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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 제주도 현무암에 대한 공학적 특성에 대하여 살펴보고자 한다. 먼저 서귀포시 성산읍 일대에 대한 시추를 실시하여 표선리 현무암, 조면암질 현무암 및 스코리아 시료를 채취하였으며, 모든 시료는 동일한 구역 내에서 채취하였다.
- 본 연구에서는 방향성을 잃지 않고 교란 및 훼손을 최소로 한 시료를 얻고자 하였으며, 오차를 최소로 하기 위하여 시료채취깊이를 표시하여 동일시험에는 1m 내의 동일 깊이의 시료를 사용하였다. 전술한 바와 같이 시료채취지 역에는 표선리 현무암, 조면암질 현무암, 비현정질 현무암, 감람석 현무암, 서귀포층, U층 등이 분포하고 있다.
- 본 연구에서는 제주도 현무암에 대한 공학적 특성을 조사하기 위하여 서귀포시 성산읍 일대의 표선리 현무암, 조면암질 현무암 및 스코리아 시료를 채취하였으며, 채취된 시료를 대상으로 흡수율시험, 비중시험, 암반투수시험, 슈미트해머시험, 탄성파시험 및 일축압축시험을 시험을 실시하였다. 이들 시험결과를 토대로 표선리 현무암, 조면암질 현무암 및 스코리아의 흡수율, 비중, 투수계수, 탄성파 속도, 일축압축강도를 조사 및 분석하였으며, 이들 결과를 정리하면 다음과 같다.
제안 방법
- 본 연구에서는 표선리 현무암, 조면암질 현무암 및 스코리아의 흡수율, 비중, 투수계수, 탄성파속도 및 일축압축 강도를 조사하기 위하여 흡수율시험, 비중시험, 암반투수 시험, 슈미트해머시험, 탄성파시험 및 일축압축시험을 실시하였다. 비중시험은 일반적인 암석의 비중측정방법인 표면건조포화상태의 비중시험법을 이용하였다.
- 암석의 압축강도를 측정하기 위하여 일축압축강도시험과 슈미트해머시험을 실시하였다. 일축압축시험은 암석시료에 축방향으로 압축력을 가한 후 파괴될 때의 하중을 측정하여 일축압축강도를 측정하는 것이며, 슈미트해머시험은 비파괴시험으로서 암석에 부딪칠 때 반발력을 측정하여 강도를 추정하는 것이다.
- 암석의 투수계수를 산정하기 위하여 강제 투수가 가능한 외압식 투수시험기를 이용하였다. Table 1은 각각의 암석에 대한 투수시험결과를 나타낸 것이다.
- 한편 Table 3은 슈미트해머의 반발치를 측정하기 위하여 동일한 위치에서 20회 타격을 실시한 결과이다. 이 가운데 최대 및 최소값을 제외하고 평균값을 산정하여 강도를 추정하였다. 슈미트해머의 평균 반발치는 표선리 현무암의 경우 42.
- 본 연구에서는 제주도 현무암에 대한 공학적 특성을 조사하기 위하여 서귀포시 성산읍 일대의 표선리 현무암, 조면암질 현무암 및 스코리아 시료를 채취하였으며, 채취된 시료를 대상으로 흡수율시험, 비중시험, 암반투수시험, 슈미트해머시험, 탄성파시험 및 일축압축시험을 시험을 실시하였다. 이들 시험결과를 토대로 표선리 현무암, 조면암질 현무암 및 스코리아의 흡수율, 비중, 투수계수, 탄성파 속도, 일축압축강도를 조사 및 분석하였으며, 이들 결과를 정리하면 다음과 같다.
- 이와 같이 채취된 시료를 대상으로 흡수율시험, 비중시험, 암반투수시험, 슈미트해머시험, 탄성파시험 및 일축압축시험을 시험을 실시하였다. 이들 시험결과를 토대로 표선리 현무암, 조면암질 현무암 및 스코리아의 흡수율, 비중, 투수계수, 탄성파속도, 일축압축강도를 조사 및 분석하였다. 현재까지 제주도 현무암의 공학적 특성에 대한 연구가 거의 없으므로 본 연구결과는 제주도 현무암에 대한 공학적 특성의 기본자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
- 먼저 서귀포시 성산읍 일대에 대한 시추를 실시하여 표선리 현무암, 조면암질 현무암 및 스코리아 시료를 채취하였으며, 모든 시료는 동일한 구역 내에서 채취하였다. 이와 같이 채취된 시료를 대상으로 흡수율시험, 비중시험, 암반투수시험, 슈미트해머시험, 탄성파시험 및 일축압축시험을 시험을 실시하였다. 이들 시험결과를 토대로 표선리 현무암, 조면암질 현무암 및 스코리아의 흡수율, 비중, 투수계수, 탄성파속도, 일축압축강도를 조사 및 분석하였다.
- 채취된 암석시료는 diamond thin-wall bit의 착탈이 가능한 코어링 기계를 이용하여 BX크기로 제작하였다. 그리고 공시체 제작에 적당한 크기로 자르는데 diamond cut-off saw를 사용하였으며, 공시체의 표면을 매끈하게 만들기 위하여 surface grinder를 사용하였다.
