본 연구에서는 공내재하시험으로 측정된 변형계수를 이용하여 RMR을 이용한 변형계수 추정 방법에 대한 국내 암반에서의 적용성을 평가하고, 암반의 변형계수에 영향을 미치는 여러 변수들과 변형계수와의 상관성 분석을 실시하였다. RMR을 이용하여 변형계수 예측을 위해 제안된 기존의 제안식은 변형계수를 과대 예측하고 있었으며, 암종별로도 추정값과 측정값이 상관성의 차이가 컸다. 암반 특성치로서 일축압축강도, RQD, 절리 상태, 절리 간격, 지하수 상태, 측정 심도를 주요 변수로 하여 암반의 변형계수에 미치는 영향에 대한 개개의 상관성 분석을 수행한 결과, RQD가 가장 높은 상관성을 보여 예비설계 단계에서 RQD만으로도 암반의 상태 및 변형계수를 추정할 수 있을 것으로 판단되었고 절리 간격과 절리 상태 의 경우 또한 암반 변형계수와의 상관성이 비교적 높은 것으로 예상되었으며, 일축압축강도는 변형계수와 밀접한 관계가 있음에도 불구하고 RMR값에 미치는 영향이 적기 때문에 상관성이 낮았다. 따라서 상관성을 높이기 위해서는 일축압축강도의 배점에 신경을 써야하고 일축압축강도 측정시 주의가 필요하다고 판단된다. 또한 지하수의 경우 점수 배점으로 평가되므로 시추자료로 변형계수를 평가하는데 한계가 있을 것으로 사료되어 평가에서 제외시키는 것이 합리적일 것으로 판단된다. 또한 앞으로 변형계수 및 암반 특성에 관한 자료 확보 및 연구를 통해 암반의 풍화도, 암반의 간극률, 절리 특성 등에 관한 보다 복합적인 결과 도출을 위하여 다변량 중회귀분석 등과 같은 다양한 접근을 통한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 공내재하시험으로 측정된 변형계수를 이용하여 RMR을 이용한 변형계수 추정 방법에 대한 국내 암반에서의 적용성을 평가하고, 암반의 변형계수에 영향을 미치는 여러 변수들과 변형계수와의 상관성 분석을 실시하였다. RMR을 이용하여 변형계수 예측을 위해 제안된 기존의 제안식은 변형계수를 과대 예측하고 있었으며, 암종별로도 추정값과 측정값이 상관성의 차이가 컸다. 암반 특성치로서 일축압축강도, RQD, 절리 상태, 절리 간격, 지하수 상태, 측정 심도를 주요 변수로 하여 암반의 변형계수에 미치는 영향에 대한 개개의 상관성 분석을 수행한 결과, RQD가 가장 높은 상관성을 보여 예비설계 단계에서 RQD만으로도 암반의 상태 및 변형계수를 추정할 수 있을 것으로 판단되었고 절리 간격과 절리 상태 의 경우 또한 암반 변형계수와의 상관성이 비교적 높은 것으로 예상되었으며, 일축압축강도는 변형계수와 밀접한 관계가 있음에도 불구하고 RMR값에 미치는 영향이 적기 때문에 상관성이 낮았다. 따라서 상관성을 높이기 위해서는 일축압축강도의 배점에 신경을 써야하고 일축압축강도 측정시 주의가 필요하다고 판단된다. 또한 지하수의 경우 점수 배점으로 평가되므로 시추자료로 변형계수를 평가하는데 한계가 있을 것으로 사료되어 평가에서 제외시키는 것이 합리적일 것으로 판단된다. 또한 앞으로 변형계수 및 암반 특성에 관한 자료 확보 및 연구를 통해 암반의 풍화도, 암반의 간극률, 절리 특성 등에 관한 보다 복합적인 결과 도출을 위하여 다변량 중회귀분석 등과 같은 다양한 접근을 통한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
In this paper, the applicability to the Korean rock condition of using the deformation moduli based on Rock Mass Rating (RMR) and Pressuremeter Test (PMT) is evaluated. The correlations among deformation moduli and various rock properties were also analyzed. It appears that the existing correlations...
