다. 우리나라도 최근 들어 발생하고 있는 크고 작은 지진으로 인해 더 이상 지진에 대한 안전지대가 아니므로 지진으로 인한 위험성에 대한 지속적인 추적관찰이 필요하다. 특히 유무선통신발달에 따라 사면의 재해위험평가시에 이용자들의 시각적 편의성이 향상될 수 있는 기술개발의 필요성도 존재한다.In order to ensure the stability of the slope structure, the magnitude of the design earthquake acceleration, the location of the slope structure, the natural period of the slope structure, the safety factor of the slope structure under the static load, the strength characteristics under repeated loads of the slope, It is essential to study systematic slope stability analysis considering pore water pressure and seismic characteristics. Since Korea is no longer a safe zone for earthquakes due to recent large and small earthquakes, it is necessary to monitor the risk due to earthquakes continuously. In particular, there is a need to develop a technology that can improve the visual convenience of users in the risk assessment of slopes due to the development of wired and wireless communication.
현재 진행되고 있는 지진시 산사태 재해도 작성을 위한 방법으로는 크게 두 가지 방법이 사용되고 있다. 그 하나는 대상지역의 동적안전율을 계산하여 지도상에 동적안전율을 표시하는 방법으로 국제 지반공학회의 제 4 기술위원회(ISSMGE TC4)를 중심으로 이루어지고 있는 방법이다. 또 다른 방법은 대상 사면의 변위를 예측하여 그 결과를 지도상에 나타냄으로써 위험정도를 나타내는 방법으로 미국을 중심으로 이루어지고 있다(Jibson et al, 1998; Harp et al., 2009).Currently, two methods are used to create a landslide hazard map during the earthquake. One of them is the method of displaying the dynamic safety factor on the map by calculating the dynamic safety factor of the target area and focusing on the 4th Technical Committee (ISSMGE TC4) of the International Geotechnical Society. Another method is to focus on the US as a way of representing the degree of risk by predicting the displacement of the slope and presenting the result on a map (Jibson et al, 1998; Harp et al., 2009).
그러나, 기존의 내진설계지침으로 도출된 지진계수를 적용하였을 때 현실적인 재해위험지역의 범위와는 동떨어진 결과가 나오는 경우가 종종 발생하게 되는데, 이는 지진계수의 산출이 수학적 공식으로 도출됨에 있어 실제 사면과의 연관성을 고려하지 않는 부분이 있기 때문이다. However, when applying the seismic coefficient derived from the existing seismic design guidelines, it is often the case that the result of the seismic coefficient calculation is out of range of the actual hazardous area, This is because there is a part that does not consider the relation of
따라서 사면에 대한 산사태 재해도 작성을 위하여 위에서 언급한 두 가지 방법으로 위험도를 작성하여 그 결과를 비교하여 정밀하면서도 실질적인 재해위험범위를 도출할 수 있는 기틀의 마련이 시급하다.
Therefore, it is imperative to establish a framework that can create a precise and realistic range of risk by compiling the risk by using the two methods mentioned above for the preparation of the landslide disaster for the slope.
지진시 산사태 재해도의 생성을 위하여 본 발명에서는 사면의 기하학적 특성을 고려하여 도출된 지진증폭계수를 활용하여, 지진시 동적안전율 및 동적변위에 대한 지진시 산사태 재해도를 생성하고자 한다.
In order to generate the landslide hazard during the earthquake, the present invention utilizes the earthquake amplification factor derived from consideration of the geometrical characteristics of the slope to generate the landslide disaster for earthquake dynamic stability and dynamic displacement.
이를 위하여 본 발명에서는 동적안전율을 평가하기 위하여 기하하적 증폭계수를 고려한 유사정적해석방법을 이용하고, 동적변위예측을 위해서는 기하하적 증폭계수를 고려한 Newmark 변위간편식을 이용하여 지진시 산사태 위험에 대한 재해도를 작성하고자 한다.
For this purpose, the present invention uses a pseudo-static analysis method that takes into account the geophysical amplification factor to estimate the dynamic safety factor and the Newmark displacement simplex method that takes into account the geophysical amplification factor to predict the dynamic displacement. I want to create a disaster map.
특히 지진시 산사태의 동적안전율 계산에 필요한 지진계수와 동적변위를 구하기 위해 필요한 임계가속도를 도출하기 위하여 비선형 동적해석을 통한 지진파의 특성이나 산사면의 경사각, 토층두께, 토층 전단파속도 등의 기하하적 특성을 고려한 기하하적 증폭계수를 산정하는 수식의 제공을 목표로 한다.
Especially, in order to derive the critical acceleration required to calculate the seismic coefficient and the dynamic displacement required for calculating the dynamic safety factor of landslides, the characteristics of seismic waves through nonlinear dynamic analysis, slope angle of slopes, soil layer thickness, soil layer shear wave velocity, The objective of this paper is to provide a formula for calculating the geometric amplification factor considering characteristics.
또한 GIS 기반의 수치지도DB에 의하여 실시간으로 재해도를 현시하는 시스템을 제공하고자 한다.
Also, we provide a system that displays real - time disaster level by GIS - based digital map database.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 (A) 조사대상지역이 포함된 수치지도를 수집하는 단계; (B) 상기 수치지도의 각 조사대상지점에서 지진파의 임계가속도를 산출하고, 기하학적 증폭계수를 이용하여 지진파의 최대가속도를 산출하는 단계; (C) 상기 임계가속도 또는 최대가속도를 이용하여 동적변위를 Newmark 변위간편식에 의해 도출하거나 동적안전율을 유사정적해석을 통하여 도출하는 단계; 및 (D) 상기 동적변위 또는 동적안전율에 따라 지진시의 산사태 발생지역에 대한 재해도를 도출하는 단계;를 포함하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법을 함께 제공한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a method of generating a digital map including: (A) collecting a digital map including an area to be surveyed; (B) calculating a critical acceleration of a seismic wave at each survey target point of the digital map, and calculating a maximum acceleration of the seismic wave using a geometric amplification factor; (C) deriving the dynamic displacement using the Newmark displacement simplification or the dynamic safety factor through a pseudo-static analysis using the critical acceleration or the maximum acceleration; And (D) deriving a degree of disaster for a landslide occurrence area at the time of an earthquake according to the dynamic displacement or the dynamic safety factor, together with a method of deriving the landslide disaster level at the time of an earthquake considering the geometric amplification factor.
또한 본 발명은 상기 (B)단계의 임계가속도는, (B1-1) 상기 수치지도로부터 조사대상지점의 높이 및 사면경사를 도출하여 토층두께를 계산하는 단계;(B1-2) 상기 토층두께로부터 정적안전율을 도출하는 단계; 및 (B1-3) 상기 정적안전율이 1.0이 되는 지진계수값을 임계가속도로 도출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법을 함께 제공한다.
The critical acceleration of the step (B) may be calculated by: (B1-1) calculating the soil layer thickness by deriving the height and slope of the point to be investigated from the numerical map, (B1-2) Deriving a static safety factor; And (B1-3) deriving an earthquake coefficient value having the static safety factor of 1.0 as the critical acceleration. The earthquake disaster map of the present invention is also provided with a method of deriving the landslide disaster map at the time of earthquake taking into consideration the geometric amplification factor.
또한 본 발명은 상기 (B)단계의 최대가속도는, (B2-1) 상기 수치지도의 하나 이상의 조사대상지점에서의 SPT-N값 를 통해 전단파속도와 내부마찰각을 산정하는 단계; (B2-2) 상기 조사대상지점의 토층두께를 확인하여 기하학적 증폭계수를 도출하되, 토층두께 확인이 어려운 경우에는 경사도 및 토층두께의 상관관계에 따라 토층두께를 가정하여 증폭계수를 도출하는 단계; 및 (B2-3) 상기 기하학적 증폭계수와 상기 조사대상지점의 기반암가속도를 곱하여 최대가속도를 도출하는 단계;를 포함하여 도출되는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법을 함께 제공한다.
Further, according to the present invention, the maximum acceleration of the step (B) may be calculated by using (B2-1) the SPT-N value at one or more survey target points of the numerical map Calculating a shear wave velocity and an internal friction angle; (B2-2) deriving the geometric amplification factor by checking the soil layer thickness of the site to be surveyed, and deriving the amplification factor assuming the soil layer thickness according to the correlation between the slope and the soil layer thickness when it is difficult to confirm the soil layer thickness; And (B2-3) deriving the maximum acceleration by multiplying the geometric amplification factor by the bedrock acceleration of the site to be researched. The method of deriving the landslide hazard according to the geometric amplification factor Together.
또한 본 발명의 상기 B2-2단계에서, 상기 기하학적 증폭계수는 특정식에 의하여 도출되는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법을 함께 제공한다.
Also, in the step B2-2 of the present invention, the geometric amplification factor is derived by a specific formula, and also provides a method of deriving the landslide hazards at the time of an earthquake considering the geometric amplification factor.
또한 본 발명은 상기 (C)단계의 동적변위를 Newmark 변위간편식의 Ambraseys and Menu의 제안식에 의하여 아래의 특정식에 따라 산정되는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법을 함께 제공한다.
Further, the present invention is characterized in that the dynamic displacement in the step (C) is calculated according to the following formula according to the proposed formula of the Newmark displacement simple formula, Ambraseys and Menu, and the method of deriving the landslide disaster degree in the earthquake considering the geometric amplification factor .
또한 본 발명은 상기 (C)단계의 동적안전율을 산정하는 특정식을 제공하는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법을 함께 제공한다.
The present invention also provides a method for deriving landslide hazards during an earthquake in consideration of the geometric amplification factor, which is characterized by providing a specific formula for calculating the dynamic safety factor of the step (C).
또한 본 발명은 수집된 수치지도로부터 지형레이어정보 및 경사도DEM정보를 생성하는 입력모듈, 조사대상지역에서 DEM(Digital Elevation Modeling) 기반의 산사태 위험도를 분석하는 산사태 예측모듈, 상기 입력모듈 및 산사태 예측모듈로부터 수신한 정보로 구축된 분석정보DB(database) 및 재해도 출력모듈이 구비된 GIS(Geographic Information System)가 구축되어 있으며, 상기 입력모듈은 수치지도의 등고선 또는 표고점을 추출하여 지형레이어정보를 생성하고, 상기 지형레이어정보에 경사도 분석이 수행된 경사도DEM정보를 생성하여 상기 지형레이어정보와 경사도DEM정보를 상기 분석정보DB에 저장하고, 상기 산사태 예측모듈은 제1항의 (A)단계 수행을 위하여 상기 분석정보DB로부터 조사대상지점에 대한 경사도DEM정보를 추출한 후 제1항의 (B)단계 및 (C)단계를 수행하여 동적변위 또는 동적안전율을 포함하는 DEM기반 산사태예측정보를 생성하여 상기 분석정보DB에 저장하고, 상기 재해도 출력모듈은 제1항의 (D)단계의 수행을 위하여 상기 분석정보DB로부터 현시하고자 하는 조사대상지점의 지형레이어정보 및 DEM기반 산사태예측정보를 추출하여 해당 조사대상지점의 재해도를 생성하는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출시스템을 함께 제공한다.
The present invention also provides an input module for generating the terrain layer information and the tilt DEM information from the collected digital map, a landslide prediction module for analyzing the landslide risk based on DEM (Digital Elevation Modeling) And a GIS (Geographic Information System) equipped with a disaster level output module are constructed. The input module extracts contour lines or elevation points of a digital map to generate terrain layer information And the slope degree DEM information is stored in the analysis information DB, and the landslide prediction module calculates the slope degree DEM information based on the slope DEM information, The gradient DEM information for the survey target point is extracted from the analysis information DB, and then the steps (B) and (C) are performed And the dynamic disaster or dynamic safety factor, and stores the generated DEM-based landslide prediction information in the analysis information DB, and the disaster level output module outputs the disaster prediction information to the analysis information DB for performing the step (D) The terrain layer information of the target point and the DEM-based landslide prediction information are generated and the disaster degree of the surveyed point is generated. Also, a system for deriving a landslide disaster chart at the time of an earthquake is provided together with the geometric amplification factor.
또한 본 발명에서 상기 입력모듈은, 상기 분석정보DB에서 추출한 수치지도로부터 지형레이어정보를 생성한 후 상기 지형레이어정보로부터 3D-TIN(triangular irregular networks)변환을 거쳐 지형TIN정보를 생성하고, 상기 지형TIN정보를 래스터(Raster)변환하여 지형래스터(Raster)정보를 생성한 후 상기 지형래스터정보로부터 DBF파일변환을 수행하여 경사도DEM정보를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도 도출시스템을 함께 제공한다.
Further, in the present invention, the input module generates the terrain TIN information from the digital map extracted from the analysis information DB, and then generates the terrain TIN information through the 3D-TIN (triangular irregular networks) transformation from the terrain layer information, Wherein the terrain raster information is generated by raster transforming TIN information and then converted into DBF file from the terrain raster information to generate tilt DEM information. The geostationary landslide disaster considering geometric amplification factor It also provides a derivation system.
본 발명에 의해 도출된 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도는 사면경사도에 따라 토층두께와의 상관관계를 고려하여 토층두께를 가정하여 기하하적 증폭계수를 산정함으로써 지진파의 임계가속도 및 최대가속도에 따른 동적안전율 및 동적변위의 정밀도를 향상시켜 산사태 발생 위험도를 좀 더 정확하게 분석할 수 있는 장점이 있다.
