옥천대지역 -제천${\\cdot}$금산${\\cdot}$김천 - 에 분포하는 화강암 및 화강 편마암의 풍화분류에 관한 고찰 Classification of Weathering for the Granite and Granite Gneiss in Okcheon Belt-Jecheon${\\cdot}$Geumsan${\\cdot}$Gimcheon in Korea원문보기
국내에 분포하는 화강암 및 화강편마암의 풍화 등급에 따른 정성적ㆍ정량적인 분류법을 고찰하였다. 정성적인 분류는 암석의 외적 관찰과 상대적 강도 측정에 의존하는 주관적인 방법이 사용되었으며, 정량적 분류를 위하여서는 실내 외 실험을 통한 암석의 기본적 물성을 이용한 풍화 지수를 사용하여 암석을 풍화에 따라 분류를 하였다. 풍화 분류 기준은 기존의 여러 문헌에서 얻은 방법 및 본 연구에서 사용한 방법을 추가 혹은 수정하여 제시하였다. 또한, 풍화 등급별로 채취된 암석 시료의 박편 관찰을 통하여 암석 구성 광물의 변화와 미세절리발달을 풍화 등급별로 관찰하였다. 풍화에 약한 광물인 사장석 및 흑운모의 화학적 풍화 정도는 풍화가 진행됨에 따라 점점 발달됨을 살펴볼 수 있었으며, 신선한 암석에서도 사장석 및 흑운모의 풍화가 어느 정도 발달되어 있음을 살펴볼 수 있었다. 서로 다른 풍화 등급의 암석 분말에 대한 XRD분석을 수행하여, 암석 구성 광물의 풍화에 따른 동적변화를 살펴보았다. 즉, 풍화에 약한 광물의 비율이 풍화가 진행됨에 따라 감소되며, 풍화에 강한 광물의 비율은 반면에 증가되는 경향을 보여주고 있다. 풍화의 정량적인 분류를 위해서 여러 암석 물성 값을 이용한 Fookes et al.(1988)이 제안한 $RDI_{sq}$및 본 연구에서 제안한 $I_{a}$(Woo, 2003)를 사용하였다. 그 결과, 연구대상 암석의 신선한 풍화등급 F는 $i_{a}$＞7, 약간풍화 SW는 3.5＜$i_{a}$＜10, 보통풍화 MW는 1.0＜$I_{a}$＜6.0 그리고 심한풍화 HW는 $I_{a}$＜2.5로 분류될 수 있다. 실내ㆍ외 실험을 통한 풍화에 따른 국내 화강암 및 화강편마암의 물리적 혹은 공학적 물성 값을 고려하여 본 풍화 지수들의 범위를 결정하여 간편하고 빠르게 암석의 풍화 등급을 결정할 수 있게 하였다.
국내에 분포하는 화강암 및 화강편마암의 풍화 등급에 따른 정성적ㆍ정량적인 분류법을 고찰하였다. 정성적인 분류는 암석의 외적 관찰과 상대적 강도 측정에 의존하는 주관적인 방법이 사용되었으며, 정량적 분류를 위하여서는 실내 외 실험을 통한 암석의 기본적 물성을 이용한 풍화 지수를 사용하여 암석을 풍화에 따라 분류를 하였다. 풍화 분류 기준은 기존의 여러 문헌에서 얻은 방법 및 본 연구에서 사용한 방법을 추가 혹은 수정하여 제시하였다. 또한, 풍화 등급별로 채취된 암석 시료의 박편 관찰을 통하여 암석 구성 광물의 변화와 미세절리발달을 풍화 등급별로 관찰하였다. 풍화에 약한 광물인 사장석 및 흑운모의 화학적 풍화 정도는 풍화가 진행됨에 따라 점점 발달됨을 살펴볼 수 있었으며, 신선한 암석에서도 사장석 및 흑운모의 풍화가 어느 정도 발달되어 있음을 살펴볼 수 있었다. 서로 다른 풍화 등급의 암석 분말에 대한 XRD분석을 수행하여, 암석 구성 광물의 풍화에 따른 동적변화를 살펴보았다. 즉, 풍화에 약한 광물의 비율이 풍화가 진행됨에 따라 감소되며, 풍화에 강한 광물의 비율은 반면에 증가되는 경향을 보여주고 있다. 풍화의 정량적인 분류를 위해서 여러 암석 물성 값을 이용한 Fookes et al.(1988)이 제안한 $RDI_{sq}$및 본 연구에서 제안한 $I_{a}$(Woo, 2003)를 사용하였다. 그 결과, 연구대상 암석의 신선한 풍화등급 F는 $i_{a}$＞7, 약간풍화 SW는 3.5＜$i_{a}$＜10, 보통풍화 MW는 1.0＜$I_{a}$＜6.0 그리고 심한풍화 HW는 $I_{a}$＜2.5로 분류될 수 있다. 실내ㆍ외 실험을 통한 풍화에 따른 국내 화강암 및 화강편마암의 물리적 혹은 공학적 물성 값을 고려하여 본 풍화 지수들의 범위를 결정하여 간편하고 빠르게 암석의 풍화 등급을 결정할 수 있게 하였다.
