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문제 정의
- 이 연구는 (주)엔가드 문화재연구소와 문화재청 국립문화재연구소 문화재보존기술개발연구(R&D)사업의 지원을 받아 완성되었음을 명기하며, 각 기관의 행정, 기술 및 재정적 지원에 깊이 감사한다.
- 또한 문화재의 다양한 정보를 분석 및 해석할 수 있으며, 연차적으로 기록하는 것이 가능하다면 장기간 구조적인 안정성을 평가할 수 있는 자료로도 활용할 수 있다23,24. 이 연구에서는 마애불 암반의 3차원 영상자료에 구조적인 문제점을 야기할 수 있는 선구조 20여개를 표기하여 안정성을 분석하였다.
- 이 연구에서는 진천 사곡리 마애여래입상을 대상으로 구성암석의 재질특성을 밝히고, 풍화 및 훼손상태를 종합적으로 진단하였다. 또한 마애불이 조각된 암벽에 발달한 불규칙한 불연속면에 대해 구조적 안정성을 검토하였으며, 이를 근거로 마애불의 보존처리를 실시하였다.
제안 방법
- 5. 파괴 가능성이 높은 불연속면에 대해서는 보존처리를 실시하였다. 절리면 내부는 내시경과 탐침봉을 이용하여 절리 깊이를 확인한 뒤 에폭시수지(L-50)를 주입하여 완전히 충전하고 티타늄봉으로 암반의 내부까지 삽입하여 보강하였다.
- 6. 마애불 상부의 사면에서 빗물의 유입을 최소화하기 위해 U자형 측구를 이용하여 배수로를 설치하였으며, 마애여래입상의 관람에 지장이 없는 범위 내에서 주변 수목을 제거하였다. 또한 절리부위에 균열측정기를 설치하여 현재까지 지속적으로 모니터링하고 있다.
- 마애불 두상의 보강공정을 살펴보면, 먼저 절리 부위의 양쪽 하단을 에폭시수지(L-30)와 충전제(활석)를 혼합하여 봉한 뒤 상부에서부터 에폭시수지(L-50)를 주입하여 내부를 완전히 충진시켰다(Figure 7C). 그 다음에 우드락을 이용하여 절리면의 약 10cm 깊이에 바닥면을 만들고, 그 위에 충전제를 혼합한 에폭시수지(L-50)를 주입한 뒤 실리콘 실란트(상품명 : DOW CORNING 977)를 동종석분과 섞어 표면처리한 후에 고색처리 하였다(Figure 7D). 이 실리콘 실란트는 경화 후에도 탄력을 지니며, 자외선 등에 내성을 갖는 재질이다.
- 사곡리 마애여래입상은 산사면에 위치하여 집중호우 시 토사가 강수와 함께 흘러내려와 마애불에 직간접적인 훼손을 야기할 수 있는 환경에 놓여 있다. 따라서 마애불 상부의 산사면에 빗물의 유입을 최소화하기 위해 U자형 측구를 이용하여 배수로를 설치하였다(Figure 8A). 또한 상부의 절리면에 수목이 서식하여 암반의 기계적 풍화를 가속시키고 있으므로 관람에 지장이 없는 범위 내에서 전정 및 제거를 실시하였다(Figure 8B, 8C).
- 1 불연속면의 존재 유무는 암반사면의 안정성에 매우 중요한 영향을 미치며, 이러한 지질학적 특징들을 알아내는 것은 안정성 연구의 가장 중요한 부분 중 하나이다. 따라서 이 마애불에 발달된 불연속면의 주향과 경사를 WINDOW용 DIPS 프로그램에 입력하여 평사투영법에 의한 평면파괴, 전도파괴 및 쐐기파괴 안정성을 검토하였다.
- 절리면 내부는 내시경과 탐침봉을 이용하여 절리 깊이를 확인한 뒤 에폭시수지(L-50)를 주입하여 완전히 충전하고 티타늄봉으로 암반의 내부까지 삽입하여 보강하였다. 또한 마애불 두상의 전방도괴를 방지하기 위해 고강도 와이어로프를 설치하여 마애불 두상을 고정하였다. 마지막으로 동종석분과 활석, 무기안료를 혼합한 에폭표면처리하여 이질감이 없도록 마무리하였다.