Considering the geometric amplification factor derived from the present invention, the landslide disaster rate during earthquake is calculated by assuming the soil layer thickness considering the correlation with the soil layer thickness according to the slope inclination, and the critical acceleration and maximum acceleration The dynamic safety factor and the precision of the dynamic displacement can be improved to more accurately analyze the risk of landslide occurrence.
또한 본 발명에 의하면, 지진파의 특성과 산사면의 경사각, 토층두께, 토층 전단파 속도 등의 기하학적인 특성에 따른 증폭계수의 산정식을 개발하여 정확한 동적안정율과 동적변위를 도출하는 효과가 있다.
Also, according to the present invention, there is an effect of deriving accurate dynamic stability and dynamic displacement by developing an equation for amplification factor according to geometrical characteristics such as characteristics of seismic waves, inclination angle of slopes, soil layer thickness, soil layer shear wave velocity and so on.
특히 본 발명에 의하면 GIS 기반에서 구비된 분석정보DB에 입력모듈이 수치지도를 분석하여 도출한 지형레이어정보 및 DEM정보와 함께 산사태예측모듈로부터 도출된 동적안전율 또는 동적변위에 대한 정보가 구축되어 있어 통합적이면서도 신속한 재해도 생성에 이바지하고 있다.In particular, according to the present invention, the input module of the GIS-based analysis information DB is constructed with information on the dynamic safety factor or the dynamic displacement derived from the landslide prediction module together with the terrain layer information and DEM information derived by analyzing the digital map It also contributes to the creation of integrated and rapid disasters.
[도 1]은 본 발명의 지진시 산사태 재해도 도출방법을 개략적으로 정리하여 도시한 개념도이다.
[도 2]는 Ofunato 지진파에 따라 산정된 증폭계수의 Case Matrix이다.
[도 3]은 Whittier Narrow 지진파에 따라 산정된 증폭계수의 Case Matrix이다.
[도 4]는 Loma Prieta 지진파에 따라 산정된 증폭계수의 Case Matrix이다.
[도 5]는 Northridge 지진파에 따라 산정된 증폭계수의 Case Matrix이다.
[도 6]는 본 발명에서 GIS 기반으로 지진시 산사태 재해도를 도출하는 시스템의 대략적인 도식도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing a method of deriving a landslide disaster at the time of an earthquake according to the present invention.
[Figure 2] is a Case Matrix of amplification factors estimated according to Ofunato seismic waves.
[Figure 3] is a Case Matrix of the amplification factor estimated according to the Whittier Narrow seismic wave.
[Figure 4] is a Case Matrix of the amplification factor estimated according to the Loma Prieta seismic wave.
[Figure 5] is a case matrix of amplification factors estimated according to Northridge seismic waves.
6 is a schematic diagram of a system for deriving landslide hazards during an earthquake based on GIS in the present invention.
본 발명은 「(A) 조사대상지역이 포함된 수치지도를 수집하는 단계;(B) 상기 수치지도의 각 조사대상지점에서 지진파의 임계가속도를 산출하고, 기하학적 증폭계수를 이용하여 지진파의 최대가속도를 산출하는 단계; (C) 상기 임계가속도 또는 최대가속도를 이용하여 동적변위를 Newmark 변위간편식에 의해 도출하거나 동적안전율을 유사정적해석을 통하여 도출하는 단계; 및 (D) 상기 동적변위 또는 동적안전율에 따라 지진시의 산사태 발생지역에 대한 재해도를 도출하는 단계;」를 제공한다. (B) calculating a critical acceleration of a seismic wave at each of the surveyed points of the digital map, calculating a maximum acceleration of the seismic wave using the geometric amplification factor, ; (C) deriving the dynamic displacement using the Newmark displacement simplification or the dynamic safety factor through a pseudo-static analysis using the critical acceleration or the maximum acceleration; And (D) deriving a degree of disaster for a landslide occurrence area during an earthquake according to the dynamic displacement or the dynamic safety factor.
또한 본 발명은 「상기 (B)단계의 임계가속도는, (B1-1) 상기 수치지도로부터 조사대상지점의 높이 및 사면경사를 도출하여 토층두께를 산출하되, 토층두께 확인이 어려운 경우에는 경사도가 20°미만이 경우의 토층두께 : 4m, 경사도가 20°이상 30°미만이 경우의 토층두께 : 3m, 경사도가 30°이상인 경우의 토층두께 : 2m인 [조건 1]의 경사도 및 토층두께의 상관관계에 따라 토층두께를 가정하여 계산하는 단계; (B1-2) 상기 토층두께로부터 정적안전율을 도출하는 단계; 및 (B1-3) 상기 정적안전율이 1.0이 되는 지진계수값을 임계가속도로 도출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법」을 함께 제공한다.
Further, the present invention is characterized in that the critical acceleration of the step (B) is calculated by: (B1-1) calculating the soil layer thickness by deriving the height and slope of the point to be surveyed from the numerical map, Soil thickness in the case of less than 20 °: 4m, slope of 20 ° or more and less than 30 ° Soil thickness in this case: 3m, soil layer thickness in the case of an inclination of 30 ° or more: slope of [condition 1] Calculating a soil layer thickness based on the relationship; (B1-2) deriving a static safety factor from the soil layer thickness; And (B1-3) deriving the earthquake coefficient value at which the static safety factor becomes 1.0 as the critical acceleration. The method of deriving the landslide disaster map at the time of earthquake considering the geometric amplification factor is also provided.
또한 본 발명은「 상기 (B)단계의 최대가속도는, (B2-1) 상기 수치지도의 하나 이상의 조사대상지점에서의 SPT-N값 를 통해 전단파속도와 내부마찰각을 산정하는 단계; (B2-2) 상기 조사대상지점의 토층두께를 확인하여 기하학적 증폭계수를 도출하되, 토층두께 확인이 어려운 경우에는 경사도가 20°미만이 경우의 토층두께 : 4m, 경사도가 20°이상 30°미만이 경우의 토층두께 : 3m, 경사도가 30°이상인 경우의 토층두께 : 2m의 [조건 1]의 경사도 및 토층두께의 상관관계에 따라 토층두께를 가정하여 증폭계수를 도출하는 단계; 및 (B2-3) 상기 기하학적 증폭계수와 상기 조사대상지점의 기반암가속도를 곱하여 최대가속도를 도출하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법」을 함께 제공한다.
Further, the present invention is characterized in that ??? the maximum acceleration in the step (B) is (B2-1) a value obtained by multiplying the SPT-N value at one or more survey target points of the numerical map Calculating a shear wave velocity and an internal friction angle; (B2-2) Obtain the geometric amplification factor by checking the soil layer thickness at the site to be surveyed. If it is difficult to confirm the soil layer thickness, the soil layer thickness is 4m when the slope is less than 20 °, the slope is more than 20 ° and less than 30 ° Deriving an amplification factor on the basis of the soil layer thickness according to the correlation between the slope of [Condition 1] and the soil layer thickness of the soil layer thickness in this case: 3 m, the soil layer thickness when the slope is 30 or more; And (B2-3) deriving the maximum acceleration by multiplying the geometric amplification factor by the bedrock acceleration of the site to be surveyed. The method of deriving the landslide disaster at the time of earthquake taking into consideration the geometric amplification factor .
또한 본 발명은 「상기 B2-2단계에서, [식 1]
Further, in the present invention, "
또한 본 발명은 「상기 B2-2단계에서, 상기 기하학적 증폭계수는 [식 2] 
Further, the present invention is characterized in that, in the step B2-2,
또한 본 발명은 「상기 (C)단계의 동적변위는, [식 3]
Further, the present invention is characterized in that " the dynamic displacement of the step (C)
본 발명은 「상기 (C)단계의 동적안전율은
The present invention is characterized in that " the dynamic safety factor of the step (C)
또한 본 발명은 「수집된 수치지도로부터 지형레이어정보 및 경사도DEM정보를 생성하는 입력모듈, 조사대상지역에서 DEM(Digital Elevation Modeling) 기반의 산사태 위험도를 분석하는 산사태 예측모듈, 상기 입력모듈 및 산사태 예측모듈로부터 수신한 정보로 구축된 분석정보DB(database) 및 재해도 출력모듈이 구비된 GIS(Geographic Information System)가 구축되어 있으며, 상기 입력모듈은 수치지도의 등고선 또는 표고점을 추출하여 지형레이어정보를 생성하고, 상기 지형레이어정보에 경사도 분석이 수행된 경사도DEM정보를 생성하여 상기 지형레이어정보와 경사도DEM정보를 상기 분석정보DB에 저장하고, 상기 산사태 예측모듈은 제1항의 (A)단계 수행을 위하여 상기 분석정보DB로부터 조사대상지점에 대한 경사도DEM정보를 추출한 후 제1항의 (B)단계 및 (C)단계를 수행하여 동적변위 또는 동적안전율을 포함하는 DEM기반 산사태예측정보를 생성하여 상기 분석정보DB에 저장하고, 상기 재해도 출력모듈은 제1항의 (D)단계의 수행을 위하여 상기 분석정보DB로부터 현시하고자 하는 조사대상지점의 지형레이어정보 및 DEM기반 산사태예측정보를 추출하여 해당 조사대상지점의 재해도를 생성하는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출시스템」을 함께 제공한다.
The present invention further includes an input module for generating the terrain layer information and the tilt DEM information from the collected digital map, a landslide prediction module for analyzing the landslide risk based on DEM (Digital Elevation Modeling) in the survey area, A GIS (Geographic Information System) including an analysis information database (DB) constructed with information received from the module and a disaster level output module is constructed. The input module extracts contour lines or elevation points of the digital map, And the slope degree DEM information is stored in the analysis information DB, and the landslide prediction module performs the step (A) of the first step The gradient DEM information for the survey target point is extracted from the analysis information DB to perform the steps (B) and (C) And the dynamic disaster or dynamic safety factor, and stores the generated DEM-based landslide prediction information in the analysis information DB, and the disaster level output module outputs the disaster prediction information to the analysis information DB for performing the step (D) A system for deriving landslide hazards during an earthquake taking geometric amplification factors into account, characterized by extracting the terrain layer information of a target point and the DEM-based landslide prediction information to generate a disaster level of the surveyed point.
또한 본 발명은 「상기 입력모듈은 상기 분석정보DB에서 추출한 수치지도로부터 지형레이어정보를 생성한 후 상기 지형레이어정보로부터 3D-TIN(triangular irregular networks)변환을 거쳐 지형TIN정보를 생성하고, 상기 지형TIN정보를 래스터(Raster)변환하여 지형래스터(Raster)정보를 생성한 후 상기 지형래스터정보로부터 DBF파일변환을 수행하여 경사도DEM정보를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도 도출시스템」을 함께 제공한다.
Further, the present invention is characterized in that the input module generates terrain layer information from a digital map extracted from the analysis information DB, generates terrain TIN information through triangular irregular networks (3D-TIN) transformation from the terrain layer information, Wherein the terrain raster information is generated by raster transforming TIN information and then converted into DBF file from the terrain raster information to generate tilt DEM information. The geostationary landslide disaster considering geometric amplification factor And a system for deriving the data.
[도 1]은 본 발명의 지진시 산사태 재해도 도출방법을 개략적으로 정리하여 도시한 개념도이다. 이하에서는 본 발명을 첨부된 도면과 함께 각 단계별로 상세히 설명한다.
FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing a method of deriving a landslide disaster at the time of an earthquake according to the present invention. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Ⅰ. (A)단계 Ⅰ. (A)
본 (A)단계는 지진시 산사태 재해도를 생성하기 위하여 선정된 조사대상지역이 포함된 수치지도를 수집하는 단계이다. 지진시 산사태 재해도의 도출을 위하여는 해당지역의 수치지도의 분석이 선행되어야 하기 때문이다. The step (A) is a step of collecting a numerical map including the selected survey area in order to generate a landslide hazard in an earthquake. In order to derive the landslide hazard map during the earthquake, it is necessary to analyze the numerical map of the area in advance.
수치지도의 수집은 지진시의 산사태의 위험을 분석하기 위한 기초자료로 이용되기 때문이다. 본 발명에서는 조사대상지역의 수치지도에서 각각의 조사대상지점의 높이, 경사도를 파악하여 토층두께를 산정할 수 있다. 수치지도는 지표면에서의 최대가속도의 산출과 임계가속도의 산출을 위하여 이용된다.
This is because the collection of digital maps is used as a basis for analyzing the risk of landslides during earthquakes. In the present invention, the soil layer thickness can be calculated by grasping the height and slope of each surveyed point in the numerical map of the survey area. Numerical maps are used for the calculation of the maximum acceleration at the surface and the calculation of the critical acceleration.
수치지도는 온·오프라인을 통해 다양한 방식으로 수집될 수 있는데, 특히 온라인상에서 네트워크를 통하여 다양한 웹페이지, DB(database)로부터 수집될 수도 있으나, 본 발명의 재해도 도출을 위하여 적합하게 구축된 GIS 기반의 시스템으로부터 직접 수집될 수 있다. 이에 관하여는 후술하도록 한다.The digital map can be collected from various web pages and DBs through on-line network. However, it can be collected by GIS based on appropriately constructed disaster for the discovery of the present invention. ≪ / RTI > This will be described later.
Ⅱ. (B)단계Ⅱ. (B) Step
본 (B)단계는 상기 수치지도로부터 조사대상지점의 지진파 임계가속도 및 기하학적 증폭계수를 이용한 최대가속도를 산출하는 단계이다.
The step (B) is a step of calculating the maximum acceleration using the seismic critical acceleration and the geometric amplification factor of the survey target point from the numerical map.
