KR100455315B1 - Ground investigation method - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 지반 조사방법에 관한 것으로, 조사할 지반의 측선을 설정하는 단계와. 지반의 측선상의 적어도 한 곳에서 표면파를 발생시키는 단계와, 측선상에서 지반을 통해 전달된 표면파 자료를 얻는 단계와, 표면파 자료로부터 표면파의 각 주파수와 위상속도에 대해 에너지를 계산하고, 소정의 주파수에서 최대 에너지를 갖는 위상속도를 추출한 표면파 분산곡선을 얻는 단계와, 표면파 분산곡선을 역산하여 지반의 전단파 속도 단면을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 신뢰성을 향상시키며 용이하게 연속적인 지반상태의 자료를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 지반의 강도를 파악할 수 있다.The present invention relates to a ground surveying method, the method comprising: setting side lines of the ground to be examined; Generating surface waves at at least one location on the sidelines of the ground, obtaining surface wave data transmitted through the ground on the sidelines, calculating energy for each frequency and phase velocity of the surface waves from the surface wave data, and Obtaining a surface wave dispersion curve obtained by extracting a phase velocity having a maximum energy, and obtaining a shear wave velocity cross section of the ground by inverting the surface wave dispersion curve. As a result, it is possible to improve reliability and easily obtain data of continuous ground state, and to grasp the strength of the ground.
Description
본 발명은, 지반 조사방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 표면파를 이용하여 연속적인 지반상태의 자료를 얻을 수 있는 지반 조사방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ground survey method. More particularly, the present invention relates to a ground survey method in which data in a continuous ground state can be obtained using surface waves.
일반적으로 대형 토목공사시 토양이나 암반의 물성을 조사하기 위하여 수행하는 지반조사는 대부분 지반에 시추공을 뚫어 조사하는 시추조사에 의존하고 있는실정이다.In general, ground surveys conducted to investigate the properties of soil or rock during large-scale civil works rely mainly on drilling surveys through drilling holes in the ground.
따라서, 시추조사 결과를 토대로 지반 조사 보고서가 작성되고, 이를 근거로 모든 설계와 시공이 이루어지고 있다.Therefore, a ground survey report is prepared based on the results of drilling surveys, and all designs and constructions are performed based on this.
그런데, 시추조사는 지반에 시추공을 뚫어 지하물질의 특성을 직접 파 봄으로써 지반의 상태를 알아내는 정확성을 가지고 있으나, 그 비용 및 시간이 많이 소요된다.By the way, the drilling investigation has the accuracy of finding the condition of the ground by drilling the borehole in the ground and directly examining the characteristics of the underground material, but the cost and time are high.
또한, 시추조사는 평면상의 한점에서 지하방향의 지반상태 변화를 조사하는 1차원 조사에 국한되기 때문에, 시추공과 시추공 사이의 지반상태에 대해서는 선형적인 연속성을 가정한 자료를 제공한다.Also, since the drilling investigation is limited to one-dimensional investigation that investigates the change of ground state in the underground direction at a point on the plane, it provides data assuming linear continuity for the ground state between the borehole and the borehole.
그런데, 이러한 가정은 지반 물성의 수평적 변화가 심하지 않을 경우 적용이 가능하지만, 그러하지 않은 경우에는 상당히 위험한 가정일 수도 있다.By the way, this assumption can be applied when the horizontal change of the ground property is not severe, but if not, it can be a very dangerous assumption.
따라서, 시추조사는 지반상태에 대해 불연속적인 자료를 얻게 되므로 지반상태를 정확히 파악하기 어려우며, 획득한 자료 또한 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.Therefore, since the drilling investigation obtains discontinuous data on the ground state, it is difficult to accurately identify the ground state, and the obtained data also has a problem in that reliability is degraded.
따라서, 본 발명의 목적은, 지반 조사방법을 개선함으로써, 신뢰성을 향상시키며 용이하게 연속적인 지반상태의 자료를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 지반의 강도를 파악할 수 있는 지반 조사방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a ground investigation method that can improve the reliability and can easily obtain continuous ground data as well as grasp the strength of the ground.