- 한편, 각각의 암석별 슈미트해머 반발치를 이용하여 일축압축강도 산정식을 제안하였다. 즉, 슈미트해머 반발치와 일축압축시험으로 구한 일축압축강도의 관계를 회귀분 석을 통하여 지수함수로 표현하였다.
- 5는 암반투수시험을 위하여 공시체 중앙에 드릴비트를 이용하여 천공한 모습이다. 한편, 압축강도를 측정하기 위하여 슈미트해머시험과 일축압축시험을 실시하였으며, Fig. 6은 일축압축시험기에 설치된 공시체의 모습을 나타낸 것이다.
- 이들 암석은 전면적의 90%이상을 차지한다. 화산활동에 있어서의 각 분출기는 대체로 다량의 현무암의 유출로부터 시작하여 안산암질 또는 조면암질로 이화되며 용암의 유출은 양적으로 감소되는 것과 동시에 다량의 화산쇄설물을 방출하였다.
대상 데이터
- 1은 본 연구에서 이용된 제주도 현무암의 시료채취 위치를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 시료채취 지역은 제주특별자치도 서귀포시 성산읍 일원에 위치하고 있으며 해발표고는 90.21m이다. 해안과의 직선거리는 약 3.
- 따라서 본 연구에서는 제주도 현무암에 대한 공학적 특성에 대하여 살펴보고자 한다. 먼저 서귀포시 성산읍 일대에 대한 시추를 실시하여 표선리 현무암, 조면암질 현무암 및 스코리아 시료를 채취하였으며, 모든 시료는 동일한 구역 내에서 채취하였다. 이와 같이 채취된 시료를 대상으로 흡수율시험, 비중시험, 암반투수시험, 슈미트해머시험, 탄성파시험 및 일축압축시험을 시험을 실시하였다.
- 본 실험에 사용한 암석시료는 침상장석감람석현무암(일명 표선리 현무암)으로서 제주도의 지형을 해안저지대, 한라산체, 기생화산으로 구분할 때 해안저지대에 해당하는 성산읍 지역에서 채취한 시료를 사용하였다. 제주도의 해안저지대를 형성하는 지역의 화산암 구성광물로는 감람석과 휘석이 주성분을 이루며, 불투명광물 티탄철광이 포함되어 있다.
- 그리고 공시체 제작에 적당한 크기로 자르는데 diamond cut-off saw를 사용하였으며, 공시체의 표면을 매끈하게 만들기 위하여 surface grinder를 사용하였다. 본 연구에 사용된 암석시편으로서 공시체의 직경은 43mm, 높이는 86mm로 제작하였다. Fig.
- 3은 시료채취지역에서 시추작업을 통하여 채취된 암석들을 나타낸 것이다. 이들 암석가운데 본 연구에서는 가장 많이 분포하고 있는 표선리 현무암과 조면암질 현무암을 선택하여 시험을 실시하였으며 비록 암석은 아니지만 중간에 협재되어 있는 스코리아층도 채취하여 시험을 실시하였다.
데이터처리
- 한편, 각각의 암석별 슈미트해머 반발치를 이용하여 일축압축강도 산정식을 제안하였다. 즉, 슈미트해머 반발치와 일축압축시험으로 구한 일축압축강도의 관계를 회귀분 석을 통하여 지수함수로 표현하였다. 암석의 일축압축강도 산정식은 식 (1)과 같이 기본형태로 나타낼 수 있다.
이론/모형
- 암석의 흡수율은 암석 시료의 공극 중에 물의 흡수능력을 말하며, 암석의 비중은 시료의 질량과 시료의 동일체적인 물의 질량과의 비를 의미한다. 본 연구에서의 비중은 천연산 슬레이트를 제외한 모든 천연산 석재의 비중시험 방법인 표면건조포화상태의 비중시험법을 이용하여 측정 하였다.
- 본 연구에서는 표선리 현무암, 조면암질 현무암 및 스코리아의 흡수율, 비중, 투수계수, 탄성파속도 및 일축압축 강도를 조사하기 위하여 흡수율시험, 비중시험, 암반투수 시험, 슈미트해머시험, 탄성파시험 및 일축압축시험을 실시하였다. 비중시험은 일반적인 암석의 비중측정방법인 표면건조포화상태의 비중시험법을 이용하였다. 암반투수 시험의 경우 강제투수방법의 외압식 암반투수시험기를 이용하였으며, Fig.
- 비중시험은 일반적인 암석의 비중측정방법인 표면건조포화상태의 비중시험법을 이용하였다. 암반투수 시험의 경우 강제투수방법의 외압식 암반투수시험기를 이용하였으며, Fig. 5는 암반투수시험을 위하여 공시체 중앙에 드릴비트를 이용하여 천공한 모습이다. 한편, 압축강도를 측정하기 위하여 슈미트해머시험과 일축압축시험을 실시하였으며, Fig.