사면의 재해위험평가를 위해 사용되는 방법으로는 사면의 동적안전율을 이용하는 방법과 사면의 변위를 예측하는 방법 등 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 본 발명에서는 동적안전율 산정을 위해 유사정적해석을 수행하고, 동적변위 예측을 위해서는 Newmark의 강성블록해석(sliding block analysis)을 적용하고자 한다. 두 가지 경우 모두에 대하여 대상지역의 사면은 모두 무한사면으로 가정하여 수행되게 된다. The methods used to assess the risk of slope failure can be classified into two broad categories: using the dynamic safety factor of the slope and predicting the slope displacement. In the present invention, pseudo-static analysis is performed for dynamic safety estimation and Newmark's sliding block analysis is applied for dynamic displacement prediction. In both cases, the slope of the target area is assumed to be infinite slope.
이를 위하여 상기 수치지도로부터 선행되어 산출되어야하는 값은 바로 조사대상지점의 지진파의 임계가속도와 최대가속도이다. 본 발명에서는 (B)단계에서 지진파의 임계가속도를 (B1)단계에서 구체적으로 설명하였으며, 지표면의 지진파 최대가속도 (B2)단계에서 설명하고 있다.
To this end, the values that are to be calculated from the numerical map are the critical acceleration and the maximum acceleration of the seismic wave immediately after the survey. In the present invention, the critical acceleration of the seismic waves in the step (B) is described in detail in the step B1 and explained in the earthquake maximum acceleration B2 of the earth surface.
1. (B1)단계1. Step (B1)
상기 (B)단계의 임계가속도는, (B1-1) 상기 수치지도로부터 조사대상지점의 높이 및 사면경사를 도출하여 토층두께를 계산하는 단계;(B1-2) 상기 토층두께로부터 정적안전율을 도출하는 단계; 및 (B1-3) 상기 정적안전율이 1.0이 되는 지진계수값을 임계가속도로 도출하는 단계;를 포함하여 진행되어 산출되는 것을 일 특징으로 할 수 있다.
The critical acceleration of the step (B) is calculated by: (B1-1) calculating the soil layer thickness by deriving the height and slope of the point to be surveyed from the numerical map, (B1-2) deriving a static safety factor from the soil layer thickness ; And (B1-3) deriving an earthquake coefficient value having the static safety factor of 1.0 as the critical acceleration.
임계가속도는 (B1-3)단계와 같이 사면의 정적안전율이 1.0이 되는 지진계수값을 항복가속도, 즉 임계가속도로 산정하게 된다. 즉, 임계가속도는 정적조건에서 주어진 정적안전율을 바탕으로 [수학식 1]과 같이 계산한다. 만약 사면의 형상이 복잡하거나, 보강이 된 경우에는 유사정적해석을 통하여 구할 수 있으며, 정적안전율이 1일 때의 지진계수값을 항복가속도로 정의할 수 있다.The critical acceleration is calculated as the yield acceleration, that is, the critical acceleration, at which the static safety factor of the slope becomes 1.0 as in (B1-3). That is, the critical acceleration is calculated according to Equation (1) based on the static safety factor given in the static condition. If the shape of the slope is complex or reinforced, it can be obtained by pseudo-static analysis. The seismic coefficient at the static safety factor of 1 can be defined as the yield acceleration.
여기서 (B1-2)단계에서 진행되는 사면의 정적안전율은 [수학식 2]에 의해 구해지며, 포화도 적용에 있어서 완전 포화된 사면에서의 지하수위면은 지표면과 일치하는 것으로 가정한다. Here, the static safety factor of the slope proceeding in the step (B1-2) is obtained by Equation (2), and it is assumed that the groundwater level on the fully saturated slope in the saturation application coincides with the ground surface.
여기서, ｃ는 점착력, 
또한 정적안전율을 도출하기 전에 토층두께, 즉 (B1-1)단계에서 이루어지는 표층의 두께의 산정은 수치지도에서 높이 및 사면경사를 계산하여 정할 수 있는데 이는 [참고도 1]의 사면경사와 토층두께의 상관관계를 이용하여 도출할 수 있다.In addition, before deriving the static safety factor, the soil layer thickness, ie, the thickness of the surface layer in (B1-1), can be calculated by calculating the height and slope in the numerical map, Can be derived using the correlation of
[참고도 1][Reference Figure 1]
상기 토층두께에 대한 상관관계에 의하면 다음과 같은 [조건 1]로 토층두께는 추정할 수 있다. According to the correlation of the soil layer thickness, the soil layer thickness can be estimated by the following [Condition 1].
[조건 1][Condition 1]
경사도가 20°미만이 경우의 토층두께 : 4mSoil thickness when the slope is less than 20 °: 4 m
경사도가 20°이상 30°미만이 경우의 토층두께 : 3mSoil thickness when the slope is more than 20 ° and less than 30 °: 3m
경사도가 30°이상인 경우의 토층두께 : 2m
Soil thickness when the slope is 30 ° or more: 2m
상기과 같이 (B1)과정을 거쳐 임계가속도가 구해지면 이는 동적변위를 구하는 변수로서 활용되게 된다.
When the critical acceleration is obtained through the process (B1) as described above, it is utilized as a variable for obtaining the dynamic displacement.
2. (B2)단계2. Step (B2)
상기 (B)단계의 최대가속도는, (B2-1) 상기 수치지도의 하나 이상의 조사대상지점에서의 SPT-N값 를 통해 전단파속도와 내부마찰각을 산정하는 단계; (B2-2) 상기 조사대상지점의 토층두께를 확인하여 기하학적 증폭계수를 도출하되, 토층두께 확인이 어려운 경우에는 [조건 1]의 경사도 및 토층두께의 상관관계에 따라 토층두께를 가정하여 증폭계수를 도출하는 단계; 및 (B2-3) 상기 기하학적 증폭계수와 상기 조사대상지점의 기반암가속도를 곱하여 최대가속도를 도출하는 단계;를 포함하는 것을 일 특징으로 할 수 있다.
Wherein the maximum acceleration of the step (B) is (B2-1) the maximum acceleration of the step (B) through the SPT-N value at one or more survey target points of the numerical map Calculating a shear wave velocity and an internal friction angle; (B2-2) Obtain the geometric amplification factor by checking the soil layer thickness at the site to be surveyed. If it is difficult to confirm the soil layer thickness, assume the soil layer thickness according to the correlation between the slope of [Condition 1] and the soil layer thickness. ; And (B2-3) deriving the maximum acceleration by multiplying the geometric amplification factor by the bedrock acceleration of the survey target point.
조사대상지점 지표면의 지진파 최대가속도의 산정은 수치지도로부터 SPT-N값 를 통해 전단파속도와 내부마찰각을 산정해 내고, 이에 토층두께를 산정하여 증폭계수를 도출하는 것이 전제가 된다.
The maximum acceleration of the earthquake on the surface is estimated by calculating the shear wave velocity and the internal friction angle from the numerical map using the SPT-N value, and calculating the amplification factor by estimating the soil layer thickness.
1) (B2-1)단계 1) (B2-1) Step
먼저 상기 수치지도의 하나 이상의 조사대상지점에서의 SPT-N값 를 통해 전단파속도와 내부마찰각을 산정하게 된다. First, the shear wave velocity and the internal friction angle are calculated through the SPT-N value at one or more survey target points of the digital map.
표준관입시험에서 얻은 SPT-N값 는 경험적 상관관계로부터 지반정수를 추정하거나 계산식을 적용하는 방식으로 산정할 수 있다. N값으로는 Dunham공식, Peck공식, Ohsaki공식 등을 활용하여 아래의 [표 1]과 같이 지반의 내부 마찰각을 산정할 수 있다. The SPT-N value obtained from the standard penetration test can be estimated by estimating the ground parameter from the empirical correlation or applying the formula. The N value can be calculated from the Dunham formula, the Peck formula, the Ohsaki formula, and the internal friction angle of the ground as shown in [Table 1] below.
표준관입 시험자료로만 제공되는 부지에서는 경험적인 상환관계식들이 이용되는데, SPT-N값 는 전단파 속도를 산정하는 경험적 관계식이 많이 제시되어 있어 아래의 [표 2]와 같은 식을 이용하여 전단파 속도를 산정할 수 있다. Experimental repayment relationships are used in the sites provided only as standard penetration test data. SPT-N values are heavily estimated empirical relational expressions for estimating shear wave velocities, and shear wave velocities are calculated using the equation given in [Table 2] below. can do.
2) (B2-2)단계2) (B2-2) Step
상기 조사대상지점의 토층두께를 확인하여 기하학적 증폭계수를 도출하되, 토층두께 확인이 어려운 경우에는 아래의 [조건 1]의 경사도 및 토층두께의 상관관계에 따라 토층두께를 가정하여 증폭계수를 도출하게 되는데, 본 단계에서는 1)토층두께를 산정하는 과정과 2)기하하적 증폭계수를 도출하는 과정이 단계적으로 수행된다. If the soil layer thickness is difficult to identify, derive the amplification factor by assuming the soil layer thickness according to the correlation between the slope of [condition 1] and soil layer thickness below In this step, 1) the process of estimating the soil layer thickness, and 2) the process of deriving the geometric amplification factor are performed step by step.
조사대상지점에 대해서 수치지도상에서 토층두께를 정확하게 확인할 수 없는 경우, 즉 지반조사자료가 존재하지 않거나, 실제로 지반조사가 진행되기 어려운 경우에는 토층두께를 수치지도의 경사도를 통하여 추정하는 방법을 이용할 수 있는데, 이는 상기 [참고도 1]과 동일한 개념이 적용된다. 실질적으로 모든 지역의 토층두께가 시추공조사나 실험자료를 통하여 확인되기는 어려우므로 경사도와 토층두께에 대한 [조건 1]에 따라 경사도가 20°미만이 경우의 토층두께 : 4m, 경사도가 20°이상 30°미만이 경우의 토층두께 : 3m, 경사도가 30°이상인 경우의 토층두께 : 2m로 산정되어 계산되는 방법을 본 발명에서는 제시하고 있다.
If the soil layer thickness can not be accurately confirmed on the digital map, that is, if there is no ground survey data or if it is difficult to conduct the ground survey, a method of estimating the soil layer thickness using the slope of the numerical map can be used The same concept as in [Reference 1] is applied. It is difficult to confirm the soil layer thicknesses practically in all regions through the borehole survey or the experimental data, so the soil layer thickness in case of slope less than 20 ° according to [Condition 1] for slope and soil layer thickness: 4m, The soil layer thickness in this case is 3 m and the soil layer thickness in the case where the slope is 30 ° or more is calculated as 2 m.
증폭계수의 산정은 일반적으로 파괴토체 내부에서의 가속도를 통하여 평균가속도를 계산할 수 있지만, 이는 고려되는 요소 수가 많아 연산시 많은 시간이 소요되는 문제가 있어 본 발명에서는 입력지진파로 국내지진응답 스펙트럼을 고려한 단주기파 지진파를 시간영역 맞춤형 기법을 적용한 지진파를 적용하여 증폭계수를 도출하였다. Since the calculation of the amplification factor can generally calculate the average acceleration through the acceleration in the inside of the fracture body, it takes a lot of time to calculate it because of a large number of elements to be considered. In the present invention, The amplification factor was derived by applying the seismic wave applying the time - domain customized technique to the short - period wave seismic wave.
실질적인 토층두께정보를 수집할 수 있는 경우, 즉 경사각, SPT-N값 , 토층두께의 모든 정보가 제공되는 경우(HD-track)에 대하여 산출되는 증폭계수에 대한 Case Matrix는 [참고도 2]와 같으며, 토층두께정보를 경사각과의 상관관계에 의하여 도출하는 경우(MD-track)에 산출되는 증폭계수에 대한 Case Matrix는 [참고도 3]과 같다.
The Case Matrix for the amplification factor calculated for the case where the actual soil layer thickness information can be collected, that is, when the inclination angle, the SPT-N value, and the soil layer thickness are all provided (HD-track) And the case matrix for the amplification factor calculated in the case where the soil layer thickness information is derived from the correlation with the inclination angle (MD-track) is as shown in [Reference Figure 3].
[참고도 2][Reference Figure 2]
[참고도 3][Reference Figure 3]
그 실시예로 예를 들어 내부마찰각이 35도인 경우에는 [참고도 4]와 같다.In the embodiment, for example, when the internal friction angle is 35 degrees, it is as shown in [Reference Fig. 4].
[참고도 4][Reference Figure 4]
증폭계수의 산정에 있어서 입력지진파의 최대지반가속도(PGA)를 고려하는 경우에는 더욱 정밀한 증폭계수를 산정해 낼 수 있다. [도 2] 내지 [도 5]는 지진파의 특성에 따라 산정된 증폭계수의 Case Matrix의 실시예이다. 즉, [도 2]는 Ofunato 지진파에 따라 산정된 증폭계수의 Case Matrix이며, [도 3]은 Whittier Narrow 지진파에 따라 산정된 증폭계수의 Case Matrix이며, [도 4]는 Loma Prieta 지진파에 따라 산정된 증폭계수의 Case Matrix이며, [도 5]는 Northridge 지진파에 따라 산정된 증폭계수의 Case Matrix이다.