- 지지봉을 삽입한 후에는 에폭시수지(L-50)로 고정하여 절리가 현재의 간격 이상으로 진행되지 않도록 하였다. 또한 마애불 두상의 전방도괴를 방지하기 위해 고강도 와이어로프를 설치하였다. 와이어로프는 두상의 좌우 암반에 앵커와 볼트를 고정시킨 후 이와 연결하는 방식으로 고정되었다(Figure 7F).
- 처리는 절리대의 세정과 접착 및 보강의 순으로 실시하였으며 마애불의 두상에 발달한 절리는 현재 상태로 고정하고 스테인리스 지지대를 설치하였다. 또한 마애불 상부의 수목을 제거하였으며, 빗물과 토사의 유입을 최소화하기 위해 U자형 측구를 이용하여 배수로를 만들고 주변의 환경을 정비하였다. 마지막으로 3D 스캐닝을 통해 마애불의 모습을 입체영상으로 자료화였다.
- 대자율 측정은 10-7 SI 단위의 측정 한계를 가진 SM-30 모델을 사용하여 측정하였고, 대자율의 크기는 10-3 SI 단위계를 사용하였다. 또한 마애불과 기반암에 발달된 불연속면의 응력을 해석하고자 불연속면의 주향과 경사를 측정하고 WINDOW용 DIPS 프로그램을 이용하여 암반사면의 구조적 안정성을 검토하였다.
- 이 연구에서는 진천 사곡리 마애여래입상을 대상으로 구성암석의 재질특성을 밝히고, 풍화 및 훼손상태를 종합적으로 진단하였다. 또한 마애불이 조각된 암벽에 발달한 불규칙한 불연속면에 대해 구조적 안정성을 검토하였으며, 이를 근거로 마애불의 보존처리를 실시하였다. 이 결과는 우리나라 마애불의 보존관리시스템 확립에 중요한 자료로 활용될 것이다.
- 따라서 마애불 상부의 산사면에 빗물의 유입을 최소화하기 위해 U자형 측구를 이용하여 배수로를 설치하였다(Figure 8A). 또한 상부의 절리면에 수목이 서식하여 암반의 기계적 풍화를 가속시키고 있으므로 관람에 지장이 없는 범위 내에서 전정 및 제거를 실시하였다(Figure 8B, 8C). 주변정리가 완료된 후에는 절리 부분에 균열측정기를 설치하여 현재까지 암반의 거동 및 균열 확장 여부를 지속적으로 모니터링하고 있다(Figure 8D, 8E).
- 마애불을 구성하는 암석을 대상으로 암석학적 요인에 의한 재질특성을 파악하기 위해 전암대자율을 측정하였다. 이 대자율은 물질이 자화될 수 있는 정도를 나타내는 지수로서 암석의 조암광물 중에 불투명 광물로 나타나는 자성 광물의 함량에 의해 크게 좌우된다.
- 그 후에 충전제(활석)를 혼합한 L-30을 완전히 충진시켜 마무리하였다. 마지막으로 동종석분과 충전제, 무기안료를 혼합한 L-50으로 표면처리하여 이질감이 없도록 하였다.
- 또한 마애불 두상의 전방도괴를 방지하기 위해 고강도 와이어로프를 설치하여 마애불 두상을 고정하였다. 마지막으로 동종석분과 활석, 무기안료를 혼합한 에폭표면처리하여 이질감이 없도록 마무리하였다.
- 이 영역에는 불연속면의 교선이 존재하는 것으로 보아 쐐기파괴의 가능성이 있는 것으로 판단된다. 보다 정밀한 정량적 평가를 위해 불연속면의 교선을 중심으로 불연속면의 위치를 확인하였다. 이 결과, 마애불 두상에 발달한 불연속면 7번과 18번이 파괴영역 안에서 서로 교차하고 있으며, 오른쪽 수인과 왼쪽 법의 부분에서 9번과 10번, 11번과 12, 13, 14번이 서로 교차하고 있다.
