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문제 정의
- 비록 점하중 시험이 일축 압축강도를 결정하기 위한 간접시 험으로 더 많이 사용이 되 더 라도 그 파괴 양상은 재하점 사이를 연결하는 직 선을 포함한 면에서 인장응력에 의해 파괴된다. 본 연구에서는 퇴적암의 인장강도를 구하기 위하여 압열인장강도와점하중강도(Is(50)) 의 상관성을 비교하고자 한다. 그러나 이 두 시험방법은 하중형태의 차이 이외에도 아래의 2가지 측면에서 시험의 차이가 있다.
- 암석의 탄성 파속도는 암석 의 동적 인 성 질을 파악하기 위해서 실시된다. 그리고 탄성파속도는 암석의 밀도, 공극율, 함수비, 절리 등에 크게 의 존하므로 암석등급 구분 자료로서 많이 사용되고 있다.
- 이에 제반지수를 이용하여 일축압축강도를 평가하기 위하여 일축 압축강도와 제반지수와의 상관성을 회귀분석을 이용해 산정하였다. 이때 암석의 강도와관련된 제반지수들은 시료의 함수비에 크게 영향을 받으므로 각 시험은 일축 압축 시료의 함수비와동일한자연함수비 상태에서 실시하였으며, 이 때의 함수비를 각실험결과에 나타내었다. 그리고 점하중강도 시험과 압열인장 시험은 파괴기구가 인장에 의해 지 배되는 유사성 을 가지고 있으므로, 이 들에 대한 상관성을 비교하여 지수 함수식 으로 나타내었다.
- 부족하였다. 이에 본 연구에서는 퇴 적 암의 기본적인 물리 . 역학적 특성을 실험적으로 조사하고, 특히 암반 구조물 설계에서 요구되는 암석의 일축압축강도와 현장이나 실험실에서 비교적 간편하게 측정할 수 있는 점하중강도, 탄성파(P- 파)속도, 슈미트해머 반발치(SHV), 압열인장강도 및 흡수율 등과의 상관성 을 분석 하고자 한다.
- 있다. 이와 관련하여 점하중강도, 슈미트해머 반발 礼 흡수율 등과 같은 암석의 특성치를 이용하여 풍화 등급을 정량적으로 도출하고자 한다.
제안 방법
- 그러나 육안식별에 의한 암석과 암반의 풍화에 따른 분류는 주관적이어서 혼란이 야기되므로 객관적인 평가에 의해 정 량적 인 값으로 묘사하기 위해서 불연속면을 따라 발생한 풍화된 암석에 대하여 점하중강도, 슈미트해머 반발치 , 흡수율을 이용하여 암반의 풍화도를 정 량화 하였다. 육안관찰에 의한 풍화도 판정은 실트스톤과 셰일의 경우ISRM(1981)의 풍화도 판정 기준에 따라 분류가 가능하였으나, 이암은 풍화진행 속도가상당히 빨라서 육안식별에 의해 SW, MW에 해당하는 시료를 구분하기가 곤란하였다.
- 본 연구에서 측정한 탄성 파 시험은 고전압 펄스가 암석시료 내부를 전파하는 속도를 직접 측정하는 투과법 이 사용되었다. 그리고 셰 일과 같은 비등방성 암석에 대해서 감쇄비를 적게하기 위해서 저주파수의 고전압 펄스를 사용하였다. 본 연구에 사용된 탄성파 시험 장비는 미국의 SBEL의 Seismic Analyzer(모델명 : SA2008) 를 이용하여 파를 발진하고, Analog Oscillos - cope(모델명 : TAS 250)를 이용하여 파의 trace를 화면에 도시한다.
- 이에 Lee &Freitas(1989)는 한국 화강암에 대하여 풍화정도를 나타내는 육안적 식 별을 외 국의 경우와 달리 묘사하였다. 그리고 암반의 풍화등급 구분은 절리 면으로 경 계지워진 block 에서 절리 면 근처 에서 의 암석 의 풍화도와 암석 block 내 부의 풍화도를 고려하여 풍화도를 결정하였다. 일반적으로 암반에서 발생하는 풍화는 암반내 발달한 불연속면을 따라 발생하며, 암반절리면 상에 분포하는 암석의 풍화 정도는 암반의 풍화도를 구별하는데 이용이 되고 있으며, 이를 이용한 화강암의 풍화등급 구분은 비교적 명확하게 제시 .
- 이때 암석의 강도와관련된 제반지수들은 시료의 함수비에 크게 영향을 받으므로 각 시험은 일축 압축 시료의 함수비와동일한자연함수비 상태에서 실시하였으며, 이 때의 함수비를 각실험결과에 나타내었다. 그리고 점하중강도 시험과 압열인장 시험은 파괴기구가 인장에 의해 지 배되는 유사성 을 가지고 있으므로, 이 들에 대한 상관성을 비교하여 지수 함수식 으로 나타내었다.