A study on the weathering grade classification has been performed for granite and granite gneiss in Korea. The qualitative classification criteria of weathering were reviewed and then modified with field studies for the weathered rock masses. The thin section observations and XRD analyses for the di...
A study on the weathering grade classification has been performed for granite and granite gneiss in Korea. The qualitative classification criteria of weathering were reviewed and then modified with field studies for the weathered rock masses. The thin section observations and XRD analyses for the different weathering grades rock samples showed the petrographical and petrophysical difference with respect to the weathering : the proportion of weathering-resistant minerals suck at quartz and orthoclase has a tendency to increase with the development of weathering, but that of weathering-sensible minerals such as anorthite and biotite is decreased. The ranges of physical and mechanical rock properties for different weathering grades were obtained from the laboratory rock tests and field tests for the studied rocks. And then, along with $RDI_{sq}$(Fookes et al., 1988), the weathering index $I_{a}$, (Woo, 2003) has been developed in this study to demarcate the weathering grade. Those two indices rely mainly on the water absorption ratio of rock and on the different rock strength. The range of these weathering indices have been determined with the physical and mechanical rock properties that can be obtained from simple field or laboratory tests in 4 grades $I_{a}$＞ 7 for F, 3.5 ＜ $I_{a}$ ＜ 10 for SW, 1.0 $I_{a}$＜ 6.0 for MW and $I_{a}$＜ 2.5 for HW. Consequently, the weathering index could be utilized to classify quantitatively the rock weathering grade, especially for the studied granites and the granite gneiss in Korea.
A study on the weathering grade classification has been performed for granite and granite gneiss in Korea. The qualitative classification criteria of weathering were reviewed and then modified with field studies for the weathered rock masses. The thin section observations and XRD analyses for the different weathering grades rock samples showed the petrographical and petrophysical difference with respect to the weathering : the proportion of weathering-resistant minerals suck at quartz and orthoclase has a tendency to increase with the development of weathering, but that of weathering-sensible minerals such as anorthite and biotite is decreased. The ranges of physical and mechanical rock properties for different weathering grades were obtained from the laboratory rock tests and field tests for the studied rocks. And then, along with $RDI_{sq}$(Fookes et al., 1988), the weathering index $I_{a}$, (Woo, 2003) has been developed in this study to demarcate the weathering grade. Those two indices rely mainly on the water absorption ratio of rock and on the different rock strength. The range of these weathering indices have been determined with the physical and mechanical rock properties that can be obtained from simple field or laboratory tests in 4 grades $I_{a}$＞ 7 for F, 3.5 ＜ $I_{a}$ ＜ 10 for SW, 1.0 $I_{a}$＜ 6.0 for MW and $I_{a}$＜ 2.5 for HW. Consequently, the weathering index could be utilized to classify quantitatively the rock weathering grade, especially for the studied granites and the granite gneiss in Korea.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
암석학적인 측면과 공학적인 측면에서 관찰하여 암반 구조물의 풍화에 따른 반응정도를 살펴보고자 한다. 또한 현장과 실험실에서 수행할 수 있는 간단한 실험 결과를 이용한 풍화지수를 사용하여 암반의 풍화 분류를 정량적으로 시도하고자 하는데 목적이 있다.
