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문제 정의
- 본 연구에서 사용된 국내 8개 현장의 암반 분포는 응회암, 셰일, 사암 등의 퇴적암과 화강암, 안산암 등의 화성암, 그리고 편마암, 화강편마암 등의 변성암 등 그 분포가 다양하였다. 각 암석별로 생성 요인이 다르기 때문에 기존의 제안된 이론식이 암석의 종류에 따라 어떻게 적용되고 어떠한 경향을 나타내는지 알아보았다.
- 본 연구에서는 국내 여덟 곳의 현장에서 공내재하시험에 의해 측정된 변형계수와 암반분류(RMR) 의 관계를 분석하여 기존의 변형계수 산정식에 의한 추정값의 적용성을 비교․분석하였고, 암반의 변형계수에 영향을 줄 수 있는 인자에 대해 고찰해 보았는데, 그 결과를 간단히 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 국내 8개 현장의 공내재하시험 결과 측정된 변형계수와 제안 식에 의해 산정된 추정값들을 비교 하여 그 적용성을 판단하였다. 한편 Bieniawski의 제안식과 Serafim & Pereira의 제안식은 서로 RMR 값 50을 기준으로 나누어 적용되도록 제안되어져 있으며, 특히, 측정결과 분석에 있어서도 RMR 값 50을 기준으로 각각 다른 경향을 보였으므로 이러한 특징을 더 정밀하게 파악하기 위해 RMR 50을 기준으로 구분하여 분석하였다.
- 본 연구에서는 RMR 지수를 이용하는 변형계수의 산정식들 중에서 최초의 제안식인 Bieniawski(1978)의 식과 Bieniawski의 식을 보완하여 RMR이 50 이하일 때 적용되는 Serafim & Pereira(1983)의 식, 그리고 국내 암반에 대하여 조사한 결과를 이용하여 제안한 김교원(1993)의 식, 그리고 가장 최근에 발표된 Aydan(1997)과 Mohammad(1997)의 식 등 다섯 가지의 식을 이용하여 이론값을 산정하고 그 결과를 현장에서 얻은 측정치와 비교·분석하였다.
- 본 연구에서는 RMR을 이용한 주요 변형계수 추정식들의 국내 암반에 대한 적용성을 평가하기 위해 국내 8개 현장의 공내재하시험 결과 측정된 변형계수 값을 바탕으로 시추 및 암반조사 결과에 의한 현장암반의 RMR 분류 결과와의 상관관계 조사를 통해 제안식별 국내 암반에의 적용성을 암종별로 비교 평가하였다.
- 국내 8개 현장의 공내재하시험 결과 측정된 변형계수와 제안 식에 의해 산정된 추정값들을 비교 하여 그 적용성을 판단하였다. 한편 Bieniawski의 제안식과 Serafim & Pereira의 제안식은 서로 RMR 값 50을 기준으로 나누어 적용되도록 제안되어져 있으며, 특히, 측정결과 분석에 있어서도 RMR 값 50을 기준으로 각각 다른 경향을 보였으므로 이러한 특징을 더 정밀하게 파악하기 위해 RMR 50을 기준으로 구분하여 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 국내 8개 현장의 암반 분포는 응회암, 셰일, 사암 등의 퇴적암과 화강암, 안산암 등의 화성암, 그리고 편마암, 화강편마암 등의 변성암 등 그 분포가 다양하였다. 각 암석별로 생성 요인이 다르기 때문에 기존의 제안된 이론식이 암석의 종류에 따라 어떻게 적용되고 어떠한 경향을 나타내는지 알아보았다.
- 본 연구의 대상지역은 8개 지역이며 중앙선 ○○～○○간 복선전철 건설공사 구간은 선캄브리아기의 변성암류인 호상편마암, 화강암, 흑운모 편마암, 석영편암 등으로 구성되어 있고, 전라선 ○○～○○간 철도개량건설공사 구간은 백악기 말에 형성된 경상분지에 해당하며 대부분이 안산암과응회암으로 구성되어 있다. ○○～○○간 연륙교가설공사 구간은 중생대 백악기의 경상계 하양층 군과 퇴적암류와 유천군층의 안산암질암, 응회질 퇴적암, 등으로 분포 되어 있다.