In this paper, the applicability to the Korean rock condition of using the deformation moduli based on Rock Mass Rating (RMR) and Pressuremeter Test (PMT) is evaluated. The correlations among deformation moduli and various rock properties were also analyzed. It appears that the existing correlations using RMR overestimate the deformation moduli and wide variation was found between predicted moduli using these correlations and measured values. As for the correlations among the deformation moduli and various rock properties, Rock Quality Designation (RQD) and unconfined compressive strength (UCS) were found to correlate to deformation moduli reasonably well, but joint spacing and joint conditions appear to correlate poorly to RQD and UCS. Additionally, groundwater can not be correlated with the modulus values. While the depth has very little contribution to deformation modulus, it should be factored in the simple regression analyses with various rock mass properties, especially with the correlations made with UCS, RQD etc. With the deficiencies of these correlations, more in depth analysis techniques such as multivariate correlations may be to reliably estimate deformation modulus of rock mass.
In this paper, the applicability to the Korean rock condition of using the deformation moduli based on Rock Mass Rating (RMR) and Pressuremeter Test (PMT) is evaluated. The correlations among deformation moduli and various rock properties were also analyzed. It appears that the existing correlations using RMR overestimate the deformation moduli and wide variation was found between predicted moduli using these correlations and measured values. As for the correlations among the deformation moduli and various rock properties, Rock Quality Designation (RQD) and unconfined compressive strength (UCS) were found to correlate to deformation moduli reasonably well, but joint spacing and joint conditions appear to correlate poorly to RQD and UCS. Additionally, groundwater can not be correlated with the modulus values. While the depth has very little contribution to deformation modulus, it should be factored in the simple regression analyses with various rock mass properties, especially with the correlations made with UCS, RQD etc. With the deficiencies of these correlations, more in depth analysis techniques such as multivariate correlations may be to reliably estimate deformation modulus of rock mass.
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문제 정의
하지만 이들 추정 식들의 경우 대부분 외국 암반에 대한 측정치나 사례 분석 및 역해 석에 의해 제안된 경험식들로서 국내 암반의 암종 및 절리, 강도 특성, 변형 특성 등이 적절히 반영되지 못하고 있다고 판단되며, 국내의 경우 김교원(1993) 등이 수정된 RMR값을 이용한 관계식을 제안한 바 있다. 본 연구에서는 RMR을 이용한 여러가지 변형계수추정 식들의 국내 암반에 대한 적용성을 평가하기 위해공내재하시험으로 측정된 변형계수와 상관성 분석을 실시하였다. 그리고 일축 압축강도 RQD, 절리상태 및 절리 간격, 지하수의 상태 등 RMR 분류에 적용되는 주요 분류요소 및 측정 심도 등을 독립변수로 가정하여 변형계수와의 상관성을 비교 분석하였다.
그리고 일축 압축강도 RQD, 절리상태 및 절리 간격, 지하수의 상태 등 RMR 분류에 적용되는 주요 분류요소 및 측정 심도 등을 독립변수로 가정하여 변형계수와의 상관성을 비교 분석하였다. 이를 통해 RMm을 이용한 변형계수 예측 시의 문제점과 주요 암반 특성치들이 변형계수에 미치는 영향을 간접적으로 파악화고자 하였다.
변형계수와 RMR 분류항목의 비교를 하기 전에 자료의 신뢰도를 확인하기 위한 유효성 검토 차원에서 RMR 값과 분류항목간의 상관성 분석이 선행되어야 할 것으로 판단되어 다음과 같이 검토하였다.
자료의 질이 우선 확보되어야 한다. 따라서 본 검토에서는 상기 자료 중에서 비교적 양호한 경향을 보이는 안산암 자료를 기준으로 검토하였다.