- 쐐기파괴의 가능성이 있을 것으로 예측된 마애불 두상에 발달한 불연속면에 대하여 내시경과 탐침봉을 이용하여 절리의 깊이를 확인하였다(Figure 7B). 이 결과, 두상 하단 약 30~40cm 정도가 암반과 붙어있어 현재의 상태로 고정하는 방법으로 처리방향을 결정하였다.
- 암석의 광물조성을 밝히고자 일부 시료에서 X-선 회절 분석을 실시하였다. 분석기기는 PANalytical사의 X'Pert PRO MPD이였고, X-선은 CuK 에 조건은 40kV와 30mA 이다.
- 또한 마애불 주변에 분포하는 동종의 기반암에서 암석학적 및 광물학적 분석용 시료를 채취하였다. 연구시료의 반 정량적인 광물조성, 상대적 함량, 조직 및 풍화에 의한 변질광물의 생성 등을 관찰하기 위해 자동계수기가 장착된 Nikon사의 Eclipse E600W 편광/반사 겸용 현미경을 이용하였다.
- 쐐기파괴의 가능성이 있을 것으로 예측된 마애불 두상에 발달한 불연속면에 대하여 내시경과 탐침봉을 이용하여 절리의 깊이를 확인하였다(Figure 7B). 이 결과, 두상 하단 약 30~40cm 정도가 암반과 붙어있어 현재의 상태로 고정하는 방법으로 처리방향을 결정하였다. 처리방법은 티타늄 재질의 지지봉을 삽입하여 석재용 에폭시수지로 고정시키는 것으로, 현재까지 진행된 균열에 대해서는 인위적인 면맞춤이나 기타의 처리를 하지 않고 현재의 모습을 유지시켜 균열의 진행을 방지하였다.
- 이 마애불이 위치한 암반을 대상으로 3D 스캐닝 시스템을 활용하여 3차원 영상분석을 실시하였다(Figure 6A). 3차원 영상의 획득은 레이저를 이용하여 대상 문화재의 3차원 좌표점으로 이루어진 데이터를 획득하는 것으로서, 현재의 상태를 정확하게 기록하여 저장하는 것이 가능하다.
- 이 마애여래입상에 발달한 크고 작은 균열이 더 이상 진행되지 않도록 하기 위해 에폭시수지(L-50)를 사용하여 보강하였다. 먼저 균열부를 깨끗이 세정ㆍ건조한 후에 L-50을 주사기로 주입하여 경화시켰다.
- 이 마애여래입상은 전체적으로 지의류와 선태류, 수목 등의 생물학적 피해가 심하여 2007년도에 세정을 실시하였으며, 이 과정에서 마애불과 주변암반에 발달한 절리에 의한 붕괴 가능성이 검토되어 2008년 5월에 2차 보존처리를 수행하였다. 처리는 절리대의 세정과 접착 및 보강의 순으로 실시하였으며 마애불의 두상에 발달한 절리는 현재 상태로 고정하고 스테인리스 지지대를 설치하였다.
- 이 암석의 지구화학적 특징과 풍화에 의한 구성원소의 변화를 살펴보기 위해 X-선 형광분석을 실시하여 주성분 원소를 정량하였다(Table 1). 이를 이용하여 화학적 풍화지수(CIA)와 풍화잠재지수(WPI)를 산출하였다13,14.
- 이 연구에서는 진천 사곡리 마애여래입상에 관한 사이트환경과 마애불의 풍화특성 및 훼손상태에 관한 정밀조사가 실시되었으며, 이를 근거로 보존처리를 수행하였다. 또한 마애불 주변에 분포하는 동종의 기반암에서 암석학적 및 광물학적 분석용 시료를 채취하였다.
- 이 마애불은 산중턱의 암반사면에 위치하고 있어 주변의 일조량을 방해하는 수목으로 인하여 습도가 높은 환경에 노출되어 있다. 전체적으로 지의류와 선태류, 수목 등의 생물학적 피해가 심하여 2007년도에 세정작업을 수행하였으며, 이 과정에서 마애불과 주변암반에 발달한 균열 및 불연속면에 의한 붕괴 가능성이 검토되어 보존과학적 진단을 통해 보존처리를 실시하게 되었다.