When the maximum ground acceleration (PGA) of the input seismic wave is considered in the estimation of the amplification factor, a more accurate amplification factor can be calculated. [Figure 2] to [Figure 5] are examples of Case Matrix of amplification factors estimated according to seismic characteristics. 3 is a case matrix of the amplification factor estimated according to the Whittier Narrow seismic wave, and [Fig. 4] is a plot of the amplification factor according to the Loma Prieta seismic wave. [Fig. 2] is a Case Matrix of the amplification factor estimated according to the Ofunato seismic wave. FIG. 5 is a case matrix of amplification factors estimated according to the Northridge seismic wave. FIG.
지진파의 특성과 사면경사각, 토층두께, 토층 전단파 속도 등의 사면의 기하하적인 특성을 분석하였을 때, 토층의 고유주기가 증가함에 따라 증폭계수가 감소하는 경향을 인지하여 토층의 고유주기와 증폭계수의 관계를 통하여 증폭계수를 산정하는 수식을 본 발명에 적용하고자 한다. When the characteristics of the slope, slope inclination angle, soil layer thickness and soil layer shear wave velocity are analyzed, it is found that the amplification factor decreases with the natural period of the soil layer, The equation for calculating the amplification factor is applied to the present invention.
[참고도 5][Reference Figure 5]
[참고도 6][Reference Figure 6]
[참고도 7][Reference Figure 7]
상기 [참고도 5]는 토층의 고유주기(Ts=4H/VS ,H=토층두께, VS=전단파속도)에 대한 증폭계수의 경향성에 대한 도시도이며, 토층의 고유주기가 클수록, 즉 토층이 두껍고 토층의 전단파속도가 작을수록 증폭계수가 작아지는 것을 확인할 수 있다.
5 is a graph showing the tendency of the amplification factor with respect to the natural period (T s = 4H / V S , H = soil layer thickness, V S = shear wave velocity) of the soil layer. That is, as the soil layer is thicker and the shear wave velocity of the soil layer is smaller, the amplification factor becomes smaller.
상기 [참고도 6] 및 [참고도 7]은 입력지진파의 최대지반가속도(PGA)에 따른 증폭계수의 분포도를 나타내었으며, PGA가 증가함에 따라 증폭계수가 감소하는 것을 확인할 수 있다. PGA가 증가할수록 전체적인 증폭계수의 크기가 감소하며 PGA가 0.5g보다 크면 증폭계수는 대부분 1보다 작아 감폭특성이 뚜렷해진다.
[Refer to FIG. 6] and [Reference FIG. 7] show the distribution of the amplification factor according to the maximum ground acceleration (PGA) of the input seismic wave, and it can be confirmed that the amplification factor decreases as the PGA increases. As the PGA increases, the magnitude of the overall amplification factor decreases. If the PGA is larger than 0.5g, the amplification factor becomes smaller than 1, so that the damping characteristic becomes clear.
이러한 사면의 기하하적 조건과 물성에 대해 case를 정하여 수치해석을 수행하여 증폭계수를 수행하였던 점을 개선하여 본 발명에서는 토층 고유주기와의 관계를 고려하여 상기 B2-2단계에서 이하의 [식 1]에 의하여 상기 기하학적 증폭계수가 도출되도록 하는 구성을 일 특징으로 제공한다. In the present invention, in consideration of the relationship with the soil layer natural period, in the step B2-2, the following equation [ 1] to derive the geometric amplification factor.
[식 1][Formula 1]
AF : 기하학적 증폭계수AF: geometric amplification factor
TS : 토층의 고유주기(4H/Vs , m)T S : Natural period of the soil layer (4H / V s , m)
PGA :입력지진파의 최대지반가속도(g)
PGA: maximum ground acceleration of input seismic wave (g)
이 때 AF는 증폭계수, Ts는 토층의 고유주기(4H/Vs ,), PGA는 입력지진파의 최대지반가속도(g)이다. 토층의 고유주기의 범위는 0.08~0.32초이며, [참고도 8]에서는 산정된 증폭계수 데이터와 증폭계수 추정식을 같이 도시하였다. 이 때 PGA가 증가함에 따라 증폭계수 추정식의 크기는 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 추정식의 상관계수는 입력지진파의 PGA가 0.154g, 0.3g, 0.5g, 0.7g, 1.0g일 때 각각 0.24, 0.32, 0.32, 0.36, 0.36이다. 즉, PGA가 클수록 산정변위와 추정식의 상관성이 커지는 것을 확인할 수 있다. When AF is a natural period of the amplification coefficient, T s is soil (4H / V s,), PGA is peak ground acceleration (g) of the input seismic wave. The range of the natural period of the soil layer is 0.08 to 0.32 seconds, and the reference amplification coefficient data and the amplification factor estimation formula are shown in [Reference Figure 8]. In this case, it can be seen that the magnitude of the amplification factor estimation equation decreases as the PGA increases. The correlation coefficient of the estimation equation is 0.24 when PGA of 0.154g, 0.3g, 0.5g, 0.7g, , 0.32, 0.32, 0.36, 0.36. In other words, the larger the PGA, the greater the correlation between the estimated displacement and the estimation equation.
[참고도 8][Reference Figure 8]
또한 상기 기하학적 증폭계수는 이하의 [식 2]에 의하여 도출될 수도 있다. Further, the geometric amplification factor may be derived by the following [Equation 2].
[식 2][Formula 2]
AF : 기하학적 증폭계수AF: geometric amplification factor
TS : 토층의 고유주기(4H/Vs , m)T S : Natural period of the soil layer (4H / V s , m)
PGA :입력지진파의 최대지반가속도(g)PGA: maximum ground acceleration of input seismic wave (g)
Tm : 입력지진파의 평균주기(sec)
T m : Average period of input seismic waves (sec)
[참고도 9][Reference Figure 9]
[참고도 9]는 증폭계수에 대한 주요 인자인 토층의 고유주기(Ts)와 지진파의 Mean period(Tm)의 비를 통해 증폭계수를 도시하였으며, Ts/Tm가 증가할수록 증폭계수는 감소하는 것을 확인할 수 있다. 토층의 고유주기(Ts=4H/Vs)가 클수록 즉, 토층이 두껍고 토층의 전단파속도가 작을수록 증폭계수가 작아지며 마찬가지로 지진파의 Mean period(Tm)가 작을수록 증폭계수가 작아지는 것을 확인할 수 있다. [Refer to Fig. 9] shows the amplification factor by the ratio of the natural period (T s ) of the soil layer to the mean period (T m ) of the seismic wave, which is a main factor for the amplification factor. As the T s / T m increases, Is decreased. The amplification factor decreases as the natural period (T s = 4H / V s ) of the soil layer increases, that is, as the soil layer becomes thicker and the shear wave velocity of the soil layer becomes smaller. Similarly, the smaller the Mean period (T m ) of the seismic wave, Can be confirmed.
상기와 같이 산정된 증폭계수 분포도를 Bray and Rathje (1988)의 논문에서 제시한 증폭계수 분포도와 비교한 결과, Ts/Tm이 1.6인 부분까지는 유사한 분포를 보이는 것을 확인할 수 있다. A comparison of the amplification factor distribution calculated as described above with the amplification factor distribution presented in the paper by Bray and Rathje (1988) shows a similar distribution up to the T s / T m of 1.6.
[참고도 10][Reference Figure 10]
[참고도 11][Reference Figure 11]
입력지진파의 최대지반가속도(PGA)에 따른 증폭계수의 분포도를 [참고도 10] 및 [참고도 11]과 같이 나타내었다. 입력지진파의 최대지반가속도(PGA)가 증가함에 따라 증폭계수가 감소하는 것을 확인할 수 있으며, PGA가 0.5g보다 크면 증폭계수가 대부분 1보다 작으므로 감폭특성이 뚜렷함을 확인할 수 있다.
The distribution of the amplification factor according to the maximum ground acceleration (PGA) of the input seismic wave is shown in [Reference Figure 10] and [Reference Figure 11]. It can be seen that the amplification factor decreases as the maximum ground acceleration (PGA) of the input seismic wave increases. If the PGA is larger than 0.5g, the amplification factor is smaller than 1, so that the damping characteristic is clear.
[참고도 12][Reference Figure 12]
이 때, AF는 증폭계수, Ts는 토층의 고유주기(4H/Vs , m), Tm은 지진파의 Mean period (sec), PGA는 입력지진파의 최대지반가속도(g)이다. 토층의 고유주기의 범위는 0.08~0.32초이며 Ts/Tm의 범위는 0.16에서 1.6이다. [참고도 12]는 산정된 증폭계수 데이터와 증폭계수 추정식을 같이 도시하였다. PGA가 증가함에 따라 증폭계수 추정식의 크기는 감소하는 것을 확인할 수 있다. 추정식의 상관계수는 입력지진파의 PGA가 0.154g, 0.3g, 0.5g, 0.7g, 1.0g일 때 각각 0.42, 0.51, 0.57, 0.58, 0.52이다. 즉, PGA가 클수록 산정변위와 추정식의 상관성이 커짐을 확인할 수 있다.
In this case, AF is the amplification factor, T s is the natural period of the soil layer (4H / V s , m), T m is the mean period (sec) of the seismic wave, and PGA is the maximum ground acceleration (g) of the input seismic wave. The natural period of the soil layer ranges from 0.08 to 0.32 seconds and the range of T s / T m is 0.16 to 1.6. [Reference Figure 12] shows the estimated amplification coefficient data and the amplification factor estimation equation together. It can be seen that the magnitude of the amplification factor estimation equation decreases as the PGA increases. The correlation coefficients of the estimation equations are 0.42, 0.51, 0.57, 0.58, and 0.52 for PGA of 0.154g, 0.3g, 0.5g, 0.7g, and 1.0g, respectively. In other words, the larger the PGA, the greater the correlation between the estimated displacement and the estimation equation.
3) (B2-3)단계3) Step (B2-3)
상기 (B2-3)단계는 상기 기하학적 증폭계수로부터 지표면의 지진파의 최대가속도를 도출하는 단계이다. 상기 단계에서 기하학적 증폭계수가 산출되면 지표면 지진파의 최대가속도는 기반암가속도에 상기 산출한 기하학적 증폭계수를 곱하여 구할 수 있다. 이 때 기반암가속도는 해당 조사대상지점의 기반암가속도로서 사전 조사된 값인 경우가 많아 DB(database)에 사전저장된 데이터값인 경우가 바람직하다.
The step (B2-3) derives the maximum acceleration of the ground surface seismic wave from the geometric amplification factor. If the geometric amplification factor is calculated in the above step, the maximum acceleration of the ground surface seismic wave can be obtained by multiplying the bedrock acceleration by the calculated geometric amplification factor. At this time, the bedrock acceleration is a dictionary of bedrock acceleration It is preferable that the data value is pre-stored in the DB (database) because it is often the examined value.
Ⅲ. (C)단계Ⅲ. (C) Step
(C)단계는 상기 임계가속도 또는 최대가속도를 이용하여 Newmark 변위간편식에 대입하여 동적변위를 도출하거나 유사정적해석을 통하여 동적안전율을 도출하는 단계이다.(C) is a step of deriving the dynamic displacement by substituting the Newmark displacement simplex formula using the critical acceleration or the maximum acceleration or deriving the dynamic safety factor through a pseudo-static analysis.
사면의 재해위험평가를 위해 사용되는 방법으로는 사면의 동적안전율을 이용하는 방법과 사면의 변위를 예측하는 방법 등 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 본 발명에서는 동적안전율 산정을 위해 유사정적해석을 수행하였고, 동적변위 예측을 위해서는 Newmark의 강성블록해석(sliding block analysis)을 적용하였다. 두 가지 경우 모두에 대하여 대상지역의 사면은 모두 무한사면으로 가정한다.
The methods used to assess the risk of slope failure can be classified into two broad categories: using the dynamic safety factor of the slope and predicting the slope displacement. In the present invention, pseudo-static analysis is performed to calculate the dynamic safety factor, and Newmark's sliding block analysis is applied to the dynamic displacement prediction. For both cases, the slope of the target area is assumed to be infinite slope.
상기 (C)단계의 동적변위는, Newmark 변위간편식의 Ambraseys and Menu의 제안식에 의하여 아래의 [식 3]에 따라 산정되는 것을 일 특징으로 할 수 있다. The dynamic displacement in the step (C) can be characterized in accordance with the following equation (3) by the proposed equation of the Newmark displacement simple equation: Ambraseys and Menu.
[식 3][Formula 3]
Dn :변위(cm)Dn: Displacement (cm)
t : 변위의 오차범위(정규분포의 신뢰수준에 따라 99%의 신뢰도인 경우, t=2.33)t: error range of displacement (t = 2.33 for 99% confidence level depending on confidence level of normal distribution)
ay/amax :임계가속도비a y / a max : critical acceleration ratio
ay :임계가속도a y : Critical acceleration
amax :최대가속도
a max : Maximum acceleration
이는 Newmark(1965)의 변위해석방법에 의한 것인데, [참고도 13] 및 [참고도 14]와 같이 Newmark 활동블록이론에 기초한 지진시 사면의 변위를 산정하는 간편해석 방법이다. Newmark 블록이론에서 파괴가 예상되는 토체는 [참고도 13]과 같이 하나의 블록으로 간주하게 되는데, 이 블록을 강체로 가정하고 블록이 움직이기 시작하는 가속도를 항복가속도라 한다. [참고도 14]는 Newmark 변위해석을 이용하여 변위를 구하는 개념도이며, 그림에서 보듯이 항복가속도를 넘는 부분에 대해 두 번 적분하여 누적된 값을 변위 값으로 계산한다. This is based on the displacement analysis method of Newmark (1965). As shown in [Reference 13] and [Reference Figure 14], it is a simple analysis method for calculating the slope displacement at the time of earthquake based on the Newmark activity block theory. In the Newmark block theory, the torsion that is expected to be destroyed is considered as one block as shown in [Reference Figure 13]. Assuming that the block is a rigid body, the acceleration at which the block begins to move is called the yield acceleration. [Reference Figure 14] is a conceptual diagram for calculating displacement using Newmark displacement analysis. As shown in the figure, the displacement integral value is integrated twice for the portion exceeding the yield acceleration.
