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문제 정의
- (4) 본 연구에서 응력 수준에 따른 영률 변화를 도시해 본 결과 풍화 정도에 따라 각각 상이한 영역에 도시되어지는 특성을 관찰하였다. 이는 암석에 대한 풍화 진행 정도를 판단해야 할 경우 강도 및 응력수준별 변형을 동시에 고려한 판정이 가능할 것으로 사료된다.
- 그러므로 본 연구에서는 암석의 화학적·기계적·물리적 풍화와의 관계 및 변화 양상을 여러 가지 현장 및 실내 실험을 통해 확인해 봄으로서, 암석의 주요 성분의 변화, 각종 화학적 풍화지수 및 변형 특성에 관하여 종합적으로 고찰해 보았다. 표본조사 및 현장조사 위치는 전북 장수군 장수읍 대성리와 용계리 사이에 위치해 있다.
제안 방법
- JIS R 5202와 Kim(2002) 등의 연구, 또한 고온에서 Fe, Mn, Al 등의 특성을 고려하여 1,000℃에서 3시간을 적용하였다.
- 사용하였다. Strain 및 Transducer의 data를 취득하기 위하여 TOKYO SOKKI 사의 COMPUTING DATA LOGGER(TDSW(n)를 이용하여 Strain, Displacement Transducer를 병합하여 자동으로 취득하였다. Strain은 CAS 사의 AE-n-S50N-120-EL(C)를 사용하였다.
- XRD, XRF 기기분석을 실시하였다. XRD, XRF를 이용하여 주요 광물 및 주성분원소 10종을 분석하였다.
- 가로 방향으로 5회 타격하고, 수직방향으로 37단(5.6m)의 타격을 실시하였으며, 각 높이별 리바운드율을 측정하고, 강도로 환산하였다. 수준별 리바운드율은 산술평균 처리하였으며, Fig.
- 본 연구지역에서 채취한 풍화도별 블록에 대하여 XRD, XRF 기기분석을 실시하였다. XRD, XRF를 이용하여 주요 광물 및 주성분원소 10종을 분석하였다.
- 수직하중의 정확한 분석을 위하여 Columbus Ohio사의 Load Cell을 사용하였다. 일축압축강도 결과는 Fig.
- 암반의 노두에 대한 풍화 특성의 수직적 분포를 확인하기 위하여 현장 시험을 실시하였다. 가로 방향으로 5회 타격하고, 수직방향으로 37단(5.
- 직경에 대한 높이의 비가 대략 2.0인 NX 코어를 사용하였으며, ROCK SCIENCE사의 ROCK DATA를 이용하여 Mohr-Couk)mb 파괴조건을 적용·정리하였다. 삼축챔버 내의 봉압력은 각각 100, 200, 300㎏f/㎠를 사용하였으며, 기타조건은 ISRM(1978) 기준에 준하였다.
- 풍화 단계별 암석시료를 이용한 단축압축 시험 시 응력변형률 곡선, 탄성계수, 포아송비 변화를 파악하여 초기 변형 특성을 고찰하였다.
- 풍화에 따른 점착력과 내부마찰각의 변화를 확인하기 위 하여 일축압축강도시험, 인장강도시험, 봉압하에서의 삼축 압축 강도 시험을 이용하였다.
- 풍화에 따른 풍화암의 변형 특성을 확인하기 위하여 일축압축강도 시험 시 응력수준에 따른 접선 영률을 측정하였다. 풍화도에 따른 응력수준별 접선 영률 변화를 도시화하면 Fig.
대상 데이터
- 기기는 SHIMADUZU 사의 UTM(Universal Testing Machine, Max Load = 100tf)을 사용하였으며, 제어 및 측정을 위하여 SH1MADUZU 사의 UTM controle unit 및 Dataletty 402를 사용하였다. 수직하중의 정확한 분석을 위하여 Columbus Ohio사의 Load Cell을 사용하였다.
- 수직변위 측정을 보조하기 위해 TOKYO SOKKI 사의 Displacement Transducer 2개를 사용하였다. Strain 및 Transducer의 data를 취득하기 위하여 TOKYO SOKKI 사의 COMPUTING DATA LOGGER(TDSW(n)를 이용하여 Strain, Displacement Transducer를 병합하여 자동으로 취득하였다.
- 표본조사 및 현장조사 위치는 전북 장수군 장수읍 대성리와 용계리 사이에 위치해 있다.
이론/모형
- 본 연구지역의 절리 및 풍화특성을 확인하기 위하여 연구조사지역에 대하여 조사 측선을 설정한 후 Scanline survey method를 이용하여 절리 특성을 조사하였다. Fig.