성능/효과
- (2) 암석의 흡수율은 스코리아가 가장 크고, 조면암질 현무암이 가장 작은 것으로 나타났으며, 암석의 비중은 조면암질 현무암이 가장 크고, 스코리아가 가장 작은 것으로 나타났다. 즉, 암석의 종류와 상관없이 흡수율이 작을 경우 비중은 크게 나타나므로 암석의 흡수율과 비중은 서로 반비례관계가 있음을 알 수 있다.
- (3) 암석의 투수계수는 스코리아가 가장 크고, 조면암질 현무암이 가장 작은 것으로 나타났다. 그리고 탄성파 속도는 조면암질 현무암이 가장 크고, 스코리아가 가장 작은 것으로 나타났으며, 건설표준품셈의 분류기준에 의하면 표선리 현무암 및 조면암질 현무암은 보통암, 스코리아는 풍화암으로 구분된다.
- (4) 일축압축시험 및 슈미트해머를 이용한 일축압축강도 산정결과 조면암질 현무암이 가장 크고, 스코리아가 가장 작은 것으로 나타났다. 일축압축시험결과로부터 측정된 일축압축강도와 슈미트해머를 이용하여 추정된 일축압축강도를 비교한 결과 슈미트해머 반발치로 추정된 일축압축강도가 과대산정됨을 알 수 있다.
- (5) 슈미트해머 반발치와 일축압축시험으로 구한 일축압 축강도의 관계를 회귀분석을 통하여 슈미트해머 반발치를 이용한 일축압축강도 산정식을 제안하였으며, 이를 통하여 간편하게 일축압축강도를 산정할 수 있는 방법을 마련하였다.
- (3) 암석의 투수계수는 스코리아가 가장 크고, 조면암질 현무암이 가장 작은 것으로 나타났다. 그리고 탄성파 속도는 조면암질 현무암이 가장 크고, 스코리아가 가장 작은 것으로 나타났으며, 건설표준품셈의 분류기준에 의하면 표선리 현무암 및 조면암질 현무암은 보통암, 스코리아는 풍화암으로 구분된다.
- 79MPa이다. 따라서 조면암질 현무암의 일축 압축강도가 가장 크고, 스코리아의 일축압축강도가 가장 작은 것으로 나타났다.
- 2는 시료채취지역에 대한 지질도를 나타낸 것이다. 시료채취지역의 지표지질은 침상장석감람석현무암이 대부분 피복되어있는 것으로 나타나고 있으며, 밑으로 반상 휘석현무암과 장석현무암류가 분포하는 것으로 나타났다.
- 10은 건조상태에서 일축압축시험결과를 나타낸 것으로서 각각의 암석에 대하여 10회 시험을 실시하였다. 시험결과 일축압축강도는 표선리 현무암의 경우 30.00-54.57 MPa 범위에 있고 평균 41.19MPa이며, 조면암질현무암의 경우 170.43-193.22MPa 범위에 있고 평균 183.08MPa이다. 그리고 스코리아의 경우 16.
- 11은 슈미트해머 반발치를 이용하여 일축압축강도를 환산하는 곡선을 나타낸 것이다(Hudson and Harrison, 2000). 이를 이용하여 일축압축강도를 환산하면 표선리 현무암의 경우 63MPa, 조면암질 현무암의 경우 299MPa, 스코리아의 경우 30MPa로 나타났다. 따라서 일축압축강도와 동일하게 조면암질 현무암의 강도가 가장 크고, 스코리아의 강도가 가장 작음을 알 수 있다.
- (4) 일축압축시험 및 슈미트해머를 이용한 일축압축강도 산정결과 조면암질 현무암이 가장 크고, 스코리아가 가장 작은 것으로 나타났다. 일축압축시험결과로부터 측정된 일축압축강도와 슈미트해머를 이용하여 추정된 일축압축강도를 비교한 결과 슈미트해머 반발치로 추정된 일축압축강도가 과대산정됨을 알 수 있다.
- Table 2는 각각의 암석에 대한 탄성파 속도를 측정한 결과의 평균값을 나타낸 것이다. 측정된 탄성파 속도는 표선리 현무암의 경우 3.91-4.02km/sec범위에 있고, 조면암질 현무암의 경우 4.18-4.32km/sec범위에 있으며, 스코리아의 경우 2.62-2.70 km/sec에 범위에 있는 것으로 나타났다. 탄성파 속도는 조면암질 현무암이 가장 크고, 스코리아가 가장 작은 것으로 나타났다.
- 70 km/sec에 범위에 있는 것으로 나타났다. 탄성파 속도는 조면암질 현무암이 가장 크고, 스코리아가 가장 작은 것으로 나타났다. 건설표준품셈(한국지반공학회, 2003)의 분류기준에 의하면 표선리 현무암 및 조면암질 현무암은 보통암으로 구분할 수 있으며, 스코리아는 풍화암으로 분류할 수 있다.
후속연구
- 이들 시험결과를 토대로 표선리 현무암, 조면암질 현무암 및 스코리아의 흡수율, 비중, 투수계수, 탄성파속도, 일축압축강도를 조사 및 분석하였다. 현재까지 제주도 현무암의 공학적 특성에 대한 연구가 거의 없으므로 본 연구결과는 제주도 현무암에 대한 공학적 특성의 기본자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
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