포천 지역에 분포하는 쥬라기 화강암을 대상으로 미세균열 분포특성이 화강암의 역학적 성질에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 3종의 방향성 시편을 대상으로 일축압축시험이 실시되었으며, 각 시편은R(riftplane), G(grain plane) 및 H(hardway plane) 축에 각각 직각이다. 다양한 탄성 상수 중, 3 방향에 따른 포아송비의 변화가 검토되었다 파괴 강도 비-포아송비의 관계도에서 포아송비의 범위는 H-시편에서 가장 높은 분포양상을 보이며 G-시편, R-시편의 순으로 감소한다. 분포곡선은 $I\simIII$ 단계에서는 거의 선형이며, IV-3 단계에서는 기울기의 급격한 증가를 보인다. 관계도에서 보는바와 같이 파괴강도비 $0.92\sim0.96$에서 변곡점이 형성된다. IV-3단계는 탄성 영역의 밖에 속한다. 4단계의 파괴단계에서의 거동은 응력-체적변형율 곡선에서 분석되었다 암석의 거동을 지배하는 응력증분-체적변형율 방정식에서 특징적인 재료상수인 a, n, Q, m 및 $\varepsilon_v^{mcf}$가 결정되었다. 이들 상수중에서 미세균열의 폐합영역( I 단계)에서 고유의 미세균열의 공극률$(a, 10^{-3})$ 그리고 압축지수(n)는 각각 $a^R(3.82)>a^G(3.38)>a^H(2.32)$ 그리고 $n^R(3.69)>n^G(2.79)>n^H(1.99)4의 순서로 나타난다. 특히 IV 단계의 미세균열의 임계체적변형율($\varepsilon_v^{mcf}$)은 3번 면에 수직인 H-시편에서 가장높게 나타난다. 이러한 결과에서 포아송비 및 재료상수와 같은 역학적 성질은 2 조의 미세균열과 밀접한 관계를 보이고있다. 강도 이방성과 미세균열의 방향성과의 상관성은 암석의 파괴 연구에 주요하게 적용될 수 있다.
포천 지역에 분포하는 쥬라기 화강암을 대상으로 미세균열 분포특성이 화강암의 역학적 성질에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 3종의 방향성 시편을 대상으로 일축압축시험이 실시되었으며, 각 시편은R(riftplane), G(grain plane) 및 H(hardway plane) 축에 각각 직각이다. 다양한 탄성 상수 중, 3 방향에 따른 포아송비의 변화가 검토되었다 파괴 강도 비-포아송비의 관계도에서 포아송비의 범위는 H-시편에서 가장 높은 분포양상을 보이며 G-시편, R-시편의 순으로 감소한다. 분포곡선은 $I\simIII$ 단계에서는 거의 선형이며, IV-3 단계에서는 기울기의 급격한 증가를 보인다. 관계도에서 보는바와 같이 파괴강도비 $0.92\sim0.96$에서 변곡점이 형성된다. IV-3단계는 탄성 영역의 밖에 속한다. 4단계의 파괴단계에서의 거동은 응력-체적변형율 곡선에서 분석되었다 암석의 거동을 지배하는 응력증분-체적변형율 방정식에서 특징적인 재료상수인 a, n, Q, m 및 $\varepsilon_v^{mcf}$가 결정되었다. 이들 상수중에서 미세균열의 폐합영역( I 단계)에서 고유의 미세균열의 공극률$(a, 10^{-3})$ 그리고 압축지수(n)는 각각 $a^R(3.82)>a^G(3.38)>a^H(2.32)$ 그리고 $n^R(3.69)>n^G(2.79)>n^H(1.99)4의 순서로 나타난다. 특히 IV 단계의 미세균열의 임계체적변형율($\varepsilon_v^{mcf}$)은 3번 면에 수직인 H-시편에서 가장높게 나타난다. 이러한 결과에서 포아송비 및 재료상수와 같은 역학적 성질은 2 조의 미세균열과 밀접한 관계를 보이고있다. 강도 이방성과 미세균열의 방향성과의 상관성은 암석의 파괴 연구에 주요하게 적용될 수 있다.
Jurassic granite from Pocheon area were tested to investigate the effect of microcracks on mechanical properties of the granite. Three oriented core specimens were used for uniaxial compressive tests and each core specimen are perpendicular to the axes'R'(rift plane),'c'(grain plane) and'H'(hardway ...