도 1은 본 발명에 따른 지반 조사방법의 절차도이고,1 is a process diagram of a ground investigation method according to the present invention,
도 2는 본 발명의 일실시예로서 복수의 탐사 측선 구간에 대해 다중 채널로서 획득한 표면파 자료를 나타내는 도표이고,FIG. 2 is a diagram illustrating surface wave data obtained as a multi-channel for a plurality of exploration sideline sections according to an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3f는 도 2의 각 탐사 측선 구간에 대해 구한 표면파 분산곡선도이고,3A to 3F are surface wave dispersion curves obtained for each survey sideline section of FIG.
도 4는 도 3a 내지 도 3f의 표면파 분산곡선 자료를 역산하여 구한 지반의 2차원 전단파 속도 단면도이고,4 is a cross-sectional view of a two-dimensional shear wave velocity of ground obtained by inverting the surface wave dispersion curve data of FIGS. 3A to 3F;
도 5는 도 3a 내지 도 3f의 표면파 분산곡선 자료를 역산하여 구한 지반의 해상도이다.5 is the resolution of the ground obtained by inverting the surface wave dispersion curve data of FIGS. 3A to 3F.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 지반 조사방법에 있어서, 조사할지반의 측선을 설정하는 단계와. 상기 지반의 측선상의 적어도 한 곳에서 표면파를 발생시키는 단계와, 상기 측선상에서 지반을 통해 전달된 표면파 자료를 얻는 단계와, 상기 표면파 자료로부터 상기 표면파의 각 주파수와 위상속도에 대해 에너지를 계산하고, 소정의 주파수에서 최대 에너지를 갖는 위상속도를 추출한 표면파 분산곡선을 얻는 단계와, 상기 표면파 분산곡선을 역산하여 지반의 전단파 속도 단면을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반 조사방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the ground survey method, the step of setting the side line of the irradiated paper. Generating surface waves at at least one location on the ground side of the ground, obtaining surface wave data transmitted through the ground on the side line, and calculating energy for each frequency and phase velocity of the surface wave from the surface wave data, And obtaining a surface wave dispersion curve obtained by extracting a phase velocity having a maximum energy at a predetermined frequency, and obtaining a cross section of the ground wave dispersion velocity by inverting the surface wave dispersion curve.
여기서, 음원으로부터 거리가 x인 표면파 신호의 표준화된 FFT(Normalized Fast Fourier Transform)를 F(x,f)／｜F(x,f)｜라 하고, 진폭이 1이고 c의 속도로 전파하는 사인파(sinusoidal wave)가 음원을 출발하여 수진기가 위치하는 점 x에 도달했을 때의 위상을 P(x,c)라고 할 때, 위상속도 c로 전파하는 주파수 f의 표면파가 갖는 에너지 E(w,c)는,Here, a normalized Fast Fourier Transform (FFT) of a surface wave signal having a distance x from a sound source is called F (x, f) / | F (x, f) |, and a sine wave propagating at a speed of c with an amplitude of 1 When (sinusoidal wave) starts the sound source and reaches the point x where the receiver is located, P (x, c), the energy E (w, c) of the surface wave of frequency f propagating at the phase velocity c ),
의 식에 의해서 계산되는 것이 바람직하다.It is preferable to calculate by the formula.
그리고, 상기 표면파 분산곡선을 역산하여 지반의 해상도를 얻는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further include obtaining the resolution of the ground by inverting the surface wave dispersion curve.
또한, 상기 표면파 분산곡선 값으로 이루어진 n개의 데이터 벡터(data vector)를 di라 하고, 층상화한 지층의 전단파 속도를 나타내는 m개의 모델 벡터를 Sj라 고 하며, 전단파 속도와 표면파 분산곡선을 연관시키는 커넬(kernel) 행렬을Gij라고 할 때, 상기 di, Sj, Gij의 관계식은In addition, n data vectors of the surface wave dispersion curve values are referred to as d i , m model vectors representing the shear wave velocity of the layered strata are called S j , and the shear wave velocity and surface wave dispersion curve When the kernel matrix to be associated is G ij , the relation of d i , S j , and G ij is
이고, 여기서 커넬 행렬인 Gij를 분해하면서 역산하여 지반의 전단파 속도단면을 구하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to obtain the shear wave velocity cross section of the ground by inversely decomposing the kernel matrix G ij .
