Abstract: Surface topography has a significant influence on seismic wave propagation in a reflection seismic exploration. Effects of surface topography on two-dimensional elastic wave propagation are investigated through modeling using a weighted-averaging (WA) finite-element method (FEM), which is computationally more efficient than conventional FEM. Effects of air layer on wave propagation are also investigated using flat surface models with and without air. To validate our scheme in modeling including topography, we compare WA FEM results for irregular topographic models against those derived from conventional FEM using one set of rectangular elements. For the irregular surface topography models, elastic wave propagation is simulated to show that breaks in slope act as a new source for diffracted waves, and that Rayleigh waves are more seriously distorted by surface topography than P-waves.
Infrasound signals associated with the 29 May 2004 offshore Uljin earthquake (Mw 5.1) were recorded at infrasound arrays of CHNAR (epicentral distance of 321 km) and TJNAR (256 km). Back-azimuths, indicating the directions to source locations, varied more than 28° broadly for the long-lasting signals over several minutes. From the analysis of the back-projecting location method and attenuation correction for infrasound propagation, the infrasound waves were to be generated by the interaction (diffraction) between seismic waves and topography in an area of ~4,600 ㎢ connecting the Samcheok-Uljin-Pohang regions. The maximum sound source pressure (BSP) was estimated to be 11.1 Pa. This result was consistent with the peak sound pressure (PSP) calculated by the Rayleigh integral approximation to the peak ground acceleration (PGA) dataset. In addition, the minimum PGA that was detectable at the two arrays was estimated to be ~3.0 cm s-2. Although the earthquake occurred offshore, diffracted infrasound signals were effectively generated by ground motions when seismic surface waves passed through high-topographic regions in the eastern Korean Peninsula. The relationship between infrasound source pressure and PGA can be applicable to characterize the ground motions in areas with insufficient seismological observatories.
On and near the 23-m high earthen Cheongcheon dam in Boryeong City, Korea, short seismic refraction and surface-wave profiles were conducted using a 5-kg sledgehammer. From vertical and horizontal components of the seismic waves, near-surface P-wave velocities (${\nu}_p$) and S-wave velocities (${\nu}_s$) were derived by inverting first-arrival refraction times and dispersion curves of Rayleigh waves. Average ${\nu}_p$ and ${\nu}_s$ for the Jurassic sedimentary basement were determined to be 1650 and 950 m/s at a depth of 30 m directly beneath the dam and 1650 m/s and 940 m/s at a depth of 10 m at the toe of the dam, respectively. The dynamic Poisson's ratio for these strata were therefore in the range of 0.24 to 0.25, which is consistent with ratios for consolidated sedimentary strata. Near a 45-m borehole 152 m downstream from the dam crest, an SH tomogram indicates a refraction boundary with an average ${\nu}_s$ of 870 m/s at depths of 10 ~ 12 m. At this site, the overburden comprises the upper layer with relatively constant ${\nu}_p$ and ${\nu}_s$ around 500 and 200 m/s, respectively, and the lower layer in which both ${\nu}_p$ and ${\nu}_s$ increase with depth almost linearly. The dynamic Poisson's ratios for the overburden were in the range of 0.30 to 0.43.
Kim, Dae-Ho;Ahn, Jae-Woo;Park, Sung-Gun;Jun, Seock-Hee;Oh, Yeong-Tae
Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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v.1
no.4
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pp.239-251
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2015
In this study, a spectral fatigue analysis was performed for the topside structure of an offshore floating vessel. The topside structure was idealized using beam elements in the SACS program. The fatigue analysis was carried out considering the wave and wind loads separately. For the wave-induced fatigue damage calculation, motion RAOs calculated from a direct wave load analysis and regular waves with different periods and unit wave heights were utilized. Then, the member end force transfer functions were generated covering all the loading conditions. Stress response transfer functions at each joint were produced using the specified SCFs and member end force transfer functions. fatigue damages were calculated using the obtained stress ranges, S-N curve, wave spectrum, heading probability of each loading condition, and their corresponding occurrences in the wave scatter diagrams. For the wind induced fatigue damage calculation, a dynamic wind spectral fatigue analysis was performed. First, a dynamic natural frequency analysis was performed to generate the structural dynamic characteristics, including the eigenvalues (natural frequencies), eigenvectors (mode shapes), and mass matrix. To adequately represent the dynamic characteristic of the structure, the number of modes was appropriately determined in the lateral direction. Second, a wind spectral fatigue analysis was performed using the mode shapes and mass data obtained from the previous results. In this analysis, the Weibull distribution of the wind speed occurrence, occurrence probability in each direction, damping coefficient, S-N curves, and SCF of each joint were defined and used. In particular, the wind fatigue damages were calculated under the assumption that the stress ranges followed a Rayleigh distribution. The total fatigue damages were calculated from the combination with wind and wave fatigue damages according to the DNV rule.
