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문제 정의
- 하여 왔으나 그 값은 연구자에 따라 각기 다른 값이 제시되었다. 이는 기본적으로 대상 암석의 상이함과 지질학적 생성원인이 다른 화성암, 변성암, 퇴적암에 따라다르며 더욱이 동일 암종일지라도 암석이력에 따라 그물성이 다르다는 것을 의미하므로 본 연구에서는 울산분지 퇴적암으로 대상을 국한하였다.
- 경상분지에 속한 울산지역 퇴적암을 대상으로 Schmidt hammer 반발지수를 이용하여 일축 압축강도, 압열 인장강도, 탄성계수, Poisson 비, 간극율 및 흡수율을 간접적으로 도출하기 위한 연구를 하였다.
제안 방법
- 이러한 연유로 본 연구에서는 Schmidt hammer 반발지수와암석의 제반 물성치와의 상관관계를 구명하여 각종 요구에 쉽게 부응할 수 있도록 하였다.
- 본 연구에서는 ISRM(1978a), ASTM(D5873-00)의 시험법에 준하여 그림 1과 같이 Schmidt hammer 반발지수를 이용하여 일축 압축강도, 압열 인장시험값 등 공학적 특성값과 물리적 특성치 인 암석의 단위중량, 비중, 흡수율 등을 추정할 수 있는 상관관계를 도출하였다.
- 이는 ISRM법이나 ASTM의 시험법에 세부적 규정이 미흡하기 때문이다. 그러나 본 연구에서는 기존 연구자들의 성과와 비교가 쉬운 ISRM 시험법을 채택하였으며 ASTM법을 원용하여 시험방법을 보완하였다.
- 울산 분지내 퇴적암 지역을 분포 면적비와 사암, 셰일, 이암의 분포도를 고려하여 7개군으로 구분하고 지역내의 시공중인 건설 현장내의 암반 굴착 지점에서 신선암과 풍화 진행암의 구성 비율에 따라 각각의 군에서 20~25개의 block(50x40x30cm-약 160kg/개)을 채취하였으며 또한 암종, 외형상의 암석조직, 색상 및 연암에서 경암까지의 각 요소를 고려하여 모 집단으로서 군을대표할 수 있는 block을 채집하였다.
- 시료로 선별하는 과정에서 지질조사용 햄머와 Schmidt hammer로 연암, 경암 판정과 고른 강도 분포가 되는 sampling을 하였다. 풍화가 심한 연암군은 공시체 가공중의 파손을 고려하여 2~3개씩 더 채취하였다.
- Group No.는 울산지역 퇴적암 지역의 넓이비로 개략구분한 것이며 이 group내에 공사현장 지명을 채취지점으로 표기하였으며 채취한 시료가 대표할 수 있는 암종별 분포 특성을 병기하였다.
- 시험용 시료는 층리 면에 수직으로 coring을 하였으며 block마다 채취 지점별로 사암, 셰일 및 이암으로 분류하였다.
- N孩규격의 일축 압축강도 시험용 공시체의 상하 압축면의 편평도는 diamond 편이 박힌 직경 10cm의 grinding disc를 사용하여 0.02mm를 목표로 연마하였다(ASTM D 2938-95, ISRM 1981). 아주 약한悒 암석은 연마중에 양단면의 파괴가 심하여 표준 편평도에 만족시키지 못한 시료도 많았다.
- 직경방향 및 죽 방향 변형율과 재하하중 자료를 1초간격으로 data logger로 읽어 자료를 정리하였으며 재하 -제하의 반복재하는 3회 이상씩 실시하였다(ASTM D 3148-96).
- 압열 인장시험(Brazilian test, BRZ)용 시료는 직경 대길이의 비(L/D=1.0)를 1.0에 근접하도록 하였으며 UCS 용 시료와 BRZ용 시료는 동일 core에서 절단 준비하여상호 상관성이 유지되도록 하였다. 시험중 이상 파손을대비하여 여유분을 2~3개 더 준비하였고 시험기준, 순서 및 자료처 리는 ASTM(D 3967-95a)과 ISRM(1978-Part 2)의 권장에 따라 실시되었다.
- 선행 연구자들과 ASTM(D 5873-00), ISRM(1978a)의권장에 따라 NX Core에 타격시험을 하기 위하여 층리면에 수직으로 coring을 하였고 core 양단면을 절단하여평편하도록 연마한후 NR형 Schmidt hamnwr로 축방향타격을 하였으나 1회 타격에 거의 모든 시료가 파괴되어 50여개의 시험은 자료없이 시료를 버리게 되어 다시 V hold에 설치후 직경방향으로 타격을 실시했으나 약시 40여개의 시료가 전부 1회 타격에 파괴되었다. 파괴된시료의 일축 압축강도는 최대 llOMPa 정도로 강한 것도 포함되어 있었다.
- 파괴된시료의 일축 압축강도는 최대 llOMPa 정도로 강한 것도 포함되어 있었다. 이는 시료가 연약한 퇴적암으로 시료 내부에 육안으로 판별이 어려운 흠결(층리등 불연속면)이 있었을 가능성도 있고 또한 시료 부피가 타격 에너지를 수용하기엔 너무 적었기 때문으로 판단이 되어 block을 대상으로 타격하는 시험방법으로 변경하여 철제좌대(H-beam:350x350xi2)를 제작하여 그 위에 block 을 고정한 후 층리면에 수직하게 타격하였다(그림 3).