그리고, 상기 지반의 해상도는 상기 커넬 행렬을 분해하면서 역산할 때 상기 커넬 행렬의 요소인 해상도 행렬의 대각선 성분의 값이 1에 가까워지도록 지층의 수와 두께를 조절하며 역산을 진행하여 지반의 전단파 속도 단면을 구하면서 얻어지는 것이 바람직하다.When the ground resolution is inverted while decomposing the kernel matrix, the shear wave velocity of the ground is adjusted by adjusting the number and thickness of the ground layers so that the value of the diagonal component of the resolution matrix, which is an element of the kernel matrix, becomes close to 1. It is preferable to obtain while obtaining a cross section.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 지반 조사방법의 절차도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 지반 조사를 하기 위해서는, 먼저 조사할 지반의 측선을 설정한다(S10). 지반의 측선을 설정할 때, 표면파 음원, 음원과 수진기간의 거리, 자료획득간격, 기록 길이(record length) 등을 결정한다. 여기서, 표면파 음원으로서는 전기모터를 이용한 웨이트 드롭(weight drop) 형태의 현장 조립식 음원을 사용하는 것이 바람직하며, 웨이트 드롭(weight drop) 형태의 현장 조립식 음원 이외에 해머(hammer) 타격, 쇼트 건(shot gun) 등을 사용할 수 있음은 물론이다. 그리고, 수진기는 후술할 표면파 분산곡선의 저주파 대역이 지반의 심부층에 대한 정보를 포함하므로 낮은 주파수를 사용하는 것이 효과적이며, 그 주파수는 대략 4.5Hz인 것이 바람직하다.1 is a procedure of the ground investigation method according to the present invention. As shown in the figure, in order to perform ground irradiation, first, the sidelines of the ground to be irradiated are set (S10). When setting the ground sidelines, the surface wave sound source, the distance between the sound source and the oscillation period, the data acquisition interval, and the record length are determined. Here, as the surface wave sound source, it is preferable to use a field drop type sound source of a weight drop type using an electric motor, and in addition to the weight drop type field type sound source, a hammer hit and a shot gun ) Can be used as a matter of course. Since the low frequency band of the surface wave dispersion curve described later includes information on the deep layer of the ground, it is effective to use a low frequency, and the frequency is preferably about 4.5 Hz.
다음, 지반의 측선상의 적어도 한 곳에서 표면파 음원에 의해 표면파를 발생시키고(S20), 측선상의 각 수진기에서 지반을 통해 전달된 표면파 자료들을 얻는다(S30).Next, the surface wave is generated by the surface wave sound source at at least one position on the side line of the ground (S20), and the surface wave data transmitted through the ground is obtained at each receiver on the side line (S30).
그리고, 각 표면파 자료들로부터 컴퓨터 프로그램을 이용하여 표면파의 각 주파수와 위상속도에 대해 에너지를 계산하고, 소정의 주파수에서 최대 에너지를 갖는 위상속도를 추출한 표면파 분산곡선을 얻는다(S40).Then, energy is calculated for each frequency and phase velocity of the surface wave from the surface wave data using a computer program, and a surface wave dispersion curve obtained by extracting a phase velocity having the maximum energy at a predetermined frequency is obtained (S40).
