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문제 정의
- 많은 연구자들이 점 하중 강도지수에 대하여 연구한 성과는 보편적 적용(universal using)을 하기엔 오차 범 위가 너무 커서 실무 활용이 않되고 있는 실정인 바 이는 지질학적 생성 원인의 차이인 화성암, 변성암 및 퇴적암을 구분하지 않은 이유일 것이며 더욱이 같은 퇴적암에 대한 연구성과도 비슷하지 않은 원인은 퇴적 이력, 입 자구 조 및 광물 조성의 차이 때문일 것으로 사료되어 본 연구에서는 불확실성 원인을 해소하고자 연구 대상의 시료를 생성 원인과 퇴적 이력이 동일한 경상분지 하양층군에 속하는 퇴적암중 울산지 역에 분포된 사암과 셰일 및 이 암에 국한하였다.
제안 방법
- 건설공사 굴착 현장에서 임의의 암석 block의 암종, 외 형상의 암석조직, 색상 및 당해 현장에서 생산된 연암, 경 암의 발생비율을 고려하여 모집단으로서 군(group)을 대표할 수 있도록 채집하기 위하여 현장에서 먼저 geologic hammer와 Schmidt hammer로 개략적 조사 후에, 군별로 크기 40X50X30(cm) 정도으 block을 채취했다. 특히 풍화가 심한 연약암군은 공 시체 가공 중에 파손을 고려하여 2~3개씩 더 채취했다.
- 그리고 Is가 0인 경우에도 @>0인 모순이 내포되어 있다. 그래서 여기서는 oc <50MPa인 연약 암이 24.7% 이상 포함된 사암, 셰일 및 이 암 시료로 일축 압축강도 시험 (uniaxial compressive strength test-UCST)과 점 하중 강도시험(point load strength test-PLST) 결과를 연약 암에서도 결과 도출이 가능한 점 하중 시험법의 축 방향 시험 값(伐/Is )을)을 사용한 강도 비 (Oc/Is)로 해석하여 추정 식을 제시하였다.
- 상하 압축 면의 편평도는 diamond 편이 박힌 직경 4인 치 grinding disc를 사용하여 0.02mm를 목표로 연마하였다(ASTM D 2938-95, ISRM 1981). 아주 약한 암석은 연 마중에 양 단면의 파괴가 심하여 표준 편평도에 만족시키지 못한 시료도 많았다.
- 실내로 운반된 block을 H-beam(350X350X 12X2000)을 300mm 간격으로 평행하게 용접한 편평한 면에 click 밴드로 양단부를 고정시켜 층리 혹은 불연속면에 수직 되는 방향으로 NX-size로 coring 하였다(그림 3(a)). UCST용 시료는 직경이 54mm, 길이 110mm 기준으로 가공하였고, PLST(〃)용은 L/D = 1.
- 이와 같은 방법으로 전체 시료에 대해서 UCST 및 PLST의 결과를 통계적으로 정리하여 표 4에 요약하였고, 강도시험 결과를 표 5에 사암, 셰일 이 암별로 정리하였다.
- 준비한 공시 체에 대해서 지름과 길이를 측정하고, 수 침, 자연 건조 및 노 건조 과정마다 측정한 무게로 밀도, 비중, 함수비 및 흡수율 등을 구한 결과가 표 3이며 파괴시험은 공기 건조 상태로 실시하였다. 흡수율 시험은 미세기포 제거를 위하여 끓인 후 2t/m2 수압 조에서 48시간 수침시킨 후 측정한 값이다.
- 그래서 파괴시험 시(UTM-15MN 사용) spherical platen으로 축하 중의 편심을 방지했다. 직경 방향 및 죽 방향 변형율과 재하 하중 자료를 1초 간격으로 data logger로 읽어 자료를 정리하였으며 재하 -제하의 반복은 3회 이상씩 실시하였다. 파괴 순간에 입 자간의 점착력 이완으로 인하여 인장 파괴되는 양상 및 입자 간의 미끌림에 의한 전단파괴 양상이 전 파괴 면에 고루 분포되어 있는 현상을 볼 수 있었으며 강도가 높은 암석일수록 파괴음도 대단히 커서 취성파괴의 양상을 보였다.
- 채취한 시료에서 sand stone, arkose, wacke, grey wacke를 포함하는 사질암(arenaceous stone)을 편의상 사암으로 mud stone, silt stone, clay stone 이 포함된 argillaceousstone을 셰일(shale)로, 층리, 엽층리등의 흔적이 없는 argillaceous stone을 이 암으로 분류했다. 이는 건설 기술자들이 현장에서 퇴적암을 쉽게 구분하는 방법이기도 하다.
