지난해 11월 15일 포항에서 규모 5.4의 지진이 발생한 이후 온 나라가 술렁거렸다. 분명 2016년 경주 지진 때 보다는 경보와 대응이 훨씬 더 빨라지고 적절해졌으나, 사뭇 다른 광범위한 피해사례로 모두가 놀랐다. 연일 뉴스를 통해 각종 피해사례들이 보도됐는데, 단연 두 가지의 키워드가 가장 많이 언급됐다. 필로티 구조물과 액상화가 그것들이다. 이제 전 국민이 이 두 용어에 대해 잘 알지 않을까 생각한다.
필로티 구조물을 비롯 모 대학교, 모 초등학교, 모 아파트의 외벽 균열, 외장 벽돌 붕괴, 천장제 등의 내장재 파손, 그리고 구조적 손상 등의 피해 사례들이 많은 주목을 끌었다. 이러한 구조물의 피해는 그 구조물의 성능, 인적·재산 손실과 직접적으로 관련이 있기 때문에 그러했을 것이다. 이에 비해 지반 액상화 현상을 제외하고는 각종 지반변형의 사례들이 그렇게 많은 주목을 끌지는 못했다. 여기에서 이번 포항 지진으로 인해 발생한 지반변형들에 대해서 이야기해 보고자 한다.
우선, 이미 많은 주목을 끈 지반 액상화 현상에 대해서 간략하게 언급하고 싶다. 지반 액상화는 포화된 흙이 지진동과 같은 급격한 하중을 받았을 때, 흙 속의 공극수가 미처 빠져나가지 못하고 갇혀 있게 되면서 수압이 증가를 하는 동시에 유효응력이 감소해 지반이 지지력을 상실하게 되는 현상을 일컫는다. 이 때 흙은 물과 섞여 흐를 수 있는 상태(그야말로 액상과 같은 상태)가 되고 상대적으로 약한 위쪽 토층의 균열 사이로 길을 찾아 나오면서 결국 지표면 위로 액상화된 흙이 분출되는 현상이 발생한다. 이를 샌드 볼케이노 현상이라고 하고, 액상화로 인한 여러 현상들 중 하나이다.
포항 지진 때에는 이 샌드 볼케이노 현상이 진앙지 근처의 논에서 많이 발견돼 큰 이슈가 됐었다. 하지만 샌드 볼케이노 자체는 그렇게 큰 피해를 주지는 않는다. 지반 액상화의 다른 결과물로는 지반침하, 측방확산, 산사태 등이 있는데 이러한 현상들이 구조물에 실질적인 피해를 크게 끼칠 수 있다. 실제로 포항 지진으로 인해 건축물 하부에서 지반침하 현상이 발생한 것을 많이 목격할 수 있었다. OO 초등학교에서는 약 20cm의 지반침하를 발견됐고, 다른 많은 건축물들에서도 크고 작은 지반침하를 발견할 수 있었다.
필로티 구조물의 피해로 많이 주목을 받은 모처의 몇 몇 원룸 빌라들은 약 1.5도 가량 기운 곳도 찾을 수 있었다. 이러한 지반 침하 현상이 단순히 연약한 지반의 압밀로 인한 것인지, 액상화의 결과인지는 조금 더 정밀한 조사로 밝혀져야 할 것이다. 어찌되었든, 이러한 곳은 추후에 다른 지진이 비슷한 규모로 발생하게 되면 지반침하가 추가적으로 발생할 수 있으므로 지반침하량을 예측하고 이에 대비할 필요가 있다.
지진으로 인해 기울기가 거의 없는 평지에서 땅이 수평 방향으로 밀려나는 측방확산 현상이 발생할 수 있다. 포항 지진으로 인해 영일만 항구 주변에 이 측방확산 현상이 다수 발견되기도 했다. 기울기가 어느 정도 있는 사면에서는 지진으로 인해 산사태가 발생할 수 있다. 용흥동의 야산에서 발생한 땅밀림 현상이 그 중 하나다.
땅밀림 현상은 땅 덩어리가 한꺼번에 이동하는 현상을 일컫는데, 산사태의 일종이다. 그리고 도로 옆의 사면도 붕괴된 사례가 있다. 사면을 지탱하는 옹벽이 수 cm 정도 밀려나는 현상도 발견됐다. 포항의 경우에는 상대적으로 연약한 경사지가 존재하고, 따라서 완만한 사면에서도 붕괴가 발생할 수 있다. 그리고 지진동으로 인해 약해진 지반은 눈과 비 등의 강수에 의한 산사태 발생에 취약해질 수도 있다. 따라서 경사면 기울기, 지반강도 등을 이용해 사면붕괴 위험지역을 미리 예측하고 적절한 대비를 하는 것이 중요하다.
포항지진으로 인한 발생한 액상화, 지반침하, 측방확산, 사면 및 옹벽 변형 등의 지반변형의 사례들에 대해 살펴보았다. 이러한 지반 변형은 구조물의 피해에 비해 상대적으로 적은 조명을 받고 있으나, 보다 정확한 지진위험도와 피해를 예측하기 위해서는 그 정도를 정확히 예측할 필요가 있다.
김병민 UNIST 도시환경공학부 조교수
<본 칼럼은 2018년 2월 27일 울산매일신문 16면에 ‘[시론 칼럼] 포항지진으로 인한 지반변형’이라는 제목으로 실린 것입니다.>