결정된다. 본 연구에서는 풍화 둥급을 분류하는 기준이 되는 여러 사항과 각 풍화 등급에 해당하는 화강암류의 여러 물리적 혹은 공학적 특성을 살펴보았다.
본 연구에서는 풍화에 따른 화강암 및 화강편마암의 물성 변화 정도를 결정하기 위하여 우선, 재고찰된 풍화 분류 기준에 따라 시료를 채취하고 육안 관찰 및 박편 관찰을 통하여 그에 따른 광물학적인 관찰을 하였고, 또한 XRD 분석으로 암석 구성 광물의 풍화에 따른 동적 변화도 살펴보았다. 암석을 총 6단계의 풍화 등급으로 구분하였으며, 풍화가 심해질수록 암석을 구성하는 광물들간의 경계면이 불투명해지며, 미세절리가 점점 발달됨을 알 수 있었다.
이러한 풍화의 장기적 영향을 평가하기 위한 선행 연구로 암반의 풍화분류 및 풍화 등급에 따른 물성 변화에 대한 연구가 필요하다 따라서, 본 연구에서는 암석의 풍화 등급을 결정하는 기준을 재 고찰하고, 풍화에 따른 암석의 변화 추이를 광물 . 암석학적인 측면과 공학적인 측면에서 관찰하여 암반 구조물의 풍화에 따른 반응정도를 살펴보고자 한다. 또한 현장과 실험실에서 수행할 수 있는 간단한 실험 결과를 이용한 풍화지수를 사용하여 암반의 풍화 분류를 정량적으로 시도하고자 하는데 목적이 있다.
또한 여름의 고온 다습한 열대성 기후, 그리고 겨울의 건조하고 추운 대륙성 기후를 가진 우리나라의 기후 조건을 고려하면, 풍화가 이들 암반 구조물에 미치는 장기적 영향 올 간과할 수 없다. 이러한 풍화의 장기적 영향을 평가하기 위한 선행 연구로 암반의 풍화분류 및 풍화 등급에 따른 물성 변화에 대한 연구가 필요하다 따라서, 본 연구에서는 암석의 풍화 등급을 결정하는 기준을 재 고찰하고, 풍화에 따른 암석의 변화 추이를 광물 . 암석학적인 측면과 공학적인 측면에서 관찰하여 암반 구조물의 풍화에 따른 반응정도를 살펴보고자 한다.
제안 방법
따른 암석물성 범위를 결정하였다. Fookes et 0.(1988)이 제시한 풍화 지수 RDIsq와 암석의 물에 대한 흡수율과 신선한 암석과의 상대적인 강도 및 암석 비중 치를 바탕으로 한 Ia 값을 서로 비교하고, 그 값의 범위를 암석 풍화 등급에 따라 정하였다. L 값은 풍화 등급에 따라 감소한다.
즉, 각 지역에서 채취한 시료는 토양 상태의 완전 풍화 및 잔류 토양을 제외한 4단계의 풍화 등급 -즉 신선한 암석인 E 약간 풍화 상태 SW 보통 풍화 MW 그리고 심한 풍화 HW- 으로 Table 1에 나타난 분류 기준 방법에 의하여 구분하였다. 그런데, 풍화 등급 HW의 시료는 사실상 시료 채취의 어려움으로 인하여, MW와 HW의 중간단계의 암석 시료에 대하여 풍화 실험을 실시하였다.