We have used the microtremor method, with arrays of up to 96 m diameter, to carry out non-invasive estimation of shear-wave velocity profiles to a depth of 30 to 50 m in unconsolidated Quaternary Yarra Delta sediments. Two silt units (Coode Island Silt, and Fishermans Bend Silt) dominate our interpretation; the method yields shear velocities for these units with precision of $5\%$, and differentiates between the former, softer unit ($V_s$=130 m/sec) and the latter, firmer unit ($V_s$=235 m/sec). Below these silts, the method resolves a firm unit correlating with known gravels ($V_s$ 500 to 650 m/sec). Using surface traverses with the single-station H/V spectral ratio method, we show that the variation in thickness of the softer silt can be mapped rapidly but only qualitatively. The complexity of the geological section requires that array methods be used when quantitative shear-wave velocity profiles are desired.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2023.05a
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pp.223-223
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2023
토양수분은 지표면과 지하 영역 사이에 존재하는 수분 및 열에너지의 분배를 제어하거나, 토양 영양분, 식물 성장 및 미생물 활동과 같은 다양한 환경 과정에 영향을 미치는 핵심 구성요소이다. 토양수분은 생태수문학 및 생지화학적 역학, 저수지 관리, 가뭄 및 홍수의 경고, 토양 수분 변화에 따른 작물 수확량 등을 이해하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 따라서, 토양 수분의 정확한 측정은 필수적이며, 이러한 필요성에 따라 중력 측정법, 장력 측정법, 전기 저항법 및 시간-주파수 영역반사측정법 등의 다양한 측정 방법들이 다년간 개발되어 사용되었다. 다만, 앞선 방법들은 철저한 실험을 통해 높은 정확성을 확보하였지만, 토양 교란이 발생하는 단점이 존재하며 실험 현장 토양의 물리적, 생물학적, 그리고 화학적 특성의 보존은 매우 어려운 한계점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 단점을 극복하기 위해, 본 연구에서는 레일리파를 이용한 비접촉식 비교란 토양수분 센서 개발을 목표로 한다. 모래, 실트, 점토와 같은 세 가지 특징적인 토양 유형에 따른 파동을 측정하고, 측정된 파동으로부터 토양 수분을 추정하기 위해 기존에 개발된 시간-주파수 방법을 활용하여 토양수분을 함께 측정하였다. 비접촉 파동신호를 토양수분으로 변환하기 위하여, fully convolutional network을 개발하였다. 개발한 모델의 결과 검증은 RMSE(Root Mean Square Error)를 활용하여 검증하였으며, 모래, 실트, 점토에서 각각 0.0131, 0.0021, 0.0034 m3 m-3으로 상대적으로 높은 정확성을 보였다. 즉, 본 연구에서 제시한 누출 레일리파를 사용한 비교란-비접촉 토양수분 측정 방법으로, 토양을 교란하지 않고 토양수분을 측정 할 수 있는 높은 가능성을 제시하였다.