Newmark 방법은 활동블록을 강체로 가정하기 때문에 블록 내에서 지진파의 감쇠효과를 고려하지 못하며 진동에 따른 지반의 강도변화를 고려할 수 없고 항복가속도를 일정하게 해석하는 한계를 가지고 있다. 그러나 실제 사례를 통한 검증 결과 지진시 사면의 변위를 비교적 잘 예측할 수 있는 것으로 알려져 있다. Newmark가 제안한 간편 경험식은 미해군 시설공병단의 설계편람인 NAVFAC-DM-7.1(Navy, 1982)에 채택되어 있는데, [수학식 3]과 같다. Since the Newmark method assumes the active block as a rigid body, it can not consider the damping effect of the seismic wave in the block and can not consider the ground strength change due to the vibration and has a limit to interpret the yield acceleration constantly. However, it is known that the verification through actual case can predict the displacement of the slope relatively well during the earthquake. The simple experience model proposed by Newmark is adopted in NAVFAC-DM-7.1 (Navy, 1982), a design manual of the US Naval Facilities Engineer, as shown in Equation (3).
여기서 
이때 Newmark은 지표에서 일어날 수 있는 최대 지진 크기를 극단적으로 표현하기 위해 최대 지반가속도 값을 0.5g, 최대 지반속도는 76/s를 사용하였기 때문에 보수적인 결과를 제시한다. 이후 여러 연구자들은 계측된 지진기록을 적용하여 활동블록이론을 기초로 하는 영구변위 경험식을 제안하였다( Ambraseys and Menu, 1988; Jibson, 2007)At this time, Newmark presents a conservative result because it uses the maximum ground acceleration value of 0.5g and the maximum ground velocity of 76 / s to extreme express the maximum earthquake size that can occur in the surface. Several researchers have proposed a permanent displacement-based empirical equation based on the activity block theory by applying the measured earthquake records (Ambraseys and Menu, 1988; Jibson, 2007)
[참고도 13]
[Reference Figure 13]
(a) 활동블록이론 Sliding block representation of Newmark displacement model (Kramer, 1996)(a) Activity block theory Sliding block representation of Newmark displacement model (Kramer, 1996)
[참고도 14][Reference Figure 14]
Development of permanent slope displacements for actual earthquake ground motion(After Wilson and Keefer, 1983) Concept of Newmark sliding block analysis
Development of permanent slope displacements for actual earthquake ground motions (After Wilson and Keefer, 1983)
이 중에서 Ambraseys and Menu(1988)는 규모 6.6~7.2의 50여개 강진 기록으로부터 사면변위에 영향을 주는 인자들을 분석하였다. 분석 결과, 사면의 변위는 임계가속도비(
Among them, Ambraseys and Menu (1988) analyzed the factors affecting slope displacement from 50 strong earthquake records of 6.6 ~ 7.2 scale. As a result of the analysis,
또한 상기 (C)단계의 동적안전율은 아래의 [식 4]에 따라 산정되는 것을 일 특징으로 할 수 있다. The dynamic safety factor of the step (C) may be calculated according to the following equation (4).
[식 4][Formula 4]
FS : 동적안전율FS: dynamic safety factor
c : 점착력c: Adhesion
W : 토체의 자중W: Tocheon's weight
α: 사면경사각α: Slope inclination angle
Ø : 내부마찰각Ø: Internal friction angle
γω: 물의 단위중량γ ω : unit weight of water
S : 포화도S: Saturation
h : 표층의 두께h: Thickness of surface layer
κα : 기하학적 증폭계수κ α : geometric amplification factor
무한사면이 지표면과 평행한 평면 활동면을 따라 활동을 일으키는 경우, 유사정적해석방법은 [참고도 15]에서 나타난 바와 같이 일반적인 정적사면해석방법에 지진에 의한 영향을 지진계수를 지표면에 평행한 방향에 적용시켜 해석한다. 이때, 지진계수 
여기서, FS는 사면 동적안전율, c는 점착력, 
[참고도 15][Reference Figure 15]
AnalysisAnalysis
ofof
stabilitystability
ofof
infiniteinfinite
slopesslopes
현재 지진시 사면안정해석에 있어 내진설계에 적용하는 기준안전율은 1.1로 알려져 있다(MLTMA, 2011). 또한 국내 내진설계기준에 의하면, 유사정적해석시 적용하는 지진계수를 지표면 최대수평가속도의 50%로 적용하도록 되어 있으나(한국토지주택공사, 1992) 본 발명에서는 지진계수에 기하하적 증폭계수를 넣어 계산하여 그 정밀성을 높이고 있다.
The standard safety factor for the seismic stability analysis in the present earthquake is 1.1 (MLTMA, 2011). In addition, according to the domestic seismic design standard, the seismic coefficient applied in the pseudo-static analysis is applied to 50% of the maximum horizontal acceleration (Korea Land Corporation, 1992). In the present invention, And the precision thereof is increased.
이하에서는 본 발명에 의하여 특정 지역을 대상으로 한 실시예를 설명하고자 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
본 발명에서는 지진시 산사태 재해도 작성시, 사면높이 자료가 충분한 정밀도를 갖고 있는 국토지리정보원의 1:5000 수치지도 12도엽를 활용하였다. [참고도 16]에서 보여주고 있는 경사도는 본 연구에서 지진시 산사태 재해도 작성을 위한 대상지역에 대한 각각 수치지도의 표고점과 등고선을 이용하여 계산한 사면경사각을 나타내고 있고 있으며, [표 3]은 연구대상지역의 경사도 분포율을 나타내고 있다. 7개의 시추공 자료를 바탕으로 구한 연구대상지역의 토사의 내부마찰각은 35로 나타났다. 본 연구에서는 토층의 Dunham 공식(Dunham, 1954)을 이용하여 점착력은 10kPa으로 추정하였으며, 토층의 포화도는 보수적인 평가를 위해 지진과 강우가 동시에 오는 경우를 가정하여 100%로 가정하였다.In the present invention, when creating a landslide hazard map during an earthquake, a 12: 1 map of 1: 5000 digital map of the National Geographic Information Service, which has sufficient accuracy of slope height data, was used. The slope shown in [Fig. 16] shows slope inclination angles calculated using the elevation and contour lines of each numerical map for the target area for landslide disaster in the earthquake in this study. [Table 3] And the slope distribution ratio of the study area. Based on the seven borehole data, the internal friction angle of the soil was 35. The Dunham formula (Dunham, 1954) was used to estimate the cohesion of the soil and the soil saturation was assumed to be 100% assuming that the earthquake and rainfall occurred at the same time for conservative evaluation.
[참고도 16][Reference Figure 16]
[표 3][Table 3]
[참고도 16]는 서울과 경기의 125개 시추공에서 조사된 경사도와 토층두께의 상관관계를 나타내고 있다. 지진시 산사태 재해도 작성에 있어 연구대상지역의 전 영역에 대하여 수치지도상에서 경사각은 도출할 수 있으나, 토층두께 자료에 대한 획득이 불가능하기 때문에, 상기 실시예에서는 서울과 경기지역의 경사도와 토층두께의 상관관계를 통하여 연구대상지역의 토층두께를 예측하였다. 또한, 상기 실시예에서 예측한 [참고도 16]의 경사도와 토층두께와의 상관관계에 대한 신뢰성을 확인하기 위하여 [표 4]와 [참고도 1]에 나타난 바와 같이 미국 유타주의 사면안정성 평가를 수행하였을 때 활용한 자료를 비교하였다(Eblen, 1995). [Reference Fig. 16] shows the correlation between the slope and the soil layer thickness measured at 125 boreholes in Seoul and Gyeonggi. In the case of landslide disaster at the time of an earthquake, it is possible to derive the inclination angle on the digital map for the entire area of the study area. However, since it is not possible to obtain the soil layer thickness data, The soil layer thickness of the study area was predicted through the correlation of In addition, in order to confirm the reliability of the correlation between the inclination of
이 경우 [표 4]와 [참고도 1]을 보면 본 연구에서 제안한 경사도와 토층두께의 상관관계와 미국 유타주의 데이터가 전체적인 경향성이 유사한 것으로 나타났다. 그러나 경사도와 토층두께의 관계는 데이터의 분산도가 크기 때문에, 추후 더 많은 데이터 확보를 통해 보완할 필요가 있을 것으로 판단된다. [참고도 1] 및 [참고도 17]의의 경사도와 토층두께의 상관관계를 이용하여 예측된 연구대상지역의 토층두께를 나타내고 있으며, [참고도 17]의 토층두께는 사면의 정적안전율 및 유사 정적에 의한 동적안전율을 구하는데 사용된다.In this case, [Table 4] and [Reference Fig. 1] show that the correlation between slope and soil layer thickness proposed in this study and the data of Utah, USA are similar. However, since the relationship between the slope and the soil layer thickness is large, the data needs to be supplemented by securing more data. The soil layer thicknesses in the study area predicted using the correlation between the slope and the soil layer thickness in [Reference 1] and [Reference Figure 17] are shown, and the soil layer thickness in [Reference Figure 17] Is used to obtain the dynamic safety factor.
[표 4][Table 4]
[참고도 17][Reference Figure 17]
지진시 산사태 동적변위를 구하기 위해서 필요한 임계가속도는 사면안정해석을 통해 사면의 정적안전율이 1.0이 되는 가속도계수 값을 구하여 결정하고, 최대지반가속도는 사면의 기하학적 증폭특성을 고려한 해석을 통해 계산한다. 산사면의 기하학적 특성을 고려하여 전단파 속도가 200m/s와 내부마찰각 35 일 때 도출한 증폭계수는 [표 5]와 같다. 본 연구에서 재해도 작성에 있어 증폭계수 활용 시 [참고도 1]의 사면경사각의 토층두께의 상관관계를 고려하여 사면경사각이 20°미만에서는 토층두께 4m의 증폭계수를, 사면경사각이 20-30°에서의 토층두께 3m의 증폭계수를, 사면경사각이 30°이상에는 토층두께 2m를 사용하였다. 이를 이용하여 동적안전율 계산에 필요한 지진계수와 동적변위를 구하기 위해 필요한 임계가속도를 도출할 수 있다.The critical acceleration required to obtain the landslide dynamic displacement at the time of an earthquake is determined by determining the accelerometer number at which the slope stability factor is 1.0 through the slope stability analysis and the maximum ground acceleration is calculated by considering the geometric amplification characteristics of the slope. Considering the geometrical characteristics of the slope, the amplification factors derived from the shear wave velocity of 200 m / s and the internal friction angle of 35 are shown in Table 5. In this study, considering the correlation of the soil layer thickness of the slope angle of slope angle [reference figure 1] when using the amplification factor, the amplification factor of the soil layer thickness of 4 m is considered to be 20 ~ 30 And the soil layer thickness of 2 m was used for slope inclination angle of 30 ° or more. This can be used to derive the critical acceleration required to obtain the seismic coefficients and dynamic displacements required for dynamic safety factor calculations.
[표 5][Table 5]
Ⅳ. (D)단계IV. (D) Step
(D)단계는 상기 동적변위 또는 동적안전율에 따라 지진시의 산사태 발생지역에 대한 재해도를 생성하는 단계이다.
(D) is a step of generating a degree of disaster for a landslide occurrence area during an earthquake according to the dynamic displacement or dynamic safety factor.
본 발명의 재해도의 생성을 위하여 GIS 기반 시스템의 구축이 가능한 바, 본 발명에서는 수집된 수치지도로부터 지형레이어정보 및 경사도DEM정보를 생성하는 입력모듈, 조사대상지역에서 DEM(Digital Elevation Modeling) 기반의 산사태 위험도를 분석하는 산사태 예측모듈, 상기 입력모듈 및 산사태 예측모듈로부터 수신한 정보로 구축된 분석정보DB(database) 및 재해도 출력모듈이 구비된 GIS(Geographic Information System)가 구축되어 있으며, 상기 입력모듈은 수치지도의 등고선 또는 표고점을 추출하여 지형레이어정보를 생성하고, 상기 지형레이어정보에 경사도 분석이 수행된 경사도DEM정보를 생성하여 상기 지형레이어정보와 경사도DEM정보를 상기 분석정보DB에 저장하고, 상기 산사태 예측모듈은 제1항의 (A)단계 수행을 위하여 상기 분석정보DB로부터 조사대상지점에 대한 경사도DEM정보를 추출한 후 제1항의 (B)단계 및 (C)단계를 수행하여 동적변위 또는 동적안전율을 포함하는 DEM기반 산사태예측정보를 생성하여 상기 분석정보DB에 저장하고, 상기 재해도 출력모듈은 제1항의 (D)단계의 수행을 위하여 상기 분석정보DB로부터 현시하고자 하는 조사대상지점의 지형레이어정보 및 DEM기반 산사태예측정보를 추출하여 해당 조사대상지점의 재해도를 생성하는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출시스템을 함께 제공한다.