풍화 분류 기준은 기존의 여러 문헌에서 얻은 방법 및 본 연구에서 사용한 방법을 추가 혹은 수정하여 제시하였다. 또한, 풍화 등급별로 채취된 암석 시료의 박편 관찰을 통하여 암석 구성 광물의 변화와 미세절리발달을 풍화 등급별로 관찰하였다. 풍화에 약한 광물인 사장석 및 흑운모의 화학적 풍화 정도는 풍화가 진행됨에 따라 점점 발달됨을 살펴볼 수 있었으며, 신선한 암석에서도 사장석 및 흑운모의 풍화가 어느 정도 .
그러나, 일반적으로 현장에서 가능한 암반의 풍화 등급분류 기준은 정성적인 것으로서, 암반의 변색 정도, 구성 광물, 특히 장석 및 운모류의 풍화 상태, 절리 면의 발달 상태, 지질 해머의 반발 정도 그리고 손으로 느낄 수 있는 정성적인 강도 등이 있다. 본 연구에서는 기존에 발표된 여러 풍화 등급 분류 기준(Dearman, 1974; IAEG, 1979; ISRM, 1981; Irfan et al.,1978)과 현장 조사에 사용되었던 방법에 근거하여 풍화 등급을 결정하였다 (Table 1).
본 연구에서는 채취한 화강암 및 화강편마암들의 암석의 물리적, 공학적 특성에 근거하여, 다음과 같은 풍화 지수 Ia(Woo 2003)를 제시하였다.
상기 식을 좀 더 간단히 표현하기 위하여, 각 암종에대하여 많은 실험을 거쳐 magnesium sulphate soundness test와 water absorption ratio의 상관 관계를 구한 뒤 간편식 RD%을 제안하였는데, 다음 식은 화강암에 관한 RDkq을 구하는 공식이다.
발달되어 있음을 살펴볼 수 있었다. 서로 다른 풍화 등급의 암석 분말에 대한 XRD 분석을 수행하여, 암석 구성 광물의 풍화에 따른 동적변화를 살펴보았다. 즉, 풍화에 약한 광물의 비율이 풍화가 진행됨에 따라 감소되며, 풍화에 강한 광물의 비율은 반면에 증가되는 경향을 보여주고 있다.
서로 다른 화강암류에서 풍화등급에 따라 총 74개의 암석 시료를 채취하여 실내암석실험을 통하여 풍화등급에 따른 물성변화를 살펴보았다(Eble 3, Table 4). 즉, 세립질화강섬록암(시료번호 W로 시작하는 시료), 거정질반상흑운모화강암(시료 번호 J로 시작하는 시료), 중립질 흑운모 화강암(시료번호 G와 K로 시작하는 시료), 화강편마암(시료번호 T로 시작하는 시료)를 32 mm와 50mm 두 가지의 지름을 지닌 원통형시료로 성형하여 비중, 탄성파 속도 및 흡수율 그리고 일축 압축강도를 측정하여 풍화에 따른 암석의 물리적, 공학적 특성 변화를 관찰하였다.
신선한 암석과 HW 풍화 등급의 암석을 분말화하여 XRD에 의한 관찰을 하였다. Fig.
정성적인 분류는 암석의 외적 관찰과 상대적 강도 측정에 의존하는 주관적인 방법이 사용되었으며, 정량적 분류를 위하여서는 실내 .외 실험을 통한 암석의 기본적 물성을 이용한 풍화 지수를 사용하여 암석을 풍화에 따라 분류를 하였다. 풍화 분류 기준은 기존의 여러 문헌에서 얻은 방법 및 본 연구에서 사용한 방법을 추가 혹은 수정하여 제시하였다.
실내 .외 실험을 통한 풍화에 따른 국내 화강암 및 화강편마암의 물리적 혹은 공학적 물성 값을 고려하여 본 풍화 지수들의 범위를 결정하여 간편하고 빠르게 암석의 풍화 등급을 결정할 수 있게 하였다.