- 지지는 티타늄봉으로 암반의 내부까지 삽입되도록 지름 10mm, 길이 30cm로 제작하였으며 두상의 상부와 하부에 4곳을 선정하여 천공 후 삽입하였다(Figure 7E). 지지봉을 삽입한 후에는 에폭시수지(L-50)로 고정하여 절리가 현재의 간격 이상으로 진행되지 않도록 하였다.
- 지지는 티타늄봉으로 암반의 내부까지 삽입되도록 지름 10mm, 길이 30cm로 제작하였으며 두상의 상부와 하부에 4곳을 선정하여 천공 후 삽입하였다(Figure 7E). 지지봉을 삽입한 후에는 에폭시수지(L-50)로 고정하여 절리가 현재의 간격 이상으로 진행되지 않도록 하였다. 또한 마애불 두상의 전방도괴를 방지하기 위해 고강도 와이어로프를 설치하였다.
- 이 마애여래입상은 전체적으로 지의류와 선태류, 수목 등의 생물학적 피해가 심하여 2007년도에 세정을 실시하였으며, 이 과정에서 마애불과 주변암반에 발달한 절리에 의한 붕괴 가능성이 검토되어 2008년 5월에 2차 보존처리를 수행하였다. 처리는 절리대의 세정과 접착 및 보강의 순으로 실시하였으며 마애불의 두상에 발달한 절리는 현재 상태로 고정하고 스테인리스 지지대를 설치하였다. 또한 마애불 상부의 수목을 제거하였으며, 빗물과 토사의 유입을 최소화하기 위해 U자형 측구를 이용하여 배수로를 만들고 주변의 환경을 정비하였다.
- 이 결과, 두상 하단 약 30~40cm 정도가 암반과 붙어있어 현재의 상태로 고정하는 방법으로 처리방향을 결정하였다. 처리방법은 티타늄 재질의 지지봉을 삽입하여 석재용 에폭시수지로 고정시키는 것으로, 현재까지 진행된 균열에 대해서는 인위적인 면맞춤이나 기타의 처리를 하지 않고 현재의 모습을 유지시켜 균열의 진행을 방지하였다.
대상 데이터
- 이 연구에서는 진천 사곡리 마애여래입상에 관한 사이트환경과 마애불의 풍화특성 및 훼손상태에 관한 정밀조사가 실시되었으며, 이를 근거로 보존처리를 수행하였다. 또한 마애불 주변에 분포하는 동종의 기반암에서 암석학적 및 광물학적 분석용 시료를 채취하였다. 연구시료의 반 정량적인 광물조성, 상대적 함량, 조직 및 풍화에 의한 변질광물의 생성 등을 관찰하기 위해 자동계수기가 장착된 Nikon사의 Eclipse E600W 편광/반사 겸용 현미경을 이용하였다.
- 분석기기는 PANalytical사의 X'Pert PRO MPD이였고, X-선은 CuK 에 조건은 40kV와 30mA 이다.
- 여기에 사용된 에폭시수지는 접착용 에폭시수지 L-30의 충전 기능을 보강하여 개발된 충전용 에폭시수지 L-50을 사용하였다. 이 에폭시수지(L-50)는 국립문화재연구소에서 (주)풍림산업과 공동으로 석재의 넓은 이격부위에 충전용으로 개발된 제품이다.
- 이는 암석의 재질을 특징지어 동질성을 파악하는 효과적인 방법으로 국내외 석조문화재 산지를 해석하는데 적용되어 문화재의 원형복원에 활용되어 왔다16,17,18,19,20,21,22. 이 마애불의 대자율 측정은 마애불과 마애불 주변 암반을 대상으로 하였다. 측정결과, 대자율 값은 0.
- 이 마애여래입상은 충청북도 진천군 사곡리에 있는 마애불로 1982년 12월 17일에 충청북도 유형문화재 제124호로 지정되었다. 이 마애불은 바위 한 면을 다듬어 몸 전체를 감싸는 듯한 커다란 광배를 만들고 그 안에 불신을 양각하였다(Figure 1A).