In the present invention, an input module for generating the terrain layer information and the gradient DEM information from the collected digital map, a digital elevation modeling (DEM) A GIS (Geographic Information System) including an analysis information DB and a disaster level output module constructed from information received from the input module and the landslide prediction module are constructed, The input module extracts contour lines or elevation points of the digital map to generate the terrain layer information, generates the tilt DEM information on which the tilt analysis is performed, and stores the terrain layer information and the tilt DEM information in the analysis information DB , And the landslide prediction module is configured to perform the landslide prediction from the analysis information DB for performing the step (A) The DEM information is extracted and then DEM-based landslide prediction information including the dynamic displacement or dynamic safety factor is generated and stored in the analysis information DB by performing steps (B) and (C) The module extracts the terrain layer information of the survey target point and the DEM-based landslide prediction information to be displayed from the analysis information DB to perform the step (D) And a system for deriving landslide hazards during an earthquake considering geometric amplification factors.
또한 본 발명에서 상기 입력모듈은, 상기 분석정보DB에서 추출한 수치지도로부터 지형레이어정보를 생성한 후 상기 지형레이어정보로부터 3D-TIN(triangular irregular networks)변환을 거쳐 지형TIN정보를 생성하고, 상기 지형TIN정보를 래스터(Raster)변환하여 지형래스터(Raster)정보를 생성한 후 상기 지형래스터정보로부터 DBF파일변환을 수행하여 경사도DEM정보를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도 도출시스템을 함께 제공한다.
Further, in the present invention, the input module generates the terrain TIN information from the digital map extracted from the analysis information DB, and then generates the terrain TIN information through the 3D-TIN (triangular irregular networks) transformation from the terrain layer information, Wherein the terrain raster information is generated by raster transforming TIN information and then converted into DBF file from the terrain raster information to generate tilt DEM information. The geostationary landslide disaster considering geometric amplification factor It also provides a derivation system.
지진시 산사태 재해도는 GIS 기법을 이용하여 작성할 수 있는데 이 방법은 실제 지도상에 구체적인 값을 표시함으로써 이해하기 쉬운 결과를 제공할 수 있다. 특히, DEM(Digital Elevation Model)은 지형 분석의 기본이 되는 자료로 산사태 위험도 작성에 있어 가장 중요한 데이터의 하나로 활용되고 있다. 본 연구에서는 산사태 위험도 작성을 위한 DEM을 생성하기 위하여 국토지리정보원에서 제공한 수치지도를 활용할 수 있으며, ESRI사에서 개발한 ArcGIS Desktop 10.2 프로그램을 사용하여 산사태 재해도를 작성하게 된다.
In case of earthquakes, landslide accidents can be created using GIS technique. This method can provide easy-to-understand results by displaying concrete values on actual maps. Especially, DEM (Digital Elevation Model) is used as one of the most important data in the preparation of landslide risk. In this study, a numerical map provided by the National Geographic Information Institute can be used to generate a DEM for creating a landslide risk, and a landslide disaster chart is created using the ArcGIS Desktop 10.2 program developed by ESRI.
특히 대단위 면적의 지진 산사태 재해도를 체계적으로 작성 및 관리하기 위해서는 시스템 프로그램 개발이 필수적이다. 이와 같은 지진 산사태 예측 방법을 연계하여 자동화된 시스템 알고리즘 개발과 사용자의 편의성을 고려한 시스템 프로그램을 개발함으로써, 전국단위의 또는 주요 행정구역별로 지진 산사태 재해도를 지진발생과 동시에 평가할 있도록 GIS기반의 지진시 산사태 예측 시스템을 개발하고자 한다.Especially, it is essential to develop a system program in order to systematically create and manage large-scale earthquake landslide disaster. In order to evaluate the earthquake landslide disaster at the national level or major administrative districts simultaneously with the earthquake occurrence by developing automated system algorithm and user's convenience, We want to develop a landslide prediction system.
개발 프로그램은 GIS를 기반의 지진시 산사태 재해도 평가 방법을 기초로 수치지도 정보 및 경험적 토층두께 정보를 입력할 수 있는 기능과 내부적인 평가 알고리즘을 통해 입력정보를 통한 지형 DEM(표고, 경사도 등)와 산사태 재해 DEM(동적 변위, 동적 안전율)을 연산할 수 있는 공간분석 기능, 그리고 최종적으로 지도상에 대상지역의 재해도를 2차원 지도 형태로 가시화할 수 있는 기능을 필요로 한다. 이와 같은 기능들은 단일 모듈로써 개발되며, DB 서버를 기준으로 하위 모듈을 통한 입력 및 분석결과 정보가 통합될 수 있도록 개발하는 것이 바람직하다.
The development program is based on the GIS-based earthquake disaster assessment method, and it has a function to input the digital map information and the empirical soil layer thickness information, and the terrain DEM (elevation, slope, etc.) , A spatial analysis function capable of calculating dynamic landslide disaster DEM (Dynamic Displacement, Dynamic Safety Rate), and finally, the ability to visualize the disaster level of a target area in a map on a map. It is desirable to develop such functions as a single module and to integrate the input and analysis result information through the lower module based on the DB server.
이를 위하여 본 발명에서는 크게 분석정보DB(database, 데이터베이스)를 중심으로 입력 모듈, 산사태 예측 모듈, 재해도 출력 모듈로 구성된 시스템을 제공한다. To this end, the present invention mainly provides a system composed of an input module, a landslide prediction module, and a disaster level output module centered on an analysis information database (database).
[도 6]는 본 발명에서 GIS 기반으로 지진시 산사태 재해도를 도출하는 시스템의 대략적인 도식도이다. 이하에서는 이를 참고하여 본 발명의 시스템에 대하여 구체적으로 살펴본다.
6 is a schematic diagram of a system for deriving landslide hazards during an earthquake based on GIS in the present invention. Hereinafter, the system of the present invention will be described in detail with reference to these.
상기 입력모듈은 수치지도의 등고선 또는 표고점을 추출하여 지형레이어정보를 생성하고, 상기 지형레이어정보에 경사도 분석이 수행된 경사도DEM정보를 생성하여 상기 지형레이어정보와 경사도DEM정보를 상기 분석정보DB에 저장하게 된다.The input module extracts contour lines or elevation points of the digital map to generate the terrain layer information, generates the tilt DEM information on which the tilt analysis is performed, and transmits the terrain layer information and the tilt DEM information to the analysis information DB .
이를 위하여 구체적으로 상기 입력모듈은 수치지도의 지형레이어정보와 ArcGIS Desktop를 통해 연산된 Raster 파일 형태의 DEM 파일을 입력하게 된다. 이는 상기 지형레이어정보에 경사도 분석이 수행되어 경사도DEM정보를 생성하여 입력되게 되는데, 이 때 입력된 정보는 표준화된 형태의 데이터베이스 필드정보로 변환된다.
Specifically, the input module inputs the terrain layer information of the digital map and the DEM file of the Raster file calculated through the ArcGIS Desktop. The inclination degree analysis is performed on the terrain layer information to generate the slope DEM information, and the inputted information is converted into standardized database field information.
분석정보DB를 위한 서버는 Microsoft사의 SQL Database를 기반으로 수치지도 정보를 활용한 연산이 용이하도록 ESRI사의 ArcGIS Geodatabase를 이용하여 구축된다. The server for the analytical information database is built using ESRI's ArcGIS Geodatabase to facilitate the calculation using digital map information based on Microsoft's SQL Database.
상기 산사태 예측모듈은 제1항의 (A)단계 수행을 위하여 상기 분석정보DB로부터 조사대상지점에 대한 경사도DEM정보를 추출한 후 제1항의 (B)단계 및 (C)단계를 수행하여 동적변위 또는 동적안전율을 포함하는 DEM기반 산사태예측정보를 생성하여 상기 분석정보DB에 저장하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 산사태 예측모듈은 상기 본 발명의 지진시 산사태 재해도 도출방법에서 제시한 산사태 위험도 작성 방법에 근거하여 DEM별로 최대가속도, 임계가속도, 동적안전율, Newmark 동적변위를 결정할 수 있다.
The landslide prediction module extracts the slope DEM information for the survey target point from the analysis information DB for performing step (A) of the first step, and then performs the steps (B) and (C) And generates the DEM-based landslide prediction information including the safety factor and stores the information in the analysis information DB. That is, the landslide prediction module can determine the maximum acceleration, the critical acceleration, the dynamic safety factor, and the Newmark dynamic displacement for each DEM based on the landslide risk creation method presented in the method of deriving the landslide disaster at the time of the earthquake of the present invention.
재해도 출력모듈은 DEM을 기반으로 연산된 지진 산사태의 등가정적 안전율, 즉 동적안전율과 동적변위 결과를 2차원 분포도 형태로 지도상에 가시화하는 기능을 수행한다. 상기 재해도 출력모듈은 제1항의 (D)단계의 수행을 위하여 상기 분석정보DB로부터 현시하고자 하는 조사대상지점의 지형레이어정보 및 DEM기반 산사태예측정보를 추출하여 해당 조사대상지점의 재해도를 생성함으로써 기하학적 증폭계수를 고려하여 더욱 정밀하게 지진시 산사태 재해도의 도출하는 시스템을 완성한다.
The disaster level output module performs the function of visualizing the equivalent static safety rate of the earthquake landslide calculated based on the DEM, that is, the dynamic safety factor and the dynamic displacement result in the form of a two-dimensional map. The disaster degree output module extracts terrain layer information and DEM-based landslide prediction information to be displayed from the analysis information DB to perform the step (D) , The system to derive the landslide disaster at the time of earthquake is completed more precisely considering the geometric amplification factor.
본 발명의 시스템의 개발을 위한 프로그램은 Microsoft사의 Visual Basic.NET을 기반으로 공간좌표를 활용한 DEM 연산이 가능하도록 ArcGIS Developer tool을 활용하여 개발할 수 있는데, 소방방재청 등의 지진재해대응시스템과 연계함으로써, 전국단위의 지진 산사태 위험도에 대해서는 2km×2km의 DEM의 재해도를 작성하고, 일부 주요 산지에 대해서는 세분화된 영역으로 즉각적인 재해도를 가시화할 수 있도록 설계할 수 있다. The program for the development of the system of the present invention can be developed by using ArcGIS Developer tool to enable DEM calculation using space coordinates based on Microsoft's Visual Basic.NET. It can be linked with earthquake disaster response systems such as the National Emergency Management Agency , The risk of earthquake landslides in the whole country can be designed to create a disaster map of 2 km × 2 km of DEM and to visualize the immediate disaster as a subdivided area for some major mountain areas.
또한 상기 입력모듈은, 상기 분석정보DB에서 추출한 수치지도로부터 지형레이어정보를 생성한 후 상기 지형레이어정보로부터 3D TIN을 거쳐 지형TIN정보를 생성하고, 상기 지형TIN정보를 Raster변환하여 지형Raster정보를 생성하고, 상기 지형Raster정보로부터 DBF파일변환을 수행하여 경사도DEM정보를 생성하여 상기 경사도DEM정보를 생성할 수 있다.
Also, the input module may generate the terrain layer information from the digital map extracted from the analysis information DB, generate the terrain TIN information from the terrain layer information through the 3D TIN, convert the terrain TIN information by Raster transformation, And DBF file conversion is performed from the terrain Raster information to generate the gradient DEM information to generate the gradient DEM information.
상기 입력모듈은 상기 분석정보DB에서 추출한 수치지도로부터 지형레이어정보를 생성한 후 상기 지형레이어정보로부터 3D-TIN(triangular irregular networks)변환을 하게 되는데, 이는 2차원의 경사, 표고도, 등고선 등이 포함된 지형레이어정보를 3차원 입체형상으로 변환하는 과정에서 삼각뿔 지형변형으로 모델링하는 것을 의미한다. 3D-TIN변환을 거쳐 지형TIN정보가 생성되면, 상기 지형TIN정보를 래스터(Raster)변환하여 지형래스터(Raster)정보를 생성하게 되는데, 이는 격자형태의 3차원 입체형상으로서 수치정보의 컨트롤이 가능한 DEM의 초기모델링에 해당한다. 이를 프로그램의 확장자 중 하나인 DBF로 DBF파일변환을 수행하여 경사도DEM정보를 생성하도록 구성될 수 있다.The input module generates the terrain layer information from the numerical map extracted from the analysis information DB, and then performs 3D-TIN (triangular irregular networks) conversion from the terrain layer information. This is because the two-dimensional tilt, elevation, This means modeling with the triangular pyramidal deformations in the process of converting the included terrain layer information into the three-dimensional solid shape. When the terrain TIN information is generated through the 3D-TIN conversion, the terrain TIN information is raster-transformed to generate terrain raster information. This is a three-dimensional three-dimensional shape in the form of a lattice, This corresponds to the initial modeling of the DEM. It can be configured to convert the DBF file into DBF, which is one of the programs' extensions, to generate the gradient DEM information.
이렇게 생성된 경사도DEM정보를 분석정보DB에 저장하였다가 상기 산사태 예측모듈이 동적안전율(등가정적안전율) 또는 동적변위를 산출하는 기초자료로 이용되도록 할 수 있다. The generated slope DEM information is stored in the analysis information DB so that the landslide prediction module can be used as a basic data for calculating dynamic safety factor (equivalent static safety factor) or dynamic displacement.