일반적으로 분산곡선을 구하는 방법에는, 인접한 수진기의 신호를 FFT 처리하여 수진기간의 거리와 두 수진기 사이의 위상차를 이용하여 각 주파수에 대한 위상속도를 구하는 FFT(Fast Fourier Transform) 방법과, 각 수진기에서 수신된 자료, 즉 다중 채널의 자료를 모두 이용하여 다중 채널 신호의 에너지를 주파수와 위상속도의 함수로 나타내어 각 주파수에 대한 위상속도의 에너지 최고값을 찾아내어 그 때의 위상속도를 구하는 방법이 있다.In general, the FFT (Fast Fourier Transform) method, which calculates the phase velocity for each frequency using the distance between the oscillation period and the phase difference between two oscillators by FFT processing signals of adjacent oscillators, and in each oscillator, Using the received data, that is, multi-channel data, the energy of a multi-channel signal can be expressed as a function of frequency and phase speed. .
FFT 방법에 의해 분산곡선을 구하는 경우 1개의 공발점(common shot gather) 모음 자료만을 이용할 경우 FFT에 의한 모드 점핑(mode jumping) 때문에 신뢰할 수 있는 위상속도를 구하기 어렵다. 또한, 저주파 대역에서의 위상속도의 흩어짐(scattering)이 크고, 고차모드와 기본모드가 같이 나타나는 주파수 부근에서도 신뢰도가 높은 위상속도를 자동화된 프로그램으로 구하기 어렵다.When the dispersion curve is obtained by the FFT method, when only one common shot gather data is used, it is difficult to obtain a reliable phase velocity because of mode jumping by the FFT. In addition, it is difficult to obtain a reliable phase velocity with an automated program even in the vicinity of a frequency where the scattering of the phase velocity in the low frequency band is large and the high order mode and the fundamental mode appear together.
따라서, 본 발명에서는 주파수와 위상속도의 함수로 다중 채널 신호에 따른 에너지를 계산하여 정해진 주파수에서 최대의 에너지를 갖는 위상속도를 결정한다.이 때, 각 주파수에 대하여 일정한 위상속도 범위를 정하고 각 주파수의 사인파(sinusoidal wave)가 정해진 위상속도 c로 전파할 때, 표면파 신호와의 상관(correlation)에 의해 만들어지는 모든 채널의 신호를 합하여 에너지를 구한다. 정해진 범위의 주파수와 위상속도의 모든 값에 대한 에너지를 계산한 다음, 각각의 주파수에 대하여 에너지 최고값이 나타나는 위상속도를 찾아낸다. 각 주파수에 대한 에너지 최고값이 나타나는 위상속도의 관계가 분산곡선이 된다. 본 발명에 따라 구한 분산곡선은 공발점 모음 하부의 평균적인 전단파 속도를 나타낸다. 이를 수식을 사용하여 표시하면 음원으로부터 거리가 x인 탄성파, 즉 표면파 신호의 FFT는,Accordingly, in the present invention, the energy of the multi-channel signal is calculated as a function of the frequency and the phase velocity to determine the phase velocity having the maximum energy at a predetermined frequency. In this case, a constant phase velocity range is determined for each frequency and each frequency is determined. When a sinusoidal wave propagates at a given phase velocity c, the energy is summed up by the sum of the signals of all channels produced by correlation with the surface wave signal. Calculate the energy for all values of frequency and phase velocity in the specified range, then find the phase velocity at which the highest energy value appears for each frequency. The relationship between the phase velocity at which the highest energy for each frequency appears is the dispersion curve. The dispersion curve obtained according to the present invention represents the average shear wave velocity below the vowel point collection. If this is expressed using a formula, the FFT of an acoustic wave, that is, a surface wave signal having a distance x from a sound source,
[수식1][Equation 1]
이다. 이것을 표준화(normalize)하면,to be. If you normalize this,
[수식2][Equation 2]
가 되고, 신호의 위상에 관한 정보를 포함한다.And includes information about the phase of the signal.
표면파 신호를 분해하여 정해진 주파수 f가 위상속도(phase velocity) c로 전파하는 상대적 에너지를 구하기 위해 진폭이 1이고 c의 속도로 전파하는 사인파(sinusoidal wave)가 음원을 출발하여 수진기가 위치하는 점 x에 도달했을 때의 위상 P(x,c)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.The point where the oscillator is located by starting the sound source with a sinusoidal wave having an amplitude of 1 and propagating at a speed of c to decompose the surface wave signal to obtain a relative energy propagating at a phase velocity c of a predetermined frequency f. The phase P (x, c) when is reached can be expressed as follows.