Jurassic granite from Pocheon area were tested to investigate the effect of microcracks on mechanical properties of the granite. Three oriented core specimens were used for uniaxial compressive tests and each core specimen are perpendicular to the axes'R'(rift plane),'c'(grain plane) and'H'(hardway plane), respectively Among vacious elastic constants, the variation of Poisson's ratio as function of the directions was examined. From the related chart between ratio of failure strength and Poisson's ratio, H-specimen shows the highest range in Poisson's ratio and Poisson's ratio decreases in the order of C-specimen and R-specimen. The curve pattern is nearly linear in stage $I\simIII$ but the slope increases abruptly in stage H-3. As shown in the related chart, diverging point of a curve is formed when ratio of failure strength is $0.92\sim0.96$ Stage IV -3 is out of elastic region. The behaviour of rock in the four fracturing stages was analyzed in term of the stress-volumetric strain me. From the stress increment-volumetric strain equations governing the behaviour of rock, characteristic material constants, a, n, Q, m and $\varepsilon_v^{mcf}$, were determined. Among these, inherent microcrack porosity$(a, 10^{-3})$ and compaction exponent(n) in the microcrack closure region(stage I ) show an order of $a^R(3.82)>a^G(3.38)>a^H(2.32)\;and\;n^R(3.69)>n^G(2.79)>n^H(1.99)4, respectively. Especially, critical volumetric microcrack strain($\varepsilon_v^{mcf}$) in the stage W is highest in the H-specimen, normal to the hardway plane. These results indicate a strong correlation between two major sets of microcracks and mechanical properties such as Poisson's ratio and material constants. Correlation of strength anisotropy with microcrack orientation can have important application in rock fracture studies.
Jurassic granite from Pocheon area were tested to investigate the effect of microcracks on mechanical properties of the granite. Three oriented core specimens were used for uniaxial compressive tests and each core specimen are perpendicular to the axes'R'(rift plane),'c'(grain plane) and'H'(hardway plane), respectively Among vacious elastic constants, the variation of Poisson's ratio as function of the directions was examined. From the related chart between ratio of failure strength and Poisson's ratio, H-specimen shows the highest range in Poisson's ratio and Poisson's ratio decreases in the order of C-specimen and R-specimen. The curve pattern is nearly linear in stage $I\simIII$ but the slope increases abruptly in stage H-3. As shown in the related chart, diverging point of a curve is formed when ratio of failure strength is $0.92\sim0.96$ Stage IV -3 is out of elastic region. The behaviour of rock in the four fracturing stages was analyzed in term of the stress-volumetric strain me. From the stress increment-volumetric strain equations governing the behaviour of rock, characteristic material constants, a, n, Q, m and $\varepsilon_v^{mcf}$, were determined. Among these, inherent microcrack porosity$(a, 10^{-3})$ and compaction exponent(n) in the microcrack closure region(stage I ) show an order of $a^R(3.82)>a^G(3.38)>a^H(2.32)\;and\;n^R(3.69)>n^G(2.79)>n^H(1.99)4, respectively. Especially, critical volumetric microcrack strain($\varepsilon_v^{mcf}$) in the stage W is highest in the H-specimen, normal to the hardway plane. These results indicate a strong correlation between two major sets of microcracks and mechanical properties such as Poisson's ratio and material constants. Correlation of strength anisotropy with microcrack orientation can have important application in rock fracture studies.
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문제 정의
암석의 역학적 성질에 있어 이러한 배열성과 관련된 관찰은 이방성에 대한 개념이 간과되거나 무시하면 응력하에서 암석의 이방적인 거동을 정확히 예견할 수가 없을 것이다. 이러한 견지에서 역학적 성질의 이방성을 파악하여 방향별로 비교 분석하였으며, 다양한 미세 결구 중에서도 특흐I, 미세균열의 분포상과의 상관성을 규명하여 화강암의 역학적 성질에 미치는 영향과 관련시켜 서술하고자 한다. 연구대상 암석은 채석 작업 시 이용되는 결의 발달이 양호한 포천 화강암으로 하였다.
이 연구에서는 화강암의 잠재결함인 미세한 틈, 즉 암석이 갖는 고유의 결에 대한 역학적 특성을 규명하기 위한 것이다. 국내에서 결의 발달이 양호한 포천 화강암을 대상으로 하여 미세균열의 분포성과 관련된 4 단계(Ⅰ~Ⅳ)별 강도특성 및 변형성에 관하여 분석한 결과를 요약하면 다음과 같다.
이 연구의 대상이 되는 포천화강암의 암석학적 특징, 미 세 균열의 분석 방법 및 제 특성 (박덕 원 등, 2001) 그리고 방향별 시편 제작과정 및 일반적인 물성(서용석과 박덕 원, 2003)은 이 미 상세히 기 술된 바가 있으며, 결과 밀접한 상관성을 갖는 미세균열의 분포상 및 각종 물리 량에 대한 분석결과를 요약하여 본문에 제시하였다. 여기서는 3 방향별 시편의 명명 및 사용 기기 등에 대하여 기재코자 한다.