본 연구에서는 국내 현장에서 공내재하시험으로 측정한 변형계수와 RMR을 이용한 변형계수예측 시의의 문제점과 주요 암반 특성치들이 변형계수에 미치는 영향을 간접적으로 파악하고자 하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
본 연구에서는 RMR을 이용한 여러가지 변형계수추정 식들의 국내 암반에 대한 적용성을 평가하기 위해공내재하시험으로 측정된 변형계수와 상관성 분석을 실시하였다. 그리고 일축 압축강도 RQD, 절리상태 및 절리 간격, 지하수의 상태 등 RMR 분류에 적용되는 주요 분류요소 및 측정 심도 등을 독립변수로 가정하여 변형계수와의 상관성을 비교 분석하였다. 이를 통해 RMm을 이용한 변형계수 예측 시의 문제점과 주요 암반 특성치들이 변형계수에 미치는 영향을 간접적으로 파악화고자 하였다.
따라서, RMR 값을 이용한 변형계수의 추정 등 다양한 활용을 위해서는 어떻게 분류할 것인가를 결정해야 하는데 본 논문에서는 RMRso를 이용하여 암반 분류를 수행하였다.
그러나 사암 및 셰일의 경우 데이터 수가 부족하여 분석에서 제외하였으며, 화성암과 변성암 중에서 자료의 수가 많은 화강암, 안산암 그리고 편마암에 대해서 분석을 수행하였다.
성능/효과
본 연구에 이용된 자료는 국내 8개 현장에서 실시한공내재하시험의 결과로 응회암, 셰일, 사암 등의 퇴적암과 화강암, 안산암 등의 화성암, 그리고 편마암 및 화강편마암 등의 변성암 등 총 7가지 암종으로 그 분포가 다양하였다. 그러나 사암 및 셰일의 경우 데이터 수가 부족하여 분석에서 제외하였으며, 화성암과 변성암 중에서 자료의 수가 많은 화강암, 안산암 그리고 편마암에 대해서 분석을 수행하였다.
그림 2(a)는 화강암만의 자료로서 RMR과 변형계수 관계를 단순회귀분석을 통해 분석한 결과 전체 상관계수가 0.42 정도로 나타나 비교적 신뢰도가 떨어지는 것으로 분석되었다. 하지만 그림 2(b) 및 (c) 와 같이 안산암이나 편마암은 대체적으로 RMR값이 증가함에 따라 변형계수도 증가하는 경향을 보였으며 상관계수가 0.
표 1을 참조하면 RMR분류 항목별 RMR값에 영향을 미치는 산술적인 의미는 절리면 상태가 30점으로서 30%를, RQD 및 절리 간격이 20%의 영향이 있으며 일축 압축강도는 15점에 불과함을 알 수 있다. 즉, 전체적인 RMR값은 불연속면을 어떻게 평가하느냐가 좌우한다고 해도 과언이 아니다.
즉, 전체적인 RMR값은 불연속면을 어떻게 평가하느냐가 좌우한다고 해도 과언이 아니다. 또한, 각각의 분류항목별 RMR값과의 상관성분석을 수행한 결과 그림 3과 같이지수함수, 로그함수, 일차함수 등의 분포특성을 보임을 알 수 있다. 다만 항목별로 조사의 성격이 정량적인 항목과 정성적인 항목이 있으므로 절리상태 및 지하수는 점수로 표현하였으며, 일축 압축강도, RQD, 절리 간격은 정량적 측정자료로서 활용하는 것이 신뢰성이 증가하는 것으로 나타났다.
또한, 각각의 분류항목별 RMR값과의 상관성분석을 수행한 결과 그림 3과 같이지수함수, 로그함수, 일차함수 등의 분포특성을 보임을 알 수 있다. 다만 항목별로 조사의 성격이 정량적인 항목과 정성적인 항목이 있으므로 절리상태 및 지하수는 점수로 표현하였으며, 일축 압축강도, RQD, 절리 간격은 정량적 측정자료로서 활용하는 것이 신뢰성이 증가하는 것으로 나타났다.
검토 결과, 본 연구에 사용한 자료는 항목별로 RMR 값에 합리적으로 적용된 것으로 사료되며, 변형계수와 각각의 항목을 검토하는데 충분한 가치가 있는 것으로 판단된다. 그러나, 지하수의 경우 시추자료로 RMR을평가하는 것은 한계가 있을 것으로 사료되므로 RMR” 또는 김교원의 연구에서와같이 배제(또는 통일) 하는것이 합리적일 것으로 판단된다.