- 본 연구의 제안식을 사용하여 구한 예측값과 실험에서 도출된 실측값을 비교하여 제안식의 신뢰성을 검정하였다. 실측값(X-축)에 대한 예측값(Y-축)의 직선 회귀분석을 하여 예측식이 참값에 근접한다면 회귀 분석 직선의 기울기가 1.
- 채취한 시료에서 sand stone, arkose, wacke, grey wacke를 포함하는 arenaceous stone을 편의상 사암으로, mud stone, silt stone, clay stone 이 포함된 argillaceous stone을 셰일(shale)로, bedding plane의 흔적이 없는 argillaceous stone을 이암으로 분류했다. 이는 건설 기술자들이 현장에서 퇴적암을 쉽게 구분하는 방법이기도하다.
대상 데이터
- Schmidt hammer 타격시험은 시료 성형이 가능했던 77개의 block을 대상으로 실시하였고 일축 압축강도와압열 인장시험 시료수는 표 3과 같다. 실제 sampling한 blocke 153개였으나 시료 성형과정에서 파손된 것이반 정도되었다.
이론/모형
- 0에 근접하도록 하였으며 UCS 용 시료와 BRZ용 시료는 동일 core에서 절단 준비하여상호 상관성이 유지되도록 하였다. 시험중 이상 파손을대비하여 여유분을 2~3개 더 준비하였고 시험기준, 순서 및 자료처 리는 ASTM(D 3967-95a)과 ISRM(1978-Part 2)의 권장에 따라 실시되었다.
성능/효과
- 강도가 높은 암석일수록 파괴순간에 입자간의 접착력 이완으로 인한 인장 파괴 양상이 파단면에 고루 분포되어 있는 현상을 볼 수 있었으며 파괴음도 대단히 커서취성파괴의 양상을 보였다.
- 일축 압축강도, 압열 인장강도 및 Schmidt hammer 타격시험의 결과와 흡수율, 탄성계수, Poisson 비, 진 비중, 간극율, 포화도 등의 시험자료를 정리한 후 시험 결과값을 각 시험항목에 따라 통계자료를 정리한 것이 표 5이며 이 자료를 검토하면 시험항목의 평균값과 중위수값의 차이가 근소하므로 이는 정규분포에 가까운 결과치로 대표값을 평균치로 취함에 무리가 없다는 것을 의미한다. 또한 변동계수도 흡수율(Wab.
- 특히 Schmidt hammer 타격값의 변동계수가 가장 작다는 것은 본 시험의 결과치로 타 항목간의 상관성 분석을 위한 자료로 사용하기에 적합하다는 의미이며 또한이를 활용하여 도출된 결과값의 신뢰성도 높아 진다는것을 의미한다.
- 퇴적암을 대상으로 시험한 본 연구에서는 시험범위가 넓고 높은 반발값(20~80)에서도 유효한 UCS값을도출할 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 %값이 20이하에서는 유효한 값을 찿지 못하였다.
- 암석의 풍화정도에 따라 광물입자와 교결물질의 이완과 풍화, 침식에 약한 교결물질의 일탈이 암석의 강도를 약화시키는 결과를 초래한다는 것을 이 실험에서 확인할 수 있다. 간극율이 낮을수록 반발지수는 커지므로이는 간극이 적어 치밀한 조직을 가질수록 강도는 커진다는 것을 의미한다.
- 제안식으로 구한 일축 압축값과 실측값으로 회귀분석을 한 결과 기울기가 0.956으로 도출되었으며 이는 기울기 1.0에 거의 근접된 결과로 Schmidt hammer 반발지수를 이용하여 일축 압축강도를 추정함에 만족할 결과를 얻을 수 있다는 것을 의미한다.
- (1) 일축 압축강도를 추정함에는 높은 상관성과 신뢰도를 가지는 상관식을 도출할 수 있었으며 기존 연구자들의 성과에 비해서 낮은 값이 도출되었으며 반발지수는 급증하는 변곡점 없이 20~80의 넓은 강도 범위까지도 적용이 가능하다.
- (2) 탄성계수 추정을 위한 상관식은 선형관계를 가지며이 역시 기존 연구자들의 성과에 비해서 낮은 값을가지는데 이는 퇴적암만을 대상으로 했기 때문일것이다
- (3) Schmidt hammer 반발지수와 Poisson 비와의 관계는신뢰할 수준의 상관성은 없다고 할 수 있다.
- (4) 압열 인장강도와 Schmidt hammer 반발지수 사이에는 선형관계의 상관성이 있으며 상관성도 높다.
- (5) Schmidt hammer 반발지수와 간극율, 반발지수와 흡수율 간에도 좋은 상관성이 있으며 선형관계를 가지고 있다.
- 있다. (7) Schmidt hammer 반발지수와 단위 중량간에는 상관성이 발견되지 않는다. 이 역시 울산 퇴적암의 특성으로 볼 수 있을 것이다.
후속연구
- 높이지 못하고 있는 실정이다. 간편하고 쉬운 시험으로 향후 높은 활용도가 기대된다. 국내외의 기존연구성과를 표 1에 요약하였다.
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