제안 방법
plane) > 3번 면(hamdway plane)의 순서 로 호칭되고 있다. 일축압축시험을 위한 NX 코어(직경 5.4cm X 길이 10.8cm)는 상기한 1번 면, 2번 면 및 3번 면에 각각 수직되게 제작하였으며, R, G 및 H 시편으로 각각 명명하였다. 여기서 R은 1번 면, G는 2번 면 그리고 H는 3번 면에 수직인 축을 각각 의미한다.
서보발브형 자동제어 시스템이다. 본 시험에서는 변위를 제어해야 하는데, 압력을 가하게 되는 변위의 상향 속도를 O.lmm/miri으로 결정하였다. 일축 압축 강도 및 변형율(εa,ε1 및 εv) 의 측정에는 20mm 용Displacement transducer(KYOWAz DF20D), Extensometer (MTS, Model 1632.
화강암의 미세균열과 관련된 역학적 거동을 밝히기 위하여 박편관찰을 통한 미세균열의 분포상 및 물리량을 파악하였다. 모든 암체는 미세균열의 방향에 따라 잠재적 결함 (미세균열)을 내포하여 강도 이방성의 특성을 갖는다.
일축압축시험을 통하여 재하 축변형 율(axial strain, εa) 및 재하축과 직교방향의 횡변형율 (lateral strain, ε1)이 측정되었으며, 체적변형율(volumetricstrain)은 εv=εa+2ε1에 의해 산정하였다.
응력-체적변형율 곡선상에서 4 단계로 구분한 기준은 다음과 같다. 거의 일정한 증가율을 보이는 선형 구간(II 단계), 변곡점이 형성되어 곡선이 반전하여 급격한 체적팽창 현상이 일어나 파괴에 이르는 구간(IV 단계)을 경계로 하여 II 단계 하부구간은 I 단계, II 단계와 IV 단계 사이는 III 단계로 각각 설정하였다(Fig. 2). 포천화강암의 R, G 및 H 시편에 대한 응력-변형율 곡선은 다음과 같다(Fig.
각 단계별 강도(Fig. 2)에서 측정된 종축의 수축변형율, 횡축의 팽창변형율 및 체적변형율의 자료(Table 3) 를 근거로, 축변형율-횡변형율 및 축변형율-체적변형율 관계도(Fig. 4 및 5)를 작성 하였다. 각 단계 별로 시편 간의 변형율의 변화와 규칙성을 살펴보면 다음과 같다.
한편 포천화강암의 축변형율, 횡변형율 및 체적변형율에 대한 4 단계별 강도수준에서의 이방성 계수(Anisotropy coefficient : Max - Min / Mean) 를 구하고(Table 3), 그 변화 양상을 단계 별로 도시하였다(Fig. 6). 축변형율에서는 선재균열 압축구간인 I 단계에서 급격한 증가 추세, II 단계에서는 감소 추세, III 단계에서는 증가 추세, IV 단계에서 다시 미 약한 감소 추세가 나타난다.
7). 포아송비의 변화도에서 I -IV 단계(Fig. 2, Table 2)로 구분하였으며, 특히 IV 단계에서는 기울기가 변화하는 변곡점 (diverging point)을 기 준으로 하여 IV-1, IV-2 및 IV-3 단계 로 세 분하였다. R, G 및 H 시편의 각 단계별 파괴강도비를 살펴 보면 IV-1 단계는 0.
R, G 및 H 시편의 관계도(Fig. 7)를 동일한 횡축 및 종축에 표시 하여 분포양상을 상호 비교하였다(Fig. 8). H 시편은 R 및 G 시편에 비하여 하중증가에 따라 포아송비가 크게 증가한 형태를 보인다.
사암의 응력-체적변형율 곡선에서 각 단계별로 방정식 을 도출, 파괴 과정 을 정 량화한 사례 (Bordia, 1972)가 있으며, 본 연구에서도 이 와 같은 방법론을 적용하여 포천화강암의 시 험 결과에 대한 분석 을 시도하였다.
R, G 및 H 시편에 하중이 가해진 후부터 파괴 시점까지의 포아송비의 변화를 도시하였다. 횡축은 파괴강도비 (ratio of failure strength), 종축은 각 하중 단계에서의 포아송비이다(Fig.
각각 존재한다. 이 연구에서는 특히 부피변형율-응력증분 상관도(Fig. 9)에서 이들 상수 및 지수의 값 (Table 4)을 도출, 미세균열과 관련된 단계별 변형과정의 정량화를 통하여 각 시편별 변형특성을 상호 비교하였다.
대상 데이터
이러한 견지에서 역학적 성질의 이방성을 파악하여 방향별로 비교 분석하였으며, 다양한 미세 결구 중에서도 특흐I, 미세균열의 분포상과의 상관성을 규명하여 화강암의 역학적 성질에 미치는 영향과 관련시켜 서술하고자 한다. 연구대상 암석은 채석 작업 시 이용되는 결의 발달이 양호한 포천 화강암으로 하였다.
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