이들 암석에 대하여 암석 풍화 등급에 따라 시료를 채취하여, 실내 실험을 통하여 암석 물성을 측정 및 광물학적 변화를 관찰하였다. 즉, 각 지역에서 채취한 시료는 토양 상태의 완전 풍화 및 잔류 토양을 제외한 4단계의 풍화 등급 -즉 신선한 암석인 E 약간 풍화 상태 SW 보통 풍화 MW 그리고 심한 풍화 HW- 으로 Table 1에 나타난 분류 기준 방법에 의하여 구분하였다.
이를 위해서 암반을 육안 관찰에 의한 풍화 상태와 시추 시에 사용된 시추 비트 종류 및 시추 굴진 속도, 그리고 시추 코어의 상태 및 상대 강도 등에 의해서 구분한다. 각 공사 발주 기관에 따라 각기의 암반 풍화 기준이 마련되어 있으며, 이는 건설교통부에서 제시한 암석 물성에 의한 암반의 풍화 분류에 그 기반을 두고 있다.
p data-page="1">국내에 분포하는 화강암 및 화강편마암의 풍화 등급에 따른 정성적 .정량적인 분류법을 고찰하였다. 정성적인 분류는 암석의 외적 관찰과 상대적 강도 측정에 의존하는 주관적인 방법이 사용되었으며, 정량적 분류를 위하여서는 실내 .
이들 암석에 대하여 암석 풍화 등급에 따라 시료를 채취하여, 실내 실험을 통하여 암석 물성을 측정 및 광물학적 변화를 관찰하였다. 즉, 각 지역에서 채취한 시료는 토양 상태의 완전 풍화 및 잔류 토양을 제외한 4단계의 풍화 등급 -즉 신선한 암석인 E 약간 풍화 상태 SW 보통 풍화 MW 그리고 심한 풍화 HW- 으로 Table 1에 나타난 분류 기준 방법에 의하여 구분하였다. 그런데, 풍화 등급 HW의 시료는 사실상 시료 채취의 어려움으로 인하여, MW와 HW의 중간단계의 암석 시료에 대하여 풍화 실험을 실시하였다.
즉, 세립질화강섬록암(시료번호 W로 시작하는 시료), 거정질반상흑운모화강암(시료 번호 J로 시작하는 시료), 중립질 흑운모 화강암(시료번호 G와 K로 시작하는 시료), 화강편마암(시료번호 T로 시작하는 시료)를 32 mm와 50mm 두 가지의 지름을 지닌 원통형시료로 성형하여 비중, 탄성파 속도 및 흡수율 그리고 일축 압축강도를 측정하여 풍화에 따른 암석의 물리적, 공학적 특성 변화를 관찰하였다. Table 3과 Table 4에서 시료번호 뒤의 숫자는 풍화등급을 나타내는 것으로 1일 경우에는 풍화 등급 E 2는 SW 3은 MW 그리고 4는 HW를 각기 표시한다.
풍화 등급별로 구분된 암석의 박편을 편광현미경 하에서 관찰을 하였다. Fig.
외 실험을 통한 암석의 기본적 물성을 이용한 풍화 지수를 사용하여 암석을 풍화에 따라 분류를 하였다. 풍화 분류 기준은 기존의 여러 문헌에서 얻은 방법 및 본 연구에서 사용한 방법을 추가 혹은 수정하여 제시하였다. 또한, 풍화 등급별로 채취된 암석 시료의 박편 관찰을 통하여 암석 구성 광물의 변화와 미세절리발달을 풍화 등급별로 관찰하였다.
풍화등급에 따른 암석물성의 변화를 측정하여 풍화 등급에 따른 암석물성 범위를 결정하였다. Fookes et 0.
대상 데이터
본 연구는 옥천지향사지대에 속하는 3개의 지역 -제천, 김천, 금산-에 대하여 수행되었다. 본 연구 지역들은 화강암 및 화강편마암, 그리고 편마암이 주로 분포하는 지역으로 그 지질 구조가 복잡하다.
본 연구 지역들은 화강암 및 화강편마암, 그리고 편마암이 주로 분포하는 지역으로 그 지질 구조가 복잡하다. 주 연구 대상은 고속도로 혹은 고속철도선로 건설 중 굴착된 사면으로, 특히 화강암 및 화강편마암이 관찰되는 사면에 국한하여 연구를 수행하였다.