[수식3][Equation 3]
여기서,이다.here, to be.
다중 채널 신호의 주파수 f, 위상속도 c에 대한 상대적 에너지를 구하기 위해 지반 조사자료의 위상정보 [수식2]와 [수식3]을 곱하고 모든 채널의 신호를 더해준다.Multiply the phase information [Equation 2] and [Equation 3] of the ground survey data and add the signals of all channels to find the relative energy for the frequency f and the phase velocity c of the multi-channel signal.
따라서, 위상속도 c로 전파하는 주파수 f의 표면파가 갖는 에너지 E(w,c)는,Therefore, the energy E (w, c) of the surface wave of the frequency f propagating at the phase velocity c is
[수식4][Equation 4]
의 식에 의해서 계산된다.Calculated by
그리고, 획득한 표면파 분산곡선을 컴퓨터 프로그램으로 역산하여 지반의 2차원 전단파 속도 단면을 얻어(S50) 지반의 강도를 파악할 수 있게 되고, 또한 획득한 표면파 분산곡선을 마찬가지로 컴퓨터 프로그램으로 역산하여 지반의 해상도를 더 얻는다(S60).In addition, the obtained surface wave dispersion curve is inverted by a computer program to obtain a two-dimensional shear wave velocity cross section of the ground (S50), and the strength of the ground can be grasped. Get more (S60).
지반의 2차원 전단파 속도 단면과 지반의 해상도를 구하기 위해 획득한 표면파 분산곡선을 역산하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.The process of inverting the 2D shear wave velocity cross section of the ground and the surface wave dispersion curve obtained to obtain the resolution of the ground is as follows.
표면파 분산곡선 값으로 이루어진 n개의 데이터 벡터(data vector)를 di라 하고, 층상화한 지층의 전단파 속도를 나타내는 m개의 모델 벡터를 Sj라 고 하며,전단파 속도와 표면파 분산곡선을 연관시키는 커넬(kernel) 행렬을 Gij라고 할 때, 상기 di, Sj, Gij의 관계식은N data vectors consisting of surface wave dispersion curve values are called d i , m model vectors representing the shear wave velocity of layered strata are called S j , and the kernel correlates the shear wave velocity with the surface wave dispersion curve. When the (kernel) matrix is G ij , the relation of d i , S j , and G ij is
[수식5][Equation 5]
이다. 여기서, 커넬 행렬인 Gij를 분해하면서 역산하여 지반의 전단파 속도단면을 구하게 된다. 따라서, 이 역산은 n개의 분산곡선 자료를 가지고, m개의 전단파 속도를 추정하는 과정이다.to be. Here, G ij , which is a kernel matrix, is decomposed to obtain the shear wave velocity cross section of the ground. Therefore, this inversion is a process of estimating m shear wave velocities with n scatter curve data.
그리고, 위의 식을 간단히 표시하면,And if you simply put the above equation,
[수식6][Equation 6]
으로 나타낼 수 있고, 일반화된 역산 과정에 의하면,And according to the generalized inversion process,
G -1d =G -1 Gm G -1 d = G -1 G m
[수식7][Equation 7]
으로G의 역행렬을 찾는 과정이다.This is the process of finding the inverse of G.
