오늘 알아볼 주제는, 지진에 의한 땅의 액화현상

'지진 액상화'임.

지진이란 지구 내부의 에너지가 지표 밖으로 나와 땅이 갈라지는 현상으로 수많은 재해와 사상자를 낳는 자연 재해중 하나임.

하지만 지진 발생시, 땅이 갈라지는 등 지진에 의한 직접적인 피해 외에도 땅의 액화로 인한 2차적인 피해가 발생하기도 함.

즉, '지진이 발생한다 → 지진 에너지에 의해 땅이 액화한다 → 땅의 액화로 인한 지표면의 인공물이 대거 파괴됨' 이런 과정을 만들어 냄.

하지만, '지진이 자연재해 중에서 빈번히 일어나는 재해인데, 들어본 적 없음.

게다가 땅이 액화 한다고? XX도 풍년이네' 라며 반기를 들고 싶은 펨코인들도 있을거임.

그래서 자료를 준비했음. 지진이 나면 땅이 액체처럼 변할 수 있다는 사실. 지금부터 파헤쳐 보도록 하자.

액상화는 지반지진공학에서 가장 중요하면서 흥미로운 반면, 복잡하고 논쟁의 여지가 남아있는 주제이기도 함.

최초로 액상화가 지반지진공학의 관심을 끌기 시작한 사건은 1964년 발생한 두개의 큰 지진임.

▲ 카톨릭교계의 큰 명절인 수난일(Good Friday)에 미국 Alaska주에서 발생한 지진 (MW = 9.2)

▲ 그 후 3개월의 시차를 두고 일본에서 발생한 니가타 지진 (MS = 7.5) 지진시 액상화에 따른 기초의 지지력 파괴로 아파트가 편히 쉬고있다.

이 두 지진은 사면붕괴, 교량과 건축물의 기초붕괴, 지중 구조물의 부유현상 등 거의 모든 액상화로 인한 피해를 보여주었음.

(두 사건 이후, 수십년 동안 지반공학자들이 액화현상을 해석하려 했지만 아직 완전히 정복되지는 않았음.)

이런 액상화가 발발될 수 있는 요인은 아래와 같이 네 가지로 나뉘어짐.

1. 모래로 포화된 땅에서 지진이 발생할 경우

2. 지하수가 지표와 가까울 경우

3. 진도 5 이상의 지진

4. 과거 액상화 이력이 있는 지역

액상화가 발생할 수 있는 지반은 상당히 제한적이고, 액상화 취약도는 퇴적환경, 수리환경, 그리고 토질의 생성연대에 영향을 받음.

균등한 크기의 입자가 느슨하게 퇴적될 때, 지반의 액상화 취약도는 가장 커지게 됨.

그리고 인공적으로 흙을 쌓은 지역도 취약도가 비교적 높다고 함.

또한 액상화는 지하의 흙, 암석 사이 빈틈을 채운 물들이 과잉(과잉간극수압) 해야만 액상화가 생김.

액상화의 발생은 토질의 초기상태(지진발생시 토질에 미치는 응력과 밀도상태)에 좌우됨.

자갈보다는 모래로 구성된 지질에서 액상화가 일어나기 쉬움.

그러나 위에서 언급된 세가지 기준에 전부 해당되더라도 특정 토질에서 액상화가 100% 발생하지는 않음.

액상화가 발생하려면, 어떤 큰 충격이 발생하여 방아쇠를 당겨줘야 비로소 시작됨.

위와 같은 원인에 의해 액상화가 발생하고, 이것의 과정은 다음과 같이 간단히 정리됨.

지진파에 의해 액화된 모래가 지반의 틈을 통해 지표면 밖으로 흘러 나오는 현상임. (Sims and Garvin, 1995)

그 중에서도 흐름 액상화라는 것이 있음.

흐름 액상화는, 액상화와 관련된 피해 중 가장 피해가 큰, 흐름 파괴(flow failure)를 유발함.

▲흐름 액상화의 흐름 파괴 발생 사진. 도로가 찢겨나간 것처럼 파괴되어 있음.

흐름 액상화가 진행되면 큰 변형이 발생하고 상당히 빨리 이동하며 먼 거리까지 이동한다고 함.

미국에서 1925년 발생한 쉐필드 댐과 1971년 발생한 샌 페르란도 댐 붕괴가 대표적인 예.

그리고 흐름 액상화는 지진이 아니더라도 발생할 수 있음.

액상화가 발생하면 주위의 건축물, 교량, 지중 구조물 등이 다양한 모습으로 피해를 입게 됨.

또한 지진으로 인한 지표면의 진동모양을 바꾸어 놓기도 함.

흐름 액상화는 대규모 사면붕괴를 유발하고, 거대 구조물이 기울거나 가라앉기도 한다고...

액상화란 무엇인지, 그리고 액상화 때문에 발생되는 피해를 간략히 정리해봤음.

이에 관련된 복잡한 이론이 제안되어 사용되고 있지만 아직까지 액상화의 완전한 해석은 되지 않은 상태임.

참고 자료 및 사이트

jkyuhan 님의 지식인 답변

blog.naver.com/jauyounghon

www.eeri.org/

http://www.nidp.go.kr

http://www.ce.washington.edu/~liquefaction/html/main.html

http://mptuttle.com/newmadrid3.html

글 번역 및 정리 : dogdrip.net 이과, 에펨코리아 천문

출처 에펨코리아