Orientation corrections for Korean seismic stations were calculated by using ambient noise cross-correlation. This method uses Rayleigh waves extracted from ambient noise cross-correlation instead of teleseismic waveforms from earthquakes, which have been generally used for previous studies. The theoretical background of the method is that the phase of radial-vertical cross-correlation function should be the same as that of $90^{\circ}$ phase-shifted vertical-vertical cross-correlation function. The results calculated from stacked cross-correlograms from Jan. 2007 to Sep. 2008 are comparable to the previous results obtained from teleseismic waveforms. In addition, overall the standard deviations of orientation corrections are less than $5^{\circ}$. The temporal variation in orientation corrections calculated for every 30 days shows no significant change and also standard deviations of them are mostly less than $5^{\circ}$. This means that the orientations of stations used in this study have been kept constant during the period. The sensitivity test for stacking period of the ambient noise cross-correlation method shows that continuous ambient noise record of at least about 30 days is required for estimating reliable orientation corrections.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.55
no.1
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pp.29-38
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2019
In order to investigate the behavioral characteristics of Pacific cod (Gadus macrocephalus) released at the entrance of Jinhae Bay, Korea, the direction and range of movement, swimming speed of the fish were measured with an acoustic telemetry techniques in winter, 2015. Three wild Pacific codes WC1 to WC3 (total length 66.0, 75.0, 76.0 cm; body weight 2.84, 2.79, 3.47 kg, respectively) were tagged with the acoustic transmitter. WC1 tagged with an acoustic transmitter internally by surgical method, WC2 and WC3, externally with the acoustic data logger and a micro data logger for recording audible sound waves including timer release unit. The movement routes of the tagged fish were measured more than five hours using VR100 receiver and a directional hydrophone. The directionality of the fish movement was tested by Rayleigh's z-Test, the statistical analysis, and a statistical program SPSS. Three tagged fishes were individually released on the sea surface around the entrance to the Jinhae Bay on 10 to 24 January 2015. WC1 moved about 13.32 km with average swimming speed of 0.63 m/s for six hours. The average swimming depth and water depth of the seabed on the route of WC1 were 7.2 and 32.9 m, respectively. The movement range of WC2 and WC3 were 7.95 and 11.06 km, approximately, with average swimming speed of 0.44 and 0.58 m/s for 5.1 and 5.3 hours, respectively. The average swimming depth of WC2 and WC3 were 18.7 and 5.0 m, and the water depth on the route, 34.4 and 29.8 m, respectively. Three fishes WC1 to WC3 were shown significant directionality in the movement (p < 0.05). Movement mean angles of WC1 to WC3 were 77.7, 76.3 and $88.1^{\circ}$, respectively. There was no significant correlation between the movement direction of fish (WC1 and WC2) and the tidal currents during the experimental period (p >= 0.05). Consequently, three tagged fishes were commonly moved toward outside of the entrance and headed for eastward of the Korean Peninsula, approximately, after release. It may estimate positively that the tidal current speed may affect to the swimming speed of the Pacific cod during the spring tide than the neap tide.
The S wave velocity and Q$s^{-1}$ structure of the uppermost part of the soil in Nakdong Delta area have been obtained to determine the characteristics of the forementioned soil. The phase and attenuation coefficients of multichannel seismic records were inverted to obtain the S wave velocity and Q$s^{-1}$ structure of the soil. The inversion results have been compared with the borehole measurements of the area. The seismic signal of the nearest geophone from a seismic source was used as the source signal to obtain the attenuation coefficients. Amplitude ratios of the signal at each geophone to the source signal wave plotted as a function of distance for the frequency range between 10 Hz and 45 Hz. The slope of a linear regression line which fits amplitude ratio-distance relationship best for a given frequency was used as the attenuation coefficients for the frequency. The dispersion curve of Rayleigh waves and the attenuation coefficients were inverted to obtain the S-wave velocity and Q$s^{-1}$, respectively, in the uppermost 8 meter of soil layer. The borehole measurements of the area show that are two distinct layers; the upper 4 meter of silty-sand and the lower 4 meter of silty-clay. The inversion results indicate that the shear wave velocity of the upper layer is 80 m/sec and 40m/sec in the lower silty-clay layer. The spacial resolution of the shear wave velocity structure is very good down to a depth of 8 meter. The Q$s^{-1}$ in the upper silty-sand layer is 0.02 and increase to 0.03 in the lower silty-sand layer. The spacial resolution of quality factor is relatively good down to a depth of 5 meter, but very poor below the depth. In this study, the S-wave velocity is higher in the silty-clay and the Q$s^{-1}$ is smaller silty-sand than in the silty-clay. However, much more data should be analyzed and accumulated before making any generalization on the shear wave velocity and Q$s^{-1}$ of the sediments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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