성능/효과
- (1) 화강편마암의 경우 측정값의 부족으로 암반의 변형계수의 경향을 명확히 단정할 수는 없었지만 RMR 값이 20～50인 범위에서는 기존의 제안식과 유사한 값을 나타내었다.
- (2) 편마암의 경우 측정된 변형계수가 기존의 제안식과 비교해서 RMR 값이 증가함에 따라 제안식에 의한 변형계수보다 작은 비율로 증가함을 보였으며, 경향성이나 변형계수에 있어서 상당한 유사성을 나타내었다.
- (4) 화강암의 경우에도 편마암과 마찬가지로 RMR 값이 증가함에 따라 기존의 제안식과 유사하게 변형계수가 증가하는 경향을 보였으나, 대부분의 측정값은 제안식에 의한 추정값보다 작은 값을 가졌다.
- (6) 퇴적암의 경우 이론치와 실측치가 뚜렷한 상호 연관성을 나타내지 않고 매우 불규칙하여 퇴적암에 대해서는 기존의 이론식의 적용이 매우 어렵다는 것을 알았다.
- (7) 기존의 제안식과 비교해 보았을 때, 대부분의 제안식이 측정된 변형계수와 비슷한 경향을 보였는데, 김교원의 제안식에 의해 산정된 변형계수가 측정값과 가장 잘 맞았고, Mohammad의 식은 측정값에 비해 너무 큰 이론값을 산정하는 경향이 많아 국내 현장에서는 적용이 어렵다고 판단되었다.
- 분석결과, 현장별 및 암종별로 변형계수와 RMR 값의 상관관계가 뚜렷하게 나타나는 경우도 있는 반면에 데이터의 분산 정도가 심한 경우도 있어 제안식의 결정에 있어 어려움이 있었다. 국내 현장 8개 지역에서 공내재하시험을 통해 실측한 변형계수와 대표적인 제안식들을 이용한 변형계수 추정 값과의 상관성 분석을 한 결과, 일부 제안식들의 경우 추정값이 측정값에 비해 과다하게 산정되는 경향을 보여 국내 현장에서의 적용성이 떨어진다고 판단되었다. 또한, 대부분의 변성암이나 화성암의 경우 추정값과 측정값이 차이가 있었지만 유사한 증가경향을 보이는 반면, 퇴적암의 경우 추정값과 측정값이 서로 현격하게 맞지 않는데 이는 층리의 방향 및 균열의 영향 등 퇴적암의 특성을 고려하지 못하였기 때문이라고 판단된다.
- 본 연구에서 RMR 지수와 암반의 변형계수와의 관계를 비교해본 결과, 제한된 측정값임을 감안하더라도 암종에 따라 RMR 지수와 변형계수의 관계는 서로 상이할 수 있으며 경우에 따라서 암반의 변형계수가 RMR 지수 이외의 다른 파라메타에 따라 좌우될 수도 있음을 알 수 있었다. 이를 바탕으로 암반의 변형계수를 추정하는 방법에 대한 추가적인 연구가 수행되어 우리나라의 현장에 맞는 적절한 추정식이 제안되어야 할 것이다.
- 분석결과, 현장별 및 암종별로 변형계수와 RMR 값의 상관관계가 뚜렷하게 나타나는 경우도 있는 반면에 데이터의 분산 정도가 심한 경우도 있어 제안식의 결정에 있어 어려움이 있었다. 국내 현장 8개 지역에서 공내재하시험을 통해 실측한 변형계수와 대표적인 제안식들을 이용한 변형계수 추정 값과의 상관성 분석을 한 결과, 일부 제안식들의 경우 추정값이 측정값에 비해 과다하게 산정되는 경향을 보여 국내 현장에서의 적용성이 떨어진다고 판단되었다.
- 안산암의 경우 RMR 값이 50～70 정도의 범위에서 변형계수 측정값이 기존의 제안식과 일치하는 경향을 보였으며 대체적으로 RMR 값이 증가 함에 따라 변형계수도 증가하는 경향을 보이고 추정값 과의 차이가 크지 않아 기존 제안식의 현장 적용성이 다른 암석에 비해 크다고 판단되었다.