또한, 암반의 변형계수는 암반 내 작용 응력 상태에도 영향을 받을 수 있으며, RMR 분류 시 고려되지 않은 측정 심도와 암반의 변형계수의 상관성을 분석한 결과 그림 6과 같이 상관성은 크지 않았다. 이는 심도별 암반 상태가 매우 불규칙하기 때문으로 판단된다.
1) 기존의 제안 식과 비교해 보았을 때, 김교원의 제안 식이 측정값과 비교적 잘 일치하였고, Mohammad의 식은 RMR 값이 50 이하인 경우 측정값에 비해 너무 큰 값을 추정하여 국내 현장에 적용 시 주의를 기울여야 할 것으로 판단된다.
2) RMR을 이용한 기존의 변형계수 제 안식들은 검토 현장의 측정자료에 비해 대부분 변형계수를 크게 예측하고 있음을 알 수 있었다. RMR 분류 자체의 신뢰성 문제와 RMR 분류 요소들이 변형계수에 미치는 암반 특성치들의 영향을 합리적으로 반영하지 못하고 있다는 것에 원인이 있는 것으로 판단된다.
3) 일축 압축강도 RQD, 절리 상태, 절리 간격, 지하수 상태, 측정 심도를 주요 변수로 하여 암반의 변형계수에 미치는 영향에 대한 개개의 상관성 분석을 수행한 결과, RQD가 가장 높은 상관성을 보여 예비설계 단계에서 RQD만으로도 암반의 상태 및 변형계수를 추정할 수 있을 것으로 판단되며 절리 간격과 절리 상태의 경우 또한 암반 변형계수와 의상 관성이 비교적 높은 것으로 예상된다.
4) 일축 압축강도는 변형계수와 밀접한 관계가 있음에도 불구하고 RMR값에 미치는 영향이 적기 때문에 상관성이 낮았다. 따라서 상관성을 높이기 위해서는 일축압축강도의 배점에 신경을 써야 하고 일축압축강도 측정 시 주의가 필요하다고 판단된다.
5) 측정 심도와 암반 변형계수의 경우에는 변형계수와의 상관성이 너무 낮았으며, 이는 심도별로 암반 상태가 불균질하기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 단순히 측정 심도로 비교 평가하기에는 무리가 있으므로 독립변수로서의 단순 회귀분석이 아닌 암반의 강도 응력 상태, 절리 특성, 풍화 특성 등을 복합적으로 고려한 접근이 필요할 것으로 판단된다.
42 정도로 나타나 비교적 신뢰도가 떨어지는 것으로 분석되었다. 하지만 그림 2(b) 및 (c) 와 같이 안산암이나 편마암은 대체적으로 RMR값이 증가함에 따라 변형계수도 증가하는 경향을 보였으며 상관계수가 0.63 및 0.55로서 화강암보다 비교적 상관성이 큰 것으로 분석되었다. 광물학적 특성이 유사한 화강암과 편마암에서 상관성 차이를 보이는 것은 성인에 의한 암종 특성이라기 보다는 시험 위치에서의 풍화 상태 및 불연속면 특성 등 지반 특성에 따른 차이로 이해하는 것이 올바를 것으로 판단된다.
후속연구
따라서 상관성을 높이기 위해서는 일축압축강도의 배점에 신경을 써야 하고 일축압축강도 측정 시 주의가 필요하다고 판단된다. 또한 지하수의 경우 점수 배점으로 평가되므로 시추자료로 변형계수를 평가하는데 한계가 있을 것으로 사료되어 평가에서 제외시키는 것이 합리적일 것으로 판단된다.