- 대구 - 경북 지역(대구, 영덕, 포항)에 분포하는 퇴적암에 대해서 XRF, XRD분석을 통한 암석의 화학성분과 광물 성분 분석, 일축압축강도와 제반지 수들의 특성분석 , 그리고 제반지수를 이용하여 풍화등급을 정 량화하고 아래와 같은 결론을 도출하였다.
- 이때 신뢰구간을 결정하기 위해서는 시험된 data 들이 정 규성 을 만족하여 야 한다. 만약 분석 된 data가 정 규성 검정결과유의수준(a =0.05)보다작으면, 분석된data 에 대하여 변수변환을 실시하여 정규성을 만족하도록 하였다.
- 점토광물 및 비점 토광 물의 정성적 인 식 별은통상적으로X선 회절분석(X - ray diffraction analysis ; XRD) 을 통하여 가능하다. 본 연구에서 사용된 암석의 광물성분은 ASTM의 JCPDS (Joint Committee of Powder Diffraction Standards) 에서 발행 한 분 말 일부의 표준시 료(bentonite, kaolinite, quartz) 에서 직접 X선 회절분석을실시하여 얻은분말회 절 자료를 이용하여, 실제 퇴적암에서 측정된 X선 회절분석 결과와 비교하여 퇴 적 암의 광물성 분을 파악하였다.
- 이에 본 연구에서는 퇴 적 암의 기본적인 물리 . 역학적 특성을 실험적으로 조사하고, 특히 암반 구조물 설계에서 요구되는 암석의 일축압축강도와 현장이나 실험실에서 비교적 간편하게 측정할 수 있는 점하중강도, 탄성파(P- 파)속도, 슈미트해머 반발치(SHV), 압열인장강도 및 흡수율 등과의 상관성 을 분석 하고자 한다. 그리 고 김 영수등(1998)은 셰일의 층리에 따른 일축압축강도, 탄성 파 속도, 압열인 장강도의 비등방성 을 규명 하였다.
- 그리 고 김 영수등(1998)은 셰일의 층리에 따른 일축압축강도, 탄성 파 속도, 압열인 장강도의 비등방성 을 규명 하였다. 이 와 관련하여 본 연구에서는 층리가 잘 발달한 퇴적암의 강도 특성을 동일한 조건에서 평가하기 위하여 층리면에 직각인 방향(6=0)으로 시료를 채취하여 일축압축강도와 제 반지 수의 상관성 을 회 귀 분석을 통해 산정 하였다.
- 그리고 풍화 정도를 나타내는 표현은 연구자에 따라 다소 차이가 있다. 이에 본 연구에서는 불연속면을 따라 발생한 암반의 풍화 등급 구분을 위한 묘사를 표 2와 같이 ISRM(1981)에서 제안한 기준에 따라 육안식별에 의해 색깔(colour), 구조(fabric) 의 변화를 이용하여 퇴적암의 풍화 등급을 6단계로 구분하였다.
대상 데이터
- 45를 이용하여 산정하였다. 그리 고점 하중 시험에 사용된 시험기구는 영국의 ELE 제품(모델명 : 77-0100)으로 하중범위 0 ~ 5.5KN까지는 0.1 KN으로 새겨져 있고0 ~ 55KN까지 1KN 간격으로눈금이 새겨진 저 압용과 고압용의 2개의 하중 gauge로 구성되어 있다.
- 본 연구에서 사용된 슈미트해머는 일본 KAMEKURA SEIKI사(모델명 : a - 650 . X)에서 제작한 것이며, 측정 가능한 반발치는 10 ~ 100이다. 그리고 일축압축시 험장비는 일본 Schmadzu사(모델명 : UH-100A) 의 UTM으로최대용량은 100 ton 이다
- 이 와같은시 험 방법 중 암석의 순수 인장강도를 얻기 위하여 직접 인장 시험이 가장효과적이지만시험기기 및시험편의 가공과 제작이 어렵기 때문에 현재까지는주로 간접 인장시험 중 압열인장 시험이 많이 사용된다. 본 연구에서 압열인장시험에 사용된 압축기는 일본 Schmadzu사(모델명 : SFL-250 KANG) 제품으로 최 대하중은 25 ton이다.
데이터처리
- 그리고 암석은 풍화 등급에 따른 제반시험의 특성이 비교적 분포가 넓고 제반지수 값들이 중복되는 부분이 있으므로 풍화등급에 따른 제반지수의 범위를 구분할 필요성 이 있다. 그래서 풍화 등급에 따른 제 반지 수의 경 계치 는 각 값들의 평 균값에 대 한 표준편차를 이용하여 구분하였다. 이때 중복되거나 중복되지 않은부분은두 경계값의 중앙값에서 구분하였다.
