107. 탄성파 탐사의 S파 이용

 최근 에너지 문제가 화제로 되고 있는 가운데 석유의 지하매장, LNG 지하탱크를 비롯한 지하구조물의 대형화, 다양화가 진행되어 왔다. 종래의 토질조사에서는 N 치, 점착력, 내부마찰각, 일축압축강도, K 치 압밀에 관한 토질정수를 구하였다.

최근에는 변형문제, 지진문제를 명확히 할 필요가 있어 S파 속도 측정의 중요성이 강조되어 있다. 탄성파 측정에 있어서도 종래는 P파의 굴절법이 주류를 이루었으나 굴절법 대신 천층반사법이 개발되어 실용화되고 있다.

탄성체 중에 전파되는 실체파는 종파와 횡파가 있는데 종파는 P파라고도 하며, 보통 수진기에 먼저 도달하여 비교적 관측이 쉬우므로 이를 사용하여 지질상황을 조사하는 탄성파탐사법이 널리 사용되고 있다.

이 P파의 속도는 지하수의 영향을 받기 쉬우며, 수중의 음속에 가까운 값을 나타내므로 지반조건에 따라서는 탐사정밀도가 저하되어 초기의 목적에 도달하지 않는 경우도 있다.

종파보다 늦게 도달하는 횡파인 S파는 지하수의 영향을 받지 않으므로 정확한 값을 나타낸다. 탄성파탐사의 기진원으로서 지하에서 화약을 폭발시키는 경우가 있는데 문제점은 S파가 항상 선행하는 P파에 의하여 파형이 교란되어 정확한 수진이 곤란하다.

그러나 1970년대에 들어서 S파에 대한 연구가 급속히 진전되어 P파의 발생을 억제하고 S파를 발생시키는 판고법이 연구되었으나 기진력이 작으므로 심부의 S파 측정이 곤란하였다.

그러나 스타킹방식의 참사장치가 개발되어 심부 측정이 가능하게 되었으며, S파 측정에 의한 조사의 주요 특징을 들면 다음과 같다.

① 종래는 충격에너지로 화약을 사용하였으나 S파를 우세하게 하기 위하여 판고법 및 스타킹 장치 또는 시그널 엔한스먼트(signal enhancement) 방식의 탐사장치를 이용하여 S파를 발생시킨다.

② 일반적으로 지표면에 수진기를 설치하고 측정을 하는 경우가 많으나 심부지반의 S파 속도 파악은 인접한 2개 보링공의 한쪽편에서 S파를 발생시키고 다른 한편의 보링공 내 같은 심도에 설치한 수진기에서 측정을 하므로 심도부분으로 확장할 수 있다. 이 방식은 심부지반을 통하여 S파를 직접 관측할 수 있으므로 측정정밀도가 높다.

③ 보링공 내에 케이싱이 삽입되어 있어도 측정이 가능하다.

종래는 정확하게 포착할 수 없었던 S파의 측정으로 P파 자료와 병용하여 대형 구조물의 내진설계 기초자료인 대상지반의 탄성정수를 계산할 수 있다.