6) 앞으로 변형계수 및 암반 특성에 관한 자료 확보 및 연구를 통해 암반의 풍화도 임 반의 간극률, 절리 특성 등에 관한 보다 복합적인 결과 도출을 위하여 다변량 중 회귀 분석 등과 같은 다양한 접근을 통한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
63인 자료로 세부 항목을 검토함에 상관성(Relative error)이 누적되어 신뢰도가 떨어진 것으로 판단된다. 따라서 각각의 분류항목과 변형계수 관계를 정의하긴 어려우나 RQD만큼은 확실한 결과를 보여주고 있음을 알 수 있으므로 여비설계단계에서 시추조사에 의한 RQD만으로도 암반의 상태 및 변형계수를 추정할 수 있을 것으로 기대된다.
즉, 이러한 영향을 단순히 측정 심도로 비교하기에는 무리가 있고 암반의 강도 및 응력 상태, 절리 특성, 풍화 특성 등에도 복합적으로 영향을 미치므로 본 연구에서와 같이 독립변수로 단순화하여 변형계수와 상관관계를 비교하는 데는 오류가 있을 수 있다는 것이다. 그러나 측정 심도가 깊어질수록 암반의 변형 특성은 분명히 영향을 받으므로 이에 대한 평가가 있어야 할 것이며, 독립변수로서의 단순 회귀분석이 아닌 다변량 중 회귀분석 등을 통한 접근 방법이 필요할 것으로 판단된다.
따라서 단순히 측정 심도로 비교 평가하기에는 무리가 있으므로 독립변수로서의 단순 회귀분석이 아닌 암반의 강도 응력 상태, 절리 특성, 풍화 특성 등을 복합적으로 고려한 접근이 필요할 것으로 판단된다.
대림산업(주)(2000), '중앙선 덕소-양소간 복선전철 건설공사 지반조사 보고서', pp. 144-145
대림산업(주)(2002), '전라선 성산-신풍간 철도 개량 건설공사 지반조사 보고서', pp. 143-145, 150-156
삼성물산 건설부문(2002), '전라선 성산-신풍간 철도개량 건설공사 지반조사 보고서', pp. 108-124
신희순(1988), '토목기술자를 위한 암반공학(V-I)', 한국지반공학회지, Vol. 14, No. 6, pp. 169-190
이인모(2001), '암반역학의 원리', 도서출판 새론, pp. 21-40. 194-204
정형식(2004), '토목기술자를 위한 암반역학', 도서출판 새론, pp. 33-34, 201-209, 303-321
Aydan, O., Ulusay R. and Wawamoto T.(I997), 'Assessment of rock mass strength for underground excavations', The 36th US Rock Mechanics Symporsium, pp. 777-786
Barton, N., Loset, F., Lien, R. and Line, J.(1980), Application of Q-system in Design Decisions Concerning Dimensions and Appropriate Support for Underground Installations, Subsurface Space, Pergamon pp. 553-561
Barton, N., By, T.L., Chryssanthakis, P., Tunbridge, L., Kristiansen, J., Loset, F., Bhasin, R.K., Westerdahl, H. and Vik, G.(I992), 'Comparison of Prediction and Performance for 62m Span Sports Hall in Joined Gneiss', 4th International Rock Mechanics and Rock Engineering Conference, Torino, Italy, pp. 17.1-17.15
Barton, N.(I993), 'Application of Q-system and Index Tests to estimate Shear Strength and Deformability of Rock Masses', Workshop on Norwegian Method of Tunnelling, New Delhi, India, pp. 66-84
Bieniawski Z.T.(I976), Rock mass classification in rock engineering, Proc. of symposium on Exploration for Rock Engineering, Vol. 1, pp. 97-106
Bieniawski Z.T.(1978), Determining rock mass deformability: experience from case histories, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 15, pp. 237-247
Bieniawski, Z.T. (1989), 'Engineering Rock Mass Classifications', pp. 51-64
Mohammad, N., D. J. Reddish and L. R. Stace(1997), The Relation between in-situ and laboratory Rock Properties used in Numerical Modelling(Technical Note), International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geological Engineering, pp. 181-202
Serafim J. L., Pereira J.P.(I983), Considerations on the Geomechanical classification of Bieniawski, International Proceedings of the Symposium on Engineering Geology and Underground Openings, Lisbon, Portugal, pp, 1133-1144
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