[참고도 18][Reference Figure 18]
지진시 산사태 재해도 평가의 프로그램 알고리즘
Program Algorithm for Assessing Landslide Hazards during Earthquakes
[참고도 18]은 ArcGIS의 공간분석 tool을 활용한 프로그램 알고리즘이며, 크게 DEM구축을 위한 GIS 공간분석 알고리즘과 재해도 평가 알고리즘으로 구분할 있다. GIS 공간분석 알고리즘은 대상영역의 dxf파일 형태의 1:5,000 수치지도를 통해 지형레이어(레이어 코드 7)를 선별적으로 추출한다. 이때 ArcGIS 플랫폼에서 활요할 수 있도록 shape파일 형태로 변환하여 저장할 수 있다. 지형 레이어를 바탕으로 표고모델의 지형모사에 적합한 3D TIN(Triangular irregular networks)을 생성한다. 생성된 TIN을 토대로 Raster 모델을 통해 지표고 정보가 입력된 경사도DEM정보을 구축한다, 이 때 지표고 DEM을 통해 격자간slope을 계산함으로써 경사도DEM정보를 구축한다. 연산된 경사도 DEM정보는 공간좌표 정보를 기반으로 지표고와 경사도 정보를 포함한다.[Reference Figure 18] is a program algorithm using the spatial analysis tool of ArcGIS, and it can be roughly divided into GIS spatial analysis algorithm and disaster evaluation algorithm for DEM construction. The GIS spatial analysis algorithm selectively extracts the terrain layer (layer code 7) through a 1: 5,000 numerical map in the form of a dxf file of the target area. At this time, it can be converted into shape file form so that it can be used in ArcGIS platform. Based on the terrain layer, 3D triangular irregular networks (TIN) suitable for terrain modeling of elevation models are created. Based on the generated TIN, we construct the slope DEM information into which the surface elevation information has been input through the Raster model. At this time, the slope DEM information is constructed by calculating the interstitial slope through the surface elevation DEM. The computed slope DEM information includes the land surface elevation and the inclination information based on the spatial coordinate information.
이 때 지형 DEM을 기준으로 상기 지진시 산사태 재해도 도출방법에 따른 분석평가 알고리즘에 따라 토대로 각 단계별로 계산되는 DEM 정보를 상기 분석정보DB에 일괄적으로 저장 및 관리할 수 있도록 할 수 있다.
At this time, it is possible to collectively store and manage the DEM information calculated for each step on the basis of the analysis evaluation algorithm according to the method of deriving landslide disaster at the time of earthquake based on the terrain DEM.
지진시 산사태 재해도 도출시스템의 분석정보DB는 [참고도 19]와 같이 크게 수치지도 정보, 지진 산사태 위험도 예측 정보로 구분된다. 수치지도 정보는 국토지리정보원 등에서 제공하는 1:5,000 축척의 도엽정보를 반영할 수 있도록 공간위치 정보, 위험도 연산을 위한 지형레이어 정보, 그리고 별도의 분석을 통해 구축된 경사도DEM 정보와 같은 DEM 정보로 분류하여 설계할 수 있다. 지진 산사태 위험도 예측 정보는 지형레이어 또는 경사도DEM 정보를 통해 연산된 지표고 정보, 사면 경사도 정보, 토층 두께, 최대지반가속도(최대가속도), 등가정적 안전율(동적 안전율), Newmark 변위 등을 포함할 수 있다. The analysis DB of the system for deriving the landslide disaster at the time of an earthquake is divided into the digital map information and the earthquake landslide risk prediction information as shown in [Reference 19]. The digital map information includes spatial location information, topographic layer information for risk calculation, and gradient information, which is constructed by separate analysis, to reflect the 1: 5,000 scale map information provided by the National Geographic Information Service. Can be classified and designed. The prediction information of the earthquake landslide risk may include the elevation information calculated from the terrain layer or slope DEM information, slope inclination information, soil layer thickness, maximum ground acceleration (maximum acceleration), equivalent static safety factor (dynamic safety factor) have.
[참고도 19][Reference Figure 19]
지진시 산사태 재해도 도출 시스템의 분석정보DB 구성
Analysis DB of the system for deriving landslide disaster at the time of earthquake
또한 이를 위해 공간 및 형상 정보를 효과적으로 데이터베이스에 반영할 수 있는 Geodatabase(GDB) 설계 기준을 기반으로 지하공간 정보 DB를 설계할 수 있는데, GDB 체계는 관계형 데이터베이스(RDBMS)에 공간, 형상 및 관련 속성정보를 저장하며, 형상 클래스는 독립적인 형태 또는 공간 관계를 모델링하는 형상 데이터셋(dataset)내에서 그룹화가 가능하다. 또한 동일한 좌표체계를 가지는 형상 클래스일 경우, 형상 데이터셋이라고 하는 형상 클래스의 집합 형태도 쉽게 그룹화가 가능하다. 프로그램 GDB의 개괄적 구조는 크게 일반정보, 지형레이어 정보, DEM 정보, 기반 맵 정보로 구분할 수 있다. ESRI사의 Geodatabase 형식을 사용하는 ArcSDE 서버 기술을 적용하기 위해, 공간 타입 클래스를 저장하도록 설계하였으며 2차원 또는 3차원 공간상 지형레이어 정보는 라인형(Line)으로, DEM 정보는 raster로, 기반 맵 정보는 다각형(Polygon)으로 분류하여 저장되도록 설계할 수 있다. For this purpose, the underground space information DB can be designed based on the Geodatabase (GDB) design criteria, which can effectively reflect the spatial and geometry information in the database. The GDB schema can be applied to the relational database (RDBMS) , And shape classes can be grouped within shape datasets that model independent shapes or spatial relationships. Also, in the case of a shape class having the same coordinate system, the shape type of the shape class called a shape data set can be easily grouped. Program The general structure of GDB can be divided into general information, terrain layer information, DEM information, and base map information. In order to apply ArcSDE server technology using ESRI's Geodatabase format, it is designed to store a spatial type class. In 2D or 3D spatial terrain layer information, a line type, a DEM information, a raster, Can be designed to be stored as polygons.
분석정보DB는 크게 수치지도 정보(T_Digital_map)와 지진산사태 위험도 예측 정보(T_Landslid_Risk)로 분류할 수 있으며, 수치지도 정보의 경우 지역별로 시기에 따른 기반 맵의 성격을 반영하여 분석할 수 있도록 재해도 구축 시기와 그에 따른 수치지도 파일이 입력될 수 있도록 하였다. 이 때 수치지도와 기타 관련 첨부파일은 Filestream을 기반으로 1:5,000의 고해상도 수치지도 정보를 최대한 저장할 수 있도록 하였다. 지진산사태 위험 예측 정보는 DEM의 격자별로 지형, 분석결과를 입력과 분석과정 전반에 걸쳐 저장할 수 있도록 구성할 수 있다.
The analysis information DB can be categorized into digital map information (T_Digital_map) and earthquake landslide risk prediction information (T_Landslid_Risk). In the case of digital map information, disaster is constructed so as to reflect the characteristics of the base map according to the time Time and the corresponding numerical map file can be inputted. At this time, the digital map and other related attachments are able to store maximum 1: 5,000 high resolution digital map information based on Filestream. The earthquake risk prediction information can be constructed so that the terrain and analysis results for each lattice of the DEM can be stored throughout the input and analysis process.
시스템 개발 개요에 따라 [참고도 20]과 같이 프로그램 사용자 인터페이스를 설계할 수 있는데, 입력되는 수치지도 정보와 위험도 평가 결과 정보를 재해도 지도창을 통해 가시화 할 수 있으며, 가시화된 정보는 좌측의 레이어 리스트 창에 출력된다. 또한 입력 모듈과 위험도 평가 모듈을 통합 관리할 수 있는 메뉴를 구성하였으며, 가시화되는 레이어의 확대, 축소, 이동 등의 기능을 지원하는 가시화 도구를 함께 설계할 수 있다.According to the system development outline, the program user interface can be designed as shown in [Reference Figure 20]. The input numerical map information and the risk evaluation result information can be visualized through the disaster map window, and the visualized information is displayed on the left layer It is displayed in the list window. In addition, a menu for integrated management of the input module and the risk assessment module is constructed, and a visualization tool supporting the functions of enlarging, reducing, and moving the visible layer can be designed together.
[참고도 20][Reference Figure 20]
본 발명에 의하여 GIS 기반의 재해도가 도출된 실시예는 [참고도 21] 내지 [참고도 24]와 같다.The embodiment in which the GIS-based disaster level is derived according to the present invention is as shown in [Reference Figure 21] to [Reference Figure 24].
[참고도 21]은 본 발명에 의해 도출한 정적안전율 및 3가지의 지진가속도 크기(0.14g, 0.22g, 0.30g)에 대한 동적안전율 위험도를 나타내고 있는데, 본 발명에 의하여 특정 조사대상지역의 지진시 산사태 재해도를 도출하였을 때 동적안전율은 지진가속도가 증가할수록 전체적으로 동적안전율이 감소함을 확인할 수 있다.[Reference Figure 21] shows the dynamic safety factor risk for the static safety factor and the three earthquake acceleration magnitudes (0.14 g, 0.22 g, and 0.30 g) derived by the present invention. According to the present invention, When the earthquake disaster risk is derived, the dynamic safety rate decreases as the earthquake acceleration increases.
[참고도 22]에서 나타난 바와 같이 지진가속도가 증가할수록 동적안전율이 1.1이하인 불안전한 지역이 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 지진가속도가 0.30g 이상일 경우 동적안전율이 1.1이하인 지역이 약 76%에 이르는 것으로 나타났으며, 가속도 수준이 0.14g에서 0.30g로 2.1배 증가함에 따라 안전율이 1.1이하로 불안전한 지역이 2.2배 증가하였다. 또한 정적인 조건에 비해서는 가속도 수준이 0.14g, 0.22g, 0.30g로 지진하중이 가해질 경우 불안전한 지역이 각각 9.5배, 7.3배, 4.3배로 증가하였다.As shown in [Fig. 22], it can be seen that as the earthquake acceleration increases, the insecure area with a dynamic safety factor of 1.1 or less increases sharply. Especially, when the earthquake acceleration is over 0.30g, the dynamic safety factor is 1.1% or less, and the acceleration rate is 2.14 times higher than 0.14g. Respectively. Compared to the static conditions, the acceleration levels were 0.14g, 0.22g, and 0.30g, respectively, and the unsupported areas increased 9.5 times, 7.3 times, and 4.3 times, respectively.
현재 내진설계기준에 의하면 1등급 붕괴방지 수준의 경우 기반암 최대가속도가 0.154g이므로, 0.14g의 결과에 의하면 약 35% 이상의 지역이 불안전한 것으로 나타났다. 그러나, 본 연구의 경우 연구대상지역의 점착력, 포화도 등 지반물성치를 매우 보수적으로 가정하였기 때문에, [참고도 21] (d)에서 볼 수 있듯이 정적안전율이 1.1이하인 지역이 나타나 실제 현상과는 달리 보수적인 결과를 보여주었으며, 동적안전율 결과도 마찬가지로 1.1이하인 지역이 비교적 많은 것으로 나타났다. 따라서 보다 정확한 지진시 산사태 재해도 작성을 위해서는 연구대상지역에 대한 정확한 지반조사자료 및 지반물성의 확보가 우선적으로 선행되어야 한다. According to the current seismic design criteria, the maximum acceleration of the bedrock is 0.154g in the case of the 1st level collapse prevention level, and 0.14g of the result shows that more than 35% of the area is unsafe. However, in this study, since the soil properties such as cohesion and saturation of the study area are assumed to be very conservative, as shown in [Figure 21] (d), areas with a static safety factor of 1.1 or less appear, , And dynamic safety factor results were also relatively high in regions with 1.1 or less. Therefore, in order to make landslide disaster in a more accurate earthquake, accurate ground survey data and physical properties of the ground should be prioritized.
[참고도 23]은 지진가속도가 0.14g인 경우에 기하하적 증폭특성을 고려한 위험도 결과(Case 1)와 국내 토목구조물 내진설계지침(한국토지주택공사, 1992)을 통해 도출된 매우 조밀한 토사지반(Case 2)과 보통암 지반(Case 3)의 증폭계수를 활용한 재해도 결과를 나타내고 있다. 해석대상지역의 전단파속도 자료가 불충분하여, 상부 30m 평균 전단파속도를 이용한 지반분류에서 해석대상부지가 해당될 수 있는 지반조건을 매우 조밀한 토사지반(SC)과 보통암 지반(SB) 두 가지로 가정하여 증폭계수를 산정하고 유사정적해석을 수행하였다.[Refer to Fig. 23] shows the results of the risky case (Case 1) considering the geostrophic amplification characteristics and the highly dense soil derived from the Korea Institute of Constructional Earthquake Engineering Design (1992) The accidents using the amplification factors of the case 2 and the case 3 are also shown. In the ground classification using the upper 30 m average shear wave velocity, the ground conditions for the site to be analyzed are classified into very dense soil (S C ) and normal rock ground (S B ) Assuming the branching, the amplification factor was estimated and the similar static analysis was performed.
[참고도 24]는 세가지 증폭계수에 대한 연구대상지역의 안전율 분포를 보여주고 있다. [참고도 24]에서 나타난 바와 같이 기존의 내진설계지침으로 도출된 증폭계수를 적용하였을 경우 기하학적 증폭특성을 고려한 재해도보다 안전율이 낮게 평가되는 것을 확인할 수 있다. 이는 사면의 기하학적 특성을 고려하여 도출된 증폭계수의 경우 [표 5]에서 나타난 바와 같이 기존 지침에서 도출된 증폭계수보다 크기 때문인 것으로 판단된다. 따라서, 합리적인 지진시 산사태 위험도 작성을 위해서는 사면의 기하학적 증폭특성을 고려한 증폭계수의 적용이 필수적일 것으로 판단된다.