- 범위의 값을나타내었다. 그래서 풍화도에 따른 암석의 특성을 정량적으로 도출하기 위해서 시험 결과로부터 평균값을 산정하고 평균값에 대한 95% 신뢰구간을 결정하였다. 이때 신뢰구간을 결정하기 위해서는 시험된 data 들이 정 규성 을 만족하여 야 한다.
- 따라서 퇴 적암의 일축압축 시험을 못할 경우 일축 압축 시험 이외에 슈미트해머 반발시험, 점 하중 강도시험, 압열인장 시 험, 탄성 파속도 시 험, 흡수율 시험 등을 실시하여 일축압축강도를 추정할 필요성이 있다. 이에 제반지수를 이용하여 일축압축강도를 평가하기 위하여 일축 압축강도와 제반지수와의 상관성을 회귀분석을 이용해 산정하였다. 이때 암석의 강도와관련된 제반지수들은 시료의 함수비에 크게 영향을 받으므로 각 시험은 일축 압축 시료의 함수비와동일한자연함수비 상태에서 실시하였으며, 이 때의 함수비를 각실험결과에 나타내었다.
이론/모형
- 그리고 셰 일과 같은 비등방성 암석에 대해서 감쇄비를 적게하기 위해서 저주파수의 고전압 펄스를 사용하였다. 본 연구에 사용된 탄성파 시험 장비는 미국의 SBEL의 Seismic Analyzer(모델명 : SA2008) 를 이용하여 파를 발진하고, Analog Oscillos - cope(모델명 : TAS 250)를 이용하여 파의 trace를 화면에 도시한다. 이때 Oscilloscope의 화면을 통해 측정된 지연시간은 igital 신호로 Seismic Analyzer에 표시된다.
- 그리고 탄성파속도는 암석의 밀도, 공극율, 함수비, 절리 등에 크게 의 존하므로 암석등급 구분 자료로서 많이 사용되고 있다. 본 연구에서 측정한 탄성 파 시험은 고전압 펄스가 암석시료 내부를 전파하는 속도를 직접 측정하는 투과법 이 사용되었다. 그리고 셰 일과 같은 비등방성 암석에 대해서 감쇄비를 적게하기 위해서 저주파수의 고전압 펄스를 사용하였다.
- 암석 의 화학성 분을 정 량적 으로 나타내 기 위하여 X - 선형 광분광법 (X - ray Fluorescence ; XRF)을 실시하였다. 표 1은 암석의 화학성분 함량을 중량백분율로 나타낸 것이다.
성능/효과
- (2) 점하증 시험에서 응력장은 매우 복잡하다. 그러나선하중 시험시 접촉면에서 응력집중이 발생하더라도 횡 방향 응력장은 이론적으로 동일하다.
- 그림 2 (a)는 퇴적암의 슈미트해머 반발치와 일축 압축강도의 관계를 지수 함수식으로 나타낸 것으로써 슈미트 해머 반발치가50이상일 때 일축압축강도가크게 증가하는 것으로 나타났으며, 슈미트해머 반발치가 55 이상에서는 지수함수식 이 일축압축 강도를 다소 작게 산정 하고 있다. 이는 일축압축강도와 슈미트해머 반발치의 상관성은 Deere & Miller (1966) 가 제안한 2중 선 형 관계 가 더 적 합한 것으로 나타났지만 관계식의 간편성을 위해 지수함수 식으로 나타내었기 때문이다.
- 3) 퇴 적 암과 같이 층리면이 뚜렷하거나 공극이 큰 암석에서 탄성파속도와 일축압축강도와의 상관성을 비교할 때 암석 내부에 존재하는 공극을 물로 포화시킨 상태에서 실시하는 것이 바람직하다. 그리고 대구 .
- 대흐!]서축방향으로 재하하여 얻은 점하중강도와 일축 압축강도의 상관성은 선형 적 인 관계로 나타났다. 그리고 그림 3 (b) 에서 나타난ISRM (1985)이나다른 연구결과는 점 하중 강도에 대한 대구 .
- 분석결과에 의하면 대구 . 경북 일원에 분포하는 퇴 적 암에 는 석 영 과 방해석 이 모두 존재 하였고, 셰 일과 실트스톤은 점토광물인 illite, kaolinite를 포함하고 있다 또한 사암과 실트스톤은 규산염광물인 장석중 정장석, 조장석 이 존재하고 있음을 확인하였다.
- 아래 결과에 의하면 대구 . 경북지역에 분포하는 조사대상 지역의 퇴적암에 대한 일축압축강도는 기존에 data-checked="false">제안된식을이용할경우다소크게평가되는것으로나타 났으며, 일축압축강도를 평가하기 위한 제반지수 시험 중에서 시험의 용이함과 상관성을 고려할때 슈미트 해머 반발치, 점하중강도 시험이 적합한 것으로 판단된다. 특히, 일축압축강도 평가를 위한 슈미트해머 반 발치의 값은 55이하가 적합하고, 층리면이 뚜렷한 퇴적암에서의 점하중강도와 일축압축강도의 상관식의 계수값은 15.