G는 고유치 분해(singular value decomposition)에 의해, G is by singular value decomposition,
[수식8][Equation 8]
으로 분해된다. 여기서, V는 모델 스페이스(space)를 스팬(span)하는 벡터로 이루어지고, U는 데이터 스페이스(data space)를 스팬하는 벡터로 이루어진다. 이 때, U0= 0, V0= 0 이면,G -1 G= 1 이고, 역산에 의해 구해진 해는 유일하다. 여기서, V0,U0은 모델과 데이터에 관한 어떠한 정보도 포함하지 않는 널(null)벡터이다. 지반의 해상도는 커넬 행렬을 분해하면서 역산할 때 커넬 행렬의 요소인 해상도 행렬(Vp )의 대각선 성분의 값이 1에 가까워지도록 지층의 수와 두께를 조절하며 역산을 진행하여 지반의 전단파 속도 단면을 구하면서 얻어진다. 그러나, U0, V0가 존재하면 역산에 의해 구해진 해는 mp= Vp m이 되고, Vp 를 해상도 매트릭스(resolution matrix) 라고 하고, 이 매트릭스의 트레이스(trace) 값은 모델 층의 독립된 정도를 나타낸다. 여기서, Vp는 모델 스페이스를 이루는 벡터중 V0을 제외한 벡터이다. 모델 층의 개수가 m일 때, 해상도 매트릭스의 트레이스 값이 m 보다 훨씬 작은 값이 나올 경우, 역산의 해상도는 낮아지게 된다. 그러므로, 해상도 매트릭스의 트레이스 값보다 훨씬 많은 층을 이용하여 역산을 하는 것은 의미가 없고, 그 결과로 실제로는 존재하지 않는 인위적인 속도구조(artifacts) 등이 나타날 수 있다. 또한, Up 는 입력자료의 독립성을나타내며 기본모드와 고차모드의 독립성과 중요성을 판단할 수 있는 근거를 제공한다. 예를 들어, 분산곡선에 관한 자료가 50개가 존재하더라도 Up 매트릭스의 트레이스가 20정도라면 분산곡선 자료의 20여개만이 독립된 자료를 가지고 있고 나머지 자료는 중복적이라는 것을 의미한다.Decompose to Here, V is a vector spanning the model space, and U is a vector spanning the data space. At this time, if U 0 = 0 and V 0 = 0, G- 1 G = 1, and the solution obtained by inversion is unique. Where V 0 and U 0 are null vectors that do not contain any information about the model and data. The resolution of the ground is the resolution matrix (V p) which is an element of the kernel matrix when inverting the kernel matrix. It is obtained by calculating the shear wave velocity cross section of the ground by adjusting the number and thickness of the strata so that the value of the diagonal component of) is close to 1. However, if U 0 and V 0 are present, the solution found by inversion is m p = V p m, and V p Is called a resolution matrix, and the trace values of this matrix represent the independent degrees of the model layer. Here, V p is a vector excluding V 0 among the vectors constituting the model space. When the number of model layers is m, when the value of the trace matrix of the resolution matrix is much smaller than m, the resolution of the inversion becomes low. Therefore, it is meaningless to invert using more layers than trace values of the resolution matrix, resulting in artificial artifacts and the like that do not actually exist. U p Indicates the independence of the input data and provides a basis for judging the independence and importance of the basic mode and the higher order mode. For example, even if there are 50 data on variance curves, U p If the trace of the matrix is about 20, it means that only 20 or so of the scatter curve data are independent and the rest of the data is redundant.
그러므로, 역산 커넬의 해상도 매트릭스와 Up 매트릭스의 트레이스를 확인, 의미있는 모델 층의 개수를 결정하고, 자료의 정보가 중복되지 않게 분산곡선을 획득하는 것이 중요하다.Therefore, the inversion kernel's resolution matrix and U p It is important to check the traces of the matrix, determine the number of meaningful model layers, and obtain variance curves so that the information in the data does not overlap.
한편, 본 발명의 일실시예로서, 음원과 수진기간의 거리는 33 m, 자료획득 간격은 500 micro seconds, 기록 길이(record length)는 1024 milli seconds를 이용하고, 수진기는 4.5Hz 주파수를 사용하며 각 수진기 간격은 0.25 m 로 설치하고하나의 탐사 측선 구간 길이를 5.75 m로 하였을 때, 본 발명의 지반 조사방법에 의해 어느 지역의 6개 탐사 측선 구간에서 얻어진 지반 조사자료에 대해 설명하기로 한다.Meanwhile, as an embodiment of the present invention, the distance between the sound source and the vibration period is 33 m, the data acquisition interval is 500 micro seconds, the record length is 1024 milli seconds, and the receiver uses the frequency of 4.5 Hz. When the oscillator spacing is 0.25 m and the length of one exploration sideline section is 5.75 m, the ground survey data obtained in six exploration side sections of a region by the ground survey method of the present invention will be described.