[Reference Figure 24] shows the safety factor distribution of the study area for the three amplification factors. As shown in [Reference Figure 24], when the amplification factor derived from the existing seismic design guideline is applied, it can be seen that the safety factor is evaluated to be lower than that of the disaster considering the geometric amplification characteristic. This is because the amplification factor derived from the geometric characteristics of the slope is larger than the amplification factor derived from the existing guidelines as shown in [Table 5]. Therefore, it is considered that the application of the amplification factor in consideration of the geometric amplification characteristics of the slope is considered to be necessary for creating a risk of landslide during a reasonable earthquake.
[참고도 21][Reference Figure 21]
[참고도 22][Reference Figure 22]
[참고도 23][Reference Figure 23]
[참고도 24][Reference Figure 24]
[참고도 25][Reference Figure 25]
[참고도 26][Reference Figure 26]
[참고도 25] 및 [참고도 26]에서 나타난 바와 같이 동적변위는 지진가속도가 증가할수록 전체적으로 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 경사가 높은 산지 중앙부에서 동적변위가 150mm를 초과하는 위험지역의 분포 또한 증가하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 지진가속도가 0.30g 이상일 경우 지진시 사면 변위가 150mm 이상으로 매우 불안전한 지역이 약 6.4%에 이르는 것으로 나타났으며, 가속도 수준이 0.14g에서 0.30g로 2.1배 증가함에 따라 변위가 150mm 이상으로 매우 불안전한 지역이 2.6배 증가하였다.
As shown in [Reference Figure 25] and [Reference Figure 26], it can be seen that the dynamic displacement increases as the seismic acceleration increases, and the distribution of the dangerous area where the dynamic displacement exceeds 150 mm is also increased . In particular, when the earthquake acceleration is above 0.30 g, the slope displacement is 150 mm or more at the time of the earthquake, and 6.4% is highly unsafe. As the acceleration level increases 2.1 times from 0.14 g to 0.30 g, And 2.6 times higher in highly insecure areas.
결국 본 발명에 의해 작성한 재해도에 따르면 지진가속도가 약 2.1배 증가함에 따라 연구 대상지역의 동적안전율이 1.1이하인 지역은 2.2배로 증가하였으며, 특히 정적인 조건에 비해서는 0.14g의 지진가속도가 가해졌을 경우에 비해 4.3배 이상 증가하는 것으로 나타났다. 또한 동적변위가 150mm 이상으로 매우 불안전한 지역의 분포는 지진가속도가 약 2.1배 증가함에 따라 2.6배로 크게 증가하였다. 이는 기존 내진설계지침에서 도출된 증폭계수를 활용하였을 경우 동적안전율은 기하학적 증폭계수를 고려한 위험도보다 낮게 평가되는 것을 확인할 수 있는 바, 사면의 지진 안정성 평가시 기하학적 증폭특성을 고려한 증폭계수를 적용하는 것이 정밀한 지진시 산사태 재해도의 도출에 효과적이다.
As a result, according to the disaster chart prepared by the present invention, the earthquake acceleration of 2.14 times increased to 2.2 times in the region where the dynamic safety factor of the study area was 1.1 or less, And 4.3 times more than the case. Also, the distribution of highly insecure areas with dynamic displacement exceeding 150mm increased 2.6 times as the earthquake acceleration increased 2.1 times. It can be confirmed that the dynamic safety factor is evaluated to be lower than the risk considering the geometric amplification factor when the amplification factor derived from the existing earthquake design guidelines is used. Therefore, it is necessary to apply the amplification factor considering the geometric amplification characteristics It is effective in deriving landslide disaster level in precise earthquake.
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이전 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims are intended to cover such modifications and changes as fall within the true scope of the present invention.
해당없음Not applicable
Claims (9)
(B) 상기 수치지도의 각 조사대상지점에서 지진파의 임계가속도를 산출하고, 기하학적 증폭계수를 이용하여 지진파의 최대가속도를 산출하는 단계;
(C) 상기 임계가속도 또는 최대가속도를 이용하여 동적변위를 뉴마크(Newmark) 변위간편식에 의해 도출하거나 동적안전율을 유사정적해석을 통하여 도출하는 단계; 및
(D) 상기 동적변위 또는 동적안전율에 따라 지진시의 산사태 발생지역에 대한 재해도를 도출하는 단계;
를 포함하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법.
(A) collecting a digital map including an area to be surveyed;
(B) calculating a critical acceleration of a seismic wave at each survey target point of the digital map, and calculating a maximum acceleration of the seismic wave using a geometric amplification factor;
(C) deriving the dynamic displacement by the Newmark displacement simple formula using the critical acceleration or the maximum acceleration or deriving the dynamic safety factor through pseudo-static analysis; And
(D) deriving a degree of disaster for a landslide occurrence area during an earthquake according to the dynamic displacement or dynamic safety factor;
A method for deriving the landslide disaster level during an earthquake considering the geometric amplification factor.
상기 (B)단계의 임계가속도는,
(B1-1) 상기 수치지도로부터 조사대상지점의 높이 및 사면경사를 도출하여 토층두께를 산출하되, 토층두께 확인이 어려운 경우에는 하기 [조건 1]의 경사도 및 토층두께의 상관관계에 따라 토층두께를 가정하여 계산하는 단계;
(B1-2) 상기 토층두께로부터 정적안전율을 도출하는 단계; 및
(B1-3) 상기 정적안전율이 1.0이 되는 지진계수값을 임계가속도로 도출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법.
[조건 1]
경사도가 20°미만이 경우의 토층두께 : 4m
경사도가 20°이상 30°미만이 경우의 토층두께 : 3m
경사도가 30°이상인 경우의 토층두께 : 2m
The method of claim 1,
The critical acceleration of the step (B)
(B1-1) The soil layer thickness is calculated by deriving the height and slope inclination of the survey target point from the numerical map, and when it is difficult to confirm the soil layer thickness, the soil layer thickness ; ≪ / RTI >
(B1-2) deriving a static safety factor from the soil layer thickness; And
(B1-3) deriving an earthquake coefficient value having the static safety factor of 1.0 as the critical acceleration;
The method comprising the steps of: (a) determining a geometric amplification factor of the landslide;
[Condition 1]
Soil thickness when the slope is less than 20 °: 4 m
Soil thickness when the slope is more than 20 ° and less than 30 °: 3m
Soil thickness when the slope is 30 ° or more: 2m
상기 (B)단계의 최대가속도는,
(B2-1) 상기 수치지도의 하나 이상의 조사대상지점에서의 SPT-N값 를 통해 전단파속도와 내부마찰각을 산정하는 단계;
(B2-2) 상기 조사대상지점의 토층두께를 확인하여 기하학적 증폭계수를 도출하되, 토층두께 확인이 어려운 경우에는 하기 [조건 1]의 경사도 및 토층두께의 상관관계에 따라 토층두께를 가정하여 증폭계수를 도출하는 단계; 및
(B2-3) 상기 기하학적 증폭계수와 상기 조사대상지점의 기반암가속도를 곱하여 최대가속도를 도출하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법.
[조건 1]
경사도가 20°미만이 경우의 토층두께 : 4m
경사도가 20°이상 30°미만이 경우의 토층두께 : 3m
경사도가 30°이상인 경우의 토층두께 : 2m
The method of claim 1,
The maximum acceleration of step (B)
(B2-1) the SPT-N value at one or more survey target points of the numerical map Calculating a shear wave velocity and an internal friction angle;
(B2-2) Obtain the geometrical amplification factor by checking the soil layer thickness at the site to be surveyed. If it is difficult to confirm the soil layer thickness, it is assumed that the soil layer thickness is assumed based on the correlation between the slope and the soil layer thickness in [Condition 1] Deriving a coefficient; And
(B2-3) deriving the maximum acceleration by multiplying the geometric amplification factor by the bedrock acceleration of the survey target point;
The method comprising the steps of: (a) determining a geometric amplification factor of the earthquake landslide;
[Condition 1]
Soil thickness when the slope is less than 20 °: 4 m
Soil thickness when the slope is more than 20 ° and less than 30 °: 3m
Soil thickness when the slope is 30 ° or more: 2m
상기 B2-2단계에서,
상기 기하학적 증폭계수는 하기 [식 1]에 의하여 도출되는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법.
[식 1]
AF : 기하학적 증폭계수
TS : 토층의 고유주기(4H/Vs, m)
PGA :입력지진파의 최대지반가속도(g)
4. The method of claim 3,
In the step B2-2,
Wherein the geometric amplification factor is derived by Equation (1) below: < EMI ID = 1.0 >
[Formula 1]
AF: geometric amplification factor
T S : Natural period of the soil layer (4H / V s, m)
PGA: maximum ground acceleration of input seismic wave (g)
상기 B2-2단계에서,
상기 기하학적 증폭계수는 하기 [식 2]에 의하여 도출되는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법.
[식 2]
AF : 기하학적 증폭계수
TS : 토층의 고유주기(4H/Vs, m)
PGA :입력지진파의 최대지반가속도(g)
Tm : 입력지진파의 평균주기(sec)
4. The method of claim 3,
In the step B2-2,
Wherein the geometric amplification factor is derived by Equation (2) below: < EMI ID = 2.0 >
[Formula 2]
AF: geometric amplification factor
T S : Natural period of the soil layer (4H / V s, m)
PGA: maximum ground acceleration of input seismic wave (g)
T m : average period of input seismic waves (sec)
상기 (C)단계의 동적변위는,
하기 [식 3]에 따라 산정되는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법.
[식 3]
Dn :변위(cm)
t : 변위의 오차범위
ay/amax :임계가속도비The method of claim 1,
The dynamic displacement of step (C)
The method of deriving the landslide hazards during an earthquake taking into consideration the geometric amplification factor, which is calculated in accordance with the following equation [3].
[Formula 3]
Dn: Displacement (cm)
t: error range of displacement
a y / a max : critical acceleration ratio
상기 (C)단계의 동적안전율은,
에 의하여 하기 [식 4]에 따라 산정되는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출방법.
[식 4]
FS : 동적안전율
c : 점착력
W : 토체의 자중
α: 사면경사각
Φ : 내부마찰각
γω: 물의 단위중량
S : 포화도
h : 표층의 두께
κα : 기하학적 증폭계수The method of claim 1,
The dynamic safety factor of the step (C)
Wherein the earthquake disaster map is calculated according to the following equation (4).
[Formula 4]
FS: dynamic safety factor
c: Adhesion
W: Tocheon's weight
α: Slope inclination angle
Φ: Internal friction angle
γ ω : unit weight of water
S: Saturation
h: Thickness of surface layer
κ α : geometric amplification factor
상기 입력모듈은 수치지도의 등고선 또는 표고점을 추출하여 지형레이어정보를 생성하고, 상기 지형레이어정보에 경사도 분석이 수행된 경사도DEM정보를 생성하여 상기 지형레이어정보와 경사도DEM정보를 상기 분석정보DB에 저장하고,
상기 산사태 예측모듈은 제1항의 (A)단계 수행을 위하여 상기 분석정보DB로부터 조사대상지점에 대한 경사도DEM정보를 추출한 후 제1항의 (B)단계 및 (C)단계를 수행하여 동적변위 또는 동적안전율을 포함하는 DEM기반 산사태예측정보를 생성하여 상기 분석정보DB에 저장하고,
상기 재해도 출력모듈은 제1항의 (D)단계의 수행을 위하여 상기 분석정보DB로부터 현시하고자 하는 조사대상지점의 지형레이어정보 및 DEM기반 산사태예측정보를 추출하여 해당 조사대상지점의 재해도를 생성하는 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도의 도출시스템.
An input module for generating the terrain layer information and the tilt DEM information from the collected digital map, a landslide prediction module for analyzing the landslide risk based on DEM (Digital Elevation Modeling) in the survey area, information received from the input module and the landslide prediction module A GIS (Geographic Information System) equipped with an analysis information DB (database) and a disaster level output module is constructed.
The input module extracts contour lines or elevation points of the digital map to generate the terrain layer information, generates the tilt DEM information on which the tilt analysis is performed, and transmits the terrain layer information and the tilt DEM information to the analysis information DB Store,
The landslide prediction module extracts the slope DEM information for the survey target point from the analysis information DB for performing the step (A) of the first aspect, and then performs the steps (B) and (C) DEM-based landslide prediction information including the safety factor is generated and stored in the analysis information DB,
The disaster degree output module extracts the terrain layer information and the DEM-based landslide prediction information of the survey target point to be displayed from the analysis information DB to perform the step (D) The system of deriving the landslide hazard in case of earthquake considering the geometric amplification factor.
상기 입력모듈은,
상기 분석정보DB에서 추출한 수치지도로부터 지형레이어정보를 생성한 후 상기 지형레이어정보로부터 3D-TIN(triangular irregular networks)변환을 거쳐 지형TIN정보를 생성하고, 상기 지형TIN정보를 래스터(Raster)변환하여 지형래스터(Raster)정보를 생성한 후 상기 지형래스터정보로부터 DBF파일변환을 수행하여 경사도DEM정보를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기하학적 증폭계수를 고려한 지진시 산사태 재해도 도출시스템.
9. The method of claim 8,
Wherein the input module comprises:
Generates terrain layer information from a digital map extracted from the analysis information DB, generates terrain TIN information from the terrain layer information through triangular irregular networks (3D-TIN) transformation, rasterizes the terrain TIN information Wherein the system is configured to generate the terrain raster information and then convert the DBF file from the terrain raster information to generate the tilt DEM information, wherein the terrain raster information is generated.
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