- 그리고 그림 3 (b) 에서 나타난ISRM (1985)이나다른 연구결과는 점 하중 강도에 대한 대구 . 경북지역에 분포하는 퇴적암의 일축 압축강도를 크게 평가하는 것으로 나타났다. 아래의 식 (4) 에서는 본 연구에서 실험을 통하여 얻은 퇴적암의 와 庇0)의 상관식 과 상관도(F) 를 나타내었다.
- 경북 일원에 분포하는4개의 퇴적암의 화학성분은 실리카(Si。》와 산화알루미늄(AkO)이 주성분이다. 그리고광물성분분석결과석영과 방해석은 모든 암석에 존재하였으며, 셰일, 실트스톤은 점토광물인 illite, kaolinite를 포함하고 있으며, 사암, 실트스톤은 규산염광물인 장석 중 정 장석 , 조장석 이 존재 하고 있음을 확인하였다.
- 경북지 역에 분포하는 퇴 적 암은 흡수율 1%를 기준으로 하여 일축 압축강도가 800-1,000 kg/cn? 을 나타내고 경 암과 연 암의 구분 기준이 된다. 또한 퇴 적 암의 일축압축강도는압열인장강도의 9.48배를 나타내어 plane Griffith 이론에 의한 것보다 다소 크게 나타났으며, 점 하중 강도를 이용하여 암석의 인장강도를 추정할 수 있다.
- 것으로 보고하고 있다. 본 연구에서 퇴적암의 일축압축°강도와 인장강도의 비는 plane Griffith이론보다 크며 extended Griffith 이론보다는 낮게 나타났다.
- 표 1은 암석의 화학성분 함량을 중량백분율로 나타낸 것이다. 시험결과7개 대상지역의 퇴적암은주로9~ 10개의 화학성 분으로 구성되어 있고, 실리 카(SiCb) 와 산화알루미 늄 (AI2O3) 이 대부분을 차지하고 있다.
- 또한 이들의 연구 결과는 퇴적암의 슈미트해머반발치에 대한 일축 압축강도를 다소 크게 평가하고 있는 것으로 나타났으나 슈미트 해머 반발치 가 55이상에서 는 본 연구결과가 다소 큰 일축 압축강도를 나타내고 있다. 위의 상황들을 고려해볼 때 일축 압축강도 평가를 위한 슈미트해머 반발치의 값은 55 이하가 적합한 것으로 판단된다. 아래의 식(1)에는 본 연구에서 실험을 통하여 얻은 퇴적암의 일축압축강도와 슈미트 해머 반발치 의 상관식과 상관도(μ)를 나타내었다.
- 암석을 기준으로하여 묘사되었다. 이때 절리면을 따라 발생한 암반의 풍화도를 정량적으로 묘사하기 위해 풍화 정도에 따라 채취된 암석에 대하여 각각의 풍화 등급에 따른 제 반지 수 값의 범 위 , 평 균값 및 95% 신뢰 구간을 나타내었다.
- 그림 5 (b)는Inoue &Ohomi(1981)가 연암(응회암) 시료에 대하여 실시한 시험결과를 발췌하여 회귀분석한 결과이다. 탄성 파(P- 파) 속도와 일축압축강도의 관계에서 암석의 단위중량을 고려하여 그 상관성을 분석한 결과에 의하면 공기건조상태의 시료는상관성 3=0.34)이 거의 없는 것으로 나타났으나, 포화된 시료에 대해서는 높은 상관성 (F=0.90)을 얻었다. 이는 연암과 같이 공극이 큰 암석 에서 는 탄성 파 속도가 공극에 큰 영향을 받은 것으로 사료되며, 공극이 물로 포화되면 탄성 파 속도의 감쇄 비 는 적은 것으로 판단된다.
- 경북지역에 분포하는 조사대상 지역의 퇴적암에 대한 일축압축강도는 기존에 data-checked="false">제안된식을이용할경우다소크게평가되는것으로나타 났으며, 일축압축강도를 평가하기 위한 제반지수 시험 중에서 시험의 용이함과 상관성을 고려할때 슈미트 해머 반발치, 점하중강도 시험이 적합한 것으로 판단된다. 특히, 일축압축강도 평가를 위한 슈미트해머 반 발치의 값은 55이하가 적합하고, 층리면이 뚜렷한 퇴적암에서의 점하중강도와 일축압축강도의 상관식의 계수값은 15.01 로써 ISRM에서 제안한 22보다 작게 나타났다.
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