- 암종별 RMR과 변형계수의 상관관계 분석결과 안산암, 편마암, 화강편마암의 경우 상관관계 계수가 0.5이상으로 비교적 상관성이 큰 것으로 분석되었고 응회암, 화강암 등 일부 암종은 상관성이 낮은 것으로 분석되었다. 그림 10에서와 같이 전체 암종에 대해서는 상관계수가 0.
- ○○대교 접속도로(○○○～○○구간, ○○～○○구간) 4차로 확장포장공사 구간은 안산암과 화강암 지역과 세일및 사암의 퇴적암으로 이루어져 있다. 여덟 개의 대상지역은 퇴적암, 화산암, 변성암 등 다양한 지질 구조가 형성되어 있어, 암종별로 나타나는 변형계수의 경향을 다양하게 분석할 수 있었다.
- 편마암의 경우 변성암의 특성상 절리의 영향으로 인해 변형계수가 추정값에 비해 다소 작게 측정되었으나, RMR 값이 증가함에 따라 기존의 제안식과 유사한 증가 경향을 보이고 있고, 특히 RMR 값이 30～50 사이일 때 기존의 제안식과 잘 일치하는 경향을 뚜렷하게 보였다. 하지만 다른 암석에서와 마찬가지로 RMR 값이 70 이상인 경우에는 제안식에 의한 추정값과 매우 큰 차이를 보여 적용이 어렵다고 생각된다.
- 화강편마암의 경우 RMR이 50 이하일 때 제안 식과 거의 일치하는 경향을 보였고, RMR이 50이상일 때에는 측정값이 부족하였지만 RMR 값이 증가함에 따라 조금 증가하였다. 하지만 추정값에 비해 매우 작은 값이 측정되어 기존의 제안식을 적용하기에는 다소 무리가 있다고 판단된다.
후속연구
- (3) 셰일 및 사암 등 일반퇴적암의 경우 데이터가 부족하였지만 실측된 변형계수가 기존의 제안식과 비교해서 RMR 값이 증가함과 상관없이 뚜렷한 경향성을 보이지 않고 매우 불규칙하여 기존의 제안식을 적용하기에는 무리가 있을 것으로 판단된다.
- 또한, 대부분의 변성암이나 화성암의 경우 추정값과 측정값이 차이가 있었지만 유사한 증가경향을 보이는 반면, 퇴적암의 경우 추정값과 측정값이 서로 현격하게 맞지 않는데 이는 층리의 방향 및 균열의 영향 등 퇴적암의 특성을 고려하지 못하였기 때문이라고 판단된다. 이러한 이유로 암반의 특성을 고려한 변형계수 추정 방법을 도출하기 위해서는 향후 더 많은 자료의 축적과 분석이 필요하며 이를 바탕으로 기존의 추정식이 수정되어야 하겠으며 이는 국내 암반의 지역별, 암종별 자료분석을 통한 추가적이고 지속적인 연구가 수행되어야 할 것이다. 특히, 변형계수 이외에도 포아송비 및 암반의 강도정수 관련 추정방법에 대해서도 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 RMR 지수와 암반의 변형계수와의 관계를 비교해본 결과, 제한된 측정값임을 감안하더라도 암종에 따라 RMR 지수와 변형계수의 관계는 서로 상이할 수 있으며 경우에 따라서 암반의 변형계수가 RMR 지수 이외의 다른 파라메타에 따라 좌우될 수도 있음을 알 수 있었다. 이를 바탕으로 암반의 변형계수를 추정하는 방법에 대한 추가적인 연구가 수행되어 우리나라의 현장에 맞는 적절한 추정식이 제안되어야 할 것이다.
- 이러한 이유로 암반의 특성을 고려한 변형계수 추정 방법을 도출하기 위해서는 향후 더 많은 자료의 축적과 분석이 필요하며 이를 바탕으로 기존의 추정식이 수정되어야 하겠으며 이는 국내 암반의 지역별, 암종별 자료분석을 통한 추가적이고 지속적인 연구가 수행되어야 할 것이다. 특히, 변형계수 이외에도 포아송비 및 암반의 강도정수 관련 추정방법에 대해서도 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
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