- 0인 NX 코어를 사용하였으며, ROCK SCIENCE사의 ROCK DATA를 이용하여 Mohr-Couk)mb 파괴조건을 적용·정리하였다. 삼축챔버 내의 봉압력은 각각 100, 200, 300㎏f/㎠를 사용하였으며, 기타조건은 ISRM(1978) 기준에 준하였다. 실험결과는 Fig.
- 실험절차는 국제암반역학회 표준시험규정(Suggested Methods of ISRM, 1978)ofl 준하였다. 시험결과는 Table 2에 정리하였으며, 풍화가 진행됨에 따라 각각의 측정치에 따라 현저한 감소 및 증가를 확인하였다.
- 점하중시험을 위하여 SLOPE INDICATOR사의 Point Load Testei.를 사용하였으며, Fig.
- 풍화도별 블록에 대하여 코어링한 원주형 시료(NX, 54㎜)를 대상으로 직경예 약 2.0의 비로 성형하였으며, 가압면의 편평도 및 직각도, 측면 직선형 등은 ISRM(1978) 기준을 준수하였다.
- 풍화에 대한 내구성의 변화를 관찰하기 위하여 측정하였으며, 시험절차는 ISRM 기준(Suggested Methods of ISRM, 1978)에 준하였다. Fig.
성능/효과
- (1) 본 지역의 풍화도별 시료에 대한 물리적·역학적 시험을 실시한 결과 암반의 풍화의 진행에 따라 흡수율 및 공극율은 강도 등의 역학적 값에 비하여 현저한 변화를 보였다. 역학적 물성치들은 (2) 풍화도에 따라 CaO 및 P2O5는 신선한 암석에 비하여 뚜렷한 성분의 변화가 관찰되며, 특히 P2O5는 풍화진행에 따라 그 감소가 매우 일관적으로 감소됨을 확인할 수 있었다. 본 연구지역에서 Paker index는 풍화의 진행에 따라 초기에서 중기까지 감소하였으며, C.
- (3) 풍화에 따른 일축압축강도 시험 시 응력 수준에 따른 영률의 변화를 관찰한 결과 신선한 시료는 불규칙하기는 하나 초기에 영률이 크며, 이후 영를이 감소되는 경향을 보였다. S.
- 15, 16, 17). AKN(Alumina to potassium-sodium oxide ratios)은 본 연구에서 풍화 초기에 변동이 심하였으나, 중기 이후에는 단조증가 하는 경향을 보였다(Fig. 19).
- 큼을 보였다. Fig. 6과 같이 각 풍화도별 압열인장 시험결과는 120.9~38.6㎏f/㎠으로서, 풍화도가 증가되면서 인장강도 값은 현저한 감소를 보이며, 분산이 매우 적음을 확인하였다.
- XRD 분석결과, 본 암석은 Quartz, Albite, Andesine, Microcline, Magnesioriebeckrite라는 광물이 분석되었으며, 새로운 광물의 생성(스맥타이트, 할로이사이트 등)은 극소량이거나 분석되지 않았다. 그러므로 본 연구지역에서 채취된 풍화도별 시료는 변질광불의 생성에 의한 영향이 미소함을 알 수 있다.
- 그러므로 본 연구지역에서 채취된 풍화도별 시료는 변질광불의 생성에 의한 영향이 미소함을 알 수 있다. XRF 분석을 통한 주성분원소의 화학적 풍화지수 시험결과를 도출한 결과, Paker index는 풍화의 진행에 따라 초기에서 중기까지 감소되는 것으로 분석되었다. 이는 기존의 연구결과(임길재, 2000)와 유사하였다(Fig.
- 평균 값을 취합하였다. 결과 값을 분석한 결과 Fig. 7과 같이 풍화도의 증가에 따라 분산이 커지고, 첨도가 감소됨을 확인하였다. 이는 풍화가 진행되면서 각 광물의 풍화 정도 및 풍화 속도 차이에 의한 것으로 사료되며, HW 풍화도 수준으로 갈수록 풍화에 의한 주요 광물들의 경도 분산이 점점 심해짐을 확인하였다.
- 역학적 물성치는 풍화의 진행에 따라 양호한 관계를 가지고 감소되었다. 그러나 풍화도가 증가하면서 각 물성치의 변화 특성이 각기 다르며, 풍화도에 따라 분산이 증가 또는 감소되는 특성을 보였다. 이러한 물성치는 기존의 연구 결과들에서 높은 상관관계를 보임이 보고되어 있는 인자들이지만 풍화에 따른 물성치의 변화양상은 풍화도에 따라 상이함을 알 수 있다.