도 2는 복수의 탐사 측선 구간에 대해 다중 채널로서 획득한 표면파 자료를 나타내는 도표이다. 도시된 바와 같이, 하나의 탐사 측선 구간이 24채널로서 6개의 탐사 측선 구간에서 시간에 따른 각 채널들에서의 표면파의 자료가 도시되어 있다.2 is a diagram showing surface wave data obtained as multiple channels for a plurality of exploration sideline sections. As shown, data of surface waves in each channel over time are shown for one exploration side section with 24 channels in six exploration side sections.
도 3a 내지 도 3f는 도 2의 각 탐사 측선 구간에 대해 구한 표면파 분산곡선도이다. 여기서, 전술한 바와 같이, 4.5Hz 주파수의 수진기를 사용하였으므로,4.5Hz 이상의 주파수(frequency) 대역에서 분산곡선을 살펴보면, 4.5Hz 부근에서 150 m/sec에서 200 m/sec의 위상속도(phase velocity)가 7 내지 8Hz에서 50 m/sec에서 60 m/sec로 감소하는 것을 알 수 있다. 특히, 도 3e의 분산곡선은 나머지 분산곡선과 다른 양상을 보이는 것을 알 수 있다. 여기서, 4.5Hz에서 110 m/sec 정도의 위상속도가 5Hz 이후 곧 50 m/sec 내지 60 m/sec로 급히 감소하는 것을 알 수 있다. 이 위상속도의 차이는 이후 전단파의 2차원 속도 분포에서 도 3e의 측선 하부의 전단파 속도가 인접지역보다 낮다는 것을 나타낸다.3A to 3F are surface wave dispersion curves obtained for the respective survey sideline sections of FIG. 2. Here, as described above, since a 4.5 Hz frequency receiver was used, looking at the dispersion curve in the frequency band of 4.5 Hz or more, a phase velocity of 200 m / sec at 150 m / sec near 4.5 Hz It can be seen that the decrease from 50 m / sec to 60 m / sec at 7 to 8 Hz. In particular, it can be seen that the dispersion curve of FIG. 3E is different from the other dispersion curves. Here, it can be seen that the phase speed of about 110 m / sec at 4.5 Hz rapidly decreases from 50 m / sec to 60 m / sec soon after 5 Hz. This difference in phase velocity indicates that the shear wave velocity below the lateral line in FIG. 3E is lower than the adjacent region in the two-dimensional velocity distribution of the shear wave.
그리고, 도 4는 도 3a 내지 도 3f의 표면파 분산곡선 자료를 역산하여 구한 지반의 2차원 전단파 속도 단면도이고, 도 5는 도 3a 내지 도 3f의 표면파 분산곡선 자료를 역산하여 구한 지반의 해상도이다.4 is a two-dimensional shear wave velocity cross-sectional view of the ground obtained by inverting the surface wave dispersion curve data of FIGS. 3A to 3F, and FIG. 5 is a resolution of the ground obtained by inverting the surface wave dispersion curve data of FIGS. 3A to 3F.
먼저, 도 4의 지반의 2차원 전단파 속도 단면도를 살펴보면, 지표 부근에 전단파 속도 100 내지 200 m/sec의 매립층이 나타나고, 그 하부에 전단파 속도 50 m/sec 이하의 저속도 층이 2 m 정도 나타난다. 저속도 층 하부에서는 전단파 속도가 서서히 증가하여 깊이 7 내지 8 m에서 200 m/sec 이상의 값이 나타난다. 5번째 탐사 측선 구간 하부에는 전단파 속도 100 m/sec에서 200 m/sec의 주변보다 낮은 속도 층이 깊이 10 m 하부까지 나타나는 것을 볼 수 있다.First, referring to the cross-sectional view of the two-dimensional shear wave velocity of the ground of FIG. 4, a buried layer having a shear wave velocity of 100 to 200 m / sec appears near the surface, and a low-speed layer having a shear wave velocity of 50 m / sec or less appears about 2 m below. At the bottom of the low velocity layer, the shear wave velocity increases slowly, with values greater than 200 m / sec at depths of 7 to 8 m. In the lower part of the fifth exploration sideline, a lower velocity layer appears at a depth of 10 m below the periphery of 200 m / sec at a shear wave velocity of 100 m / sec.