이론/모형
즉, 풍화에 약한 광물의 비율이 풍화가 진행됨에 따라 감소되며, 풍화에 강한 광물의 비율은 반면에 증가되는 경향을 보여주고 있다. 풍화의 정량적인 분류를 위해서 여러 암석 물성 값을 이용한 Fookes et al (1988)이 제안한 RDIsq 및 본 연구에서 제안한 Ia(Woo, 2003)를 사용하였다. 그 결과, 연구대상 암석의 신선한 풍화등급 F는 Ia>7, 약간풍화 SW는 3.
성능/효과
풍화의 정량적인 분류를 위해서 여러 암석 물성 값을 이용한 Fookes et al (1988)이 제안한 RDIsq 및 본 연구에서 제안한 Ia(Woo, 2003)를 사용하였다. 그 결과, 연구대상 암석의 신선한 풍화등급 F는 Ia>7, 약간풍화 SW는 3.5 < Ia < 10, 보통풍화 MW? 1.0 <Ia< 6.
암석을 총 6단계의 풍화 등급으로 구분하였으며, 풍화가 심해질수록 암석을 구성하는 광물들간의 경계면이 불투명해지며, 미세절리가 점점 발달됨을 알 수 있었다. 또한, 풍화에 민감한 광물인 사장석이나 흑운모의 상대적인 구성 비율이 풍화가 진행됨에 따라 감소됨을, 반면에 풍화에 저항력이 강한 석영이나 정장석의 경우엔 오히려 그 구성 비율이증가됨을 관찰할 수 있었다.
변화도 살펴보았다. 암석을 총 6단계의 풍화 등급으로 구분하였으며, 풍화가 심해질수록 암석을 구성하는 광물들간의 경계면이 불투명해지며, 미세절리가 점점 발달됨을 알 수 있었다. 또한, 풍화에 민감한 광물인 사장석이나 흑운모의 상대적인 구성 비율이 풍화가 진행됨에 따라 감소됨을, 반면에 풍화에 저항력이 강한 석영이나 정장석의 경우엔 오히려 그 구성 비율이증가됨을 관찰할 수 있었다.
그러나, 풍화를 받은 암석에서는 풍화에 강한 석영의 비율이 제일 중요하게 나타나고 있음을 볼 수 있다. 이러한 현상을 종합하여 보면, 풍화에 의하여 암석 구성 광물 중 풍화에 저항이 약한 광물인 사장암(anorthite), 조장석 (albite) 혹 흑운모 (biotite)의 비율이 감소함을 볼 수 있다. 특히 사장암 (anorthite)의 경우에는 신선한 시료에서는 45~55%의 분포를 보이던 것이 심한 풍화 상태에서는15~25%의 분포대로 감소됨을 Fig.
변색 정도에 의하여 풍화 상태를 구분할 때에는 사장석이나 흑운모의 변색 상태에 많이 의존하게 된다. 즉, 사장석의 경우에는 풍화가 진행됨에 따라 광택을 점점 잃게 되고, 흑운모는 윤택이 나는 검정에서 점점 윤택을 잃고 갈색으로 변화되어, 전체적인 암석의 광택이 점점 없어지는 것을 관찰할 수 있었다. 슈미트해머는 통상 10회 이상 대상 암석에 적용한 후, 최고 값과 최하위 값을 제외한 나머지 값의 평균값을 구한 것으로 풍화 등급에 따른 값의 변화는 Table 1에 표시되어 있다.
후속연구
이러한 풍화지수에 의한 암석의 풍화등급분류는 이전의 정성적인 방법보다 좀더 정량적으로 접근하려는 시도이나, 제시된 풍화 지수 la 값의 범위는 연구 지역에 분포하는 화강암 및 화강편마암들에 대한 값으로 다른 암석에 대하여서는 또 다른 시료 채취 및 여러 시험을 통하여 구하여야 할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.