- 본 지역의 암석에 대한 풍화단계별 흡수율 및 공극율 측정을 통하여 잠재적인 균열 및 공극 발생량의 변화가 신선한 시료에 비하여 최대 12~14배 가량 증가된 점, 또한 화학분석 결과치의 변화가 미소한 점을 볼 때 변형 특성에서 잠재적인 균열 및 공극량의 변화가 강도 및 영률에 가장 큰 요인으로 작용한 것으로 보인다.
- 감소됨을 확인할 수 있었다. 본 연구지역에서 Paker index는 풍화의 진행에 따라 초기에서 중기까지 감소하였으며, C.I.A., C.I.W.는 풍화도의 증가에 따라 불규칙 증가 경향을 보였으며, SiO2/Al2O3 ratio, S.T.L, W.P.L는 불규칙한 변화 양상을 보였다. A.
- 6m)의 타격을 실시하였으며, 각 높이별 리바운드율을 측정하고, 강도로 환산하였다. 수준별 리바운드율은 산술평균 처리하였으며, Fig. 4와 같이 높이별 리바운드율 및 환산강도를 도시하였으며, 본 연구지역은 높이에 따라 리바운드율 및 강도의 변화가 매우 크게 나타났다.
- , HW.시료는 응력수준에 따라 영률이 일정하게 증가 또는 유지되는 경향을 보였으며, 풍화정도가 심해짐에 따라 응력 수준별 영률증가는 점차 둔화되었다. 이러한 변형 특성들은 풍화도의 증가로 함축되어진 암석 내부의 잠재적인 균열 및 공극량의 증가에 기인된 것으로 판단되며, 그 영향은 0~350㎏f/㎠ 수준의 응력변화에 따라 대략적으로 S.
- 9는 일축압축강도 시험과 병행하여 수행한 각 풍화도별 응력-변형률곡선이다. 신선한 암석은 저 응력상태일 때의 접선 영률이 크며, 후기로 갈수록 접선 영률이 다소 작아지는 경향을 보이며 풍화가 진행될수록 초기 접선 영률이 작은 상태에서 증가 하는 경향을 확인할 수 있었다.
- 7과 같이 풍화도의 증가에 따라 분산이 커지고, 첨도가 감소됨을 확인하였다. 이는 풍화가 진행되면서 각 광물의 풍화 정도 및 풍화 속도 차이에 의한 것으로 사료되며, HW 풍화도 수준으로 갈수록 풍화에 의한 주요 광물들의 경도 분산이 점점 심해짐을 확인하였다.
- 시료는 응력수준에 따라 영률이 일정하게 증가 또는 유지되는 경향을 보였으며, 풍화정도가 심해짐에 따라 응력 수준별 영률증가는 점차 둔화되었다. 이러한 변형 특성들은 풍화도의 증가로 함축되어진 암석 내부의 잠재적인 균열 및 공극량의 증가에 기인된 것으로 판단되며, 그 영향은 0~350㎏f/㎠ 수준의 응력변화에 따라 대략적으로 S.W.는 1,373με, M.W.는 2,140με, H.W.는 5,135με 증가 정도로 수렴되는 변형 특성이 관찰되었다.
- 수직하중의 정확한 분석을 위하여 Columbus Ohio사의 Load Cell을 사용하였다. 일축압축강도 결과는 Fig. 8과 같으며, 일축압축강도 평균 값은 풍화 정도에 따라 l,081~356㎏f/㎠까지 매우 선형적인 감소를 보였으며, 각 풍화도별 값의 분산이 풍화가 진행됨에 따라 감소됨을 확인하였다.
- 풍화 시료를 샘플링하여 XRD, XRF 분석을 실시한 결과, CaO와 P2O5가 신선한 암석에 대하여 성분이 감소됨이 뚜렸하게 관찰되며, Fe2O3 및 MgO 성분은 풍화에 따라 감소되나 C.W.상태에서는 다시 증가되어지는 경향을 보였다.
- 11과 같다. 풍화도별 강열감량 결과를 보면, F에서 CW까지 풍화도의 변화에 대하여 규칙적인 증가를 나타내지 않았으며, 0.717%~1.861% 범위로서 변화량이 1% 내외로 수치적 변화가 미소하였다.
후속연구
- 시험결과는 Table 2에 정리하였으며, 풍화가 진행됨에 따라 각각의 측정치에 따라 현저한 감소 및 증가를 확인하였다. 특히 흡수율 및 공극율은 신선한 암석에 비하여 10배 이상의 변화량을 보임으로서 풍화도 확인에 좋은 지표가 될 수 있을 것으로 사료된다.
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