- 그림 1에서 AB 선은 양산단층을 표시하며 AB선 왼쪽은 화성암(화강암, 안산암) 분포지역이며 그 외 붉은색 지역 또한 화성암( 화강암, 응회암 및 규장암)분포지역 으로 이들을 제외한 파란색 지역이 퇴적암 지역이다. 퇴적암 지역을 면적 비와 사암, 셰일 및 이 암의 분포도를 고려하여 7개 군(group)으로 구분하여 사암, 셰일, 이 암, 신선암과 풍화 진행 암의 구성 비율에 따라 각 군에서 12~15개의 block을 채취하였다.
대상 데이터
- Block마다 채취 지점별로 사암, 셰일 및 이 암으로 분류하고 ASTM(D4513-85/91)에 준하여 공시체를 준비했 다. UCST용 공시 체는 길이 90mm 이하는 제외하고, L >2D인 것만 골라서 3개/조로 준비하였다.
- 실내로 운반된 block을 H-beam(350X350X 12X2000)을 300mm 간격으로 평행하게 용접한 편평한 면에 click 밴드로 양단부를 고정시켜 층리 혹은 불연속면에 수직 되는 방향으로 NX-size로 coring 하였다(그림 3(a)). UCST용 시료는 직경이 54mm, 길이 110mm 기준으로 가공하였고, PLST(〃)용은 L/D = 1.0 이상, ( ) 용은 L/D = 0.5 ~ 0.7 이상이 되도록 준비하였으며 준비된 시료 현황은 표 2와 같다.
데이터처리
- 더욱이 강도가 클수록 伐 축의 절편이 크게 나 오는 경향이 있어 참값과의 편차가 더 심할 수도 있다. 이러한 염려에서 이 연구에서는 강도 비(Oc/Is)를 통계적 방법으로 처리하여 각각의 암석에 따라 분석하여 표 8의 결과와 그림 5를 제시하였다. 식 (7), (8), (9) 및 (10) 은 각각 사암, 셰일, 이 암 및 퇴적암 전체에 대하여 강도 비로 도출한 상관식이다.
이론/모형
- Block마다 채취 지점별로 사암, 셰일 및 이 암으로 분류하고 ASTM(D4513-85/91)에 준하여 공시체를 준비했 다. UCST용 공시 체는 길이 90mm 이하는 제외하고, L >2D인 것만 골라서 3개/조로 준비하였다.
- 일축 압축강도의 보정은 ASTM(170-5)에 따라 식 (1)을 적용하였다.
성능/효과
- (3) 퇴적암에서 점 하중 강도지수로 일축 압축강도를 추정하는 데는, (50)//보다 Is(50)丄가 신뢰성이 더 높다.
- (4) 점 하중 강도지수로 일축 압축강도를 예측하기 위해서는 선형 회기 분석법 보다는 점 하중 강도지수의 축 방향 실험값을 적용한 강도 비 값의 신뢰성이 가장 높다.
- 34로 나타나며 이는 기초자료로 활용하기에 양호한 결과로 판단되며 표준편차 역시 같은 판단을 할 수 있는 자료라 할 수 있다. 더욱이 암석 전체의 Q/IJ/와丄 의 표준편차와 변동계수 값은 각기 4.79 및 0.20 이하로 시험 결과 분석을 위한 기초 자료로 활용하기에 적절하다고 할 수 있다.
- 직경 방향 및 죽 방향 변형율과 재하 하중 자료를 1초 간격으로 data logger로 읽어 자료를 정리하였으며 재하 -제하의 반복은 3회 이상씩 실시하였다. 파괴 순간에 입 자간의 점착력 이완으로 인하여 인장 파괴되는 양상 및 입자 간의 미끌림에 의한 전단파괴 양상이 전 파괴 면에 고루 분포되어 있는 현상을 볼 수 있었으며 강도가 높은 암석일수록 파괴음도 대단히 커서 취성파괴의 양상을 보였다.
- 그리고 p 및 SD는 각각 상관계수 및 표준편차이다. 표 6에서 oc-Is 선형 회기 분석 결과는 상관계수, 표준편차 및 변동계수 값이 ISRM, ASTM 및 여러 연구자가 제안한 점 하중 강도지수의 직경 방향 실험값과 일 축 압축강도(公 - 1 /) 관계보다 축 방향 실험값과 일축 압 축강도(Oc-Is丄)관계가 추정오차가 더 적음을 알 수 있다. 그리고 원주형으로 제작한 공시 체에 겉보기에는 흠 결이 발견되지 않아 약면 방향으로 셋팅하여 재하하는 순간 파괴되는 것도 많았다 (1丿/=0).
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