한편, 도 5의 지반의 해상도를 살펴보면, 깊이 10 m 까지 대부분의 지역에서 1에 가까운 값이 나타나나 지하 10 m 보다 깊은 곳에서 해상도 값이 급격하게 떨어져 해상도가 나빠지는 것을 나타낸다. 이것은 전단파 속도 200 m/sec 이상의 위상속도에 대한 입력자료가 거의 없었기 때문이다.On the other hand, when looking at the resolution of the ground of Figure 5, the value close to 1 appears in most areas to a depth of 10 m, but indicates that the resolution value is sharply dropped at a depth deeper than 10 m underground. This is because there is little input data for the phase velocity over 200 m / sec.
이로써, 표면파의 역산 결과가 도 4는 깊이 18 m까지의 전단파 속도 단면을 보여주나 도 5의 해상도는 깊이 10 m 아래에서는 급격히 나빠져 0에 가까운 값을 나타낸다. 이것은 역산에 의해 구해진 값이 10 m 아래에서는 전체 깊이의 전단파 속도의 평균이라는 것을 의미한다. 그러므로, 10 m 이하의 전단파 속도 단면을 해석하려는 것은 무의미하다는 것을 알 수 있다.As a result, the inverse result of the surface wave shows the shear wave velocity cross section up to 18 m in depth, but the resolution of FIG. This means that the value obtained by inversion is the average of the shear wave velocity at full depth below 10 m. Therefore, it can be seen that it is pointless to attempt to analyze a shear wave velocity cross section of 10 m or less.
이와 같이, 표면파 자료로부터 표면파의 각 주파수와 위상속도에 대해 에너지를 계산하고, 소정의 주파수에서 최대 에너지를 갖는 위상속도를 추출한 표면파 분산곡선을 얻고, 각 표면파 분산곡선을 역산하여 지반의 전단파 속도 단면을 구하도록 지반 조사방법을 개선함으로써, 신뢰성을 향상시키며 용이하게 연속적인 지반상태의 자료를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 지반의 강도를 파악할 수 있게 된다. 또한, 각 표면파 분산곡선을 역산할 때 지반의 해상도를 획득함으로써, 지반의 강도를 더 확실하게 해석할 수 있게 된다.In this way, the energy is calculated for each frequency and phase velocity of the surface wave from the surface wave data, the surface wave dispersion curve obtained by extracting the phase velocity having the maximum energy at a predetermined frequency is obtained, and the surface wave dispersion curve is inverted to obtain the shear wave velocity cross section of the ground. By improving the ground survey method to obtain the results, it is possible to improve the reliability and to easily obtain the data of the continuous ground state and to understand the strength of the ground. In addition, by obtaining the resolution of the ground when inverting each surface wave dispersion curve, the strength of the ground can be more reliably analyzed.
그리고, 뻘과 같이 연약한 지반에서도 표면파의 발생은 용이하므로, 본 발명에 의해 뻘과 같이 연약한 지반의 전단파 속도 단면을 용이하게 획득할 수 있으며 그 지반의 강도를 구할 수 있음은 물론이다.In addition, since the generation of surface waves is easy even in soft ground such as 뻘, the shear wave velocity cross section of the soft ground as 뻘 can be easily obtained by the present invention, and the strength of the ground can be obtained.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 지반 조사방법을 개선함으로써, 신뢰성을 향상시키며 용이하게 연속적인 지반상태의 자료를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 지반의 강도를 파악할 수 있다.As described above, according to the present invention, by improving the soil irradiation method, it is possible to improve the reliability and to easily obtain the data of the continuous soil state and to grasp the strength of the soil.
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