이론/모형
- 암석의 화학분석을 통한 주성분원소의 정량에는 X선 형광분석기(XRF)가 이용되었다. 대자율 측정은 10-7 SI 단위의 측정 한계를 가진 SM-30 모델을 사용하여 측정하였고, 대자율의 크기는 10-3 SI 단위계를 사용하였다. 또한 마애불과 기반암에 발달된 불연속면의 응력을 해석하고자 불연속면의 주향과 경사를 측정하고 WINDOW용 DIPS 프로그램을 이용하여 암반사면의 구조적 안정성을 검토하였다.
- 이 마애불이 조각되어 있는 암반의 사면방향은 주향이 N60˚W, 경사가 82˚NE이다. 마찰각은 조립질 화강암의 기본마찰각인 30˚를 적용하였다25. Figure 6D는 평면파괴를 도시한 것으로서, 마찰각보다는 크고 사면의 경사각보다는 작은 영역 중 사면의 주향과 ±20˚가 되는 영역이 파괴가 가능한 범위이다.
성능/효과
- 2. 이 마애여래입상의 구성암석은 담회색의 중립 내지 조립의 흑운모화강암이나 풍화작용을 받아 표면은 우백색을 띤다. 구성 입자의 크기는 대부분 5mm 이상으로 대체로 조립질이 우세한 편이며 장석류를 다량 함유하고 있다.
- 3. 이 마애불은 경사가 수직에 가까운 절리가 집중적으로 발달하여 심각한 구조적인 문제점을 보이고 있었다. 특히 두상에는 서로 다른 방향의 수직절리가 사교하여 암반과 최대 3cm 정도 분리되어 있으며, 마애불의 법의와 오른쪽 수인도 교차된 절리에 의해 부분적으로 유실되어 그 형태를 정확히 알 수 없다.
- 4. 마애여래입상이 조각된 암반에는 주로 두 방향의 주향(N50~70˚E, N20~40˚W)을 가진 절리계가 발달하고 있다. 이들은 서로 중첩 및 사교하여 암반사면의 구조적 불안정을 야기하고 있다.
- 또한 결정들 사이의 틈에는 자철석이 세립 내지 미립으로 공존하고 있다. 마애불 구성 암석의 X-선 회절분석 결과, 전형적인 화강암 조암광물인 석영, 사장석, 알칼리 장석이 동정되었다(Figure 3). 이 결과는 앞의 편광현미경 관찰 결과와도 일치하고 있으나, 구성광물의 풍화산물인 점토광물은 검출되지 않았다.
- 또한 마애불 상부의 수목을 제거하였으며, 빗물과 토사의 유입을 최소화하기 위해 U자형 측구를 이용하여 배수로를 만들고 주변의 환경을 정비하였다. 마지막으로 3D 스캐닝을 통해 마애불의 모습을 입체영상으로 자료화였다.
- 이들은 서로 중첩 및 사교하여 암반사면의 구조적 불안정을 야기하고 있다. 불연속면에 의한 불안정성을 분석한 결과, 이 암반은 평면파괴와 전도파괴의 가능성은 거의 없을 것으로 보이나 마애불의 두상과 수인, 법의부분에 쐐기 파괴의 가능성은 높은 것으로 분석되었다.
- 주성분원소의 조성은 전형적인 화강암의 조성 범위 내에 포함되며 모든 시료에서 거의 비슷한 주성분 함량을 보인다. 이 암석의 화학적 풍화지수는 53.03과 53.66으로 신선한 화강암에 비해 다소 높은 화학적 풍화도를 보이며, 풍화잠재지수는 -10.65와 -14.28로 화학적 풍화작용의 잠재력은 풍화지수에 비해 매우 높게 나타났다.
- 측정결과, 대자율 값은 0.010~0.046(×10-3 SI unit)의 범위로 매우 낮은 분포를 보이며 평균 0.029(×10-3 SI unit)를 나타냈다(Figure 4).
후속연구
- 또한 마애불이 조각된 암벽에 발달한 불규칙한 불연속면에 대해 구조적 안정성을 검토하였으며, 이를 근거로 마애불의 보존처리를 실시하였다. 이 결과는 우리나라 마애불의 보존관리시스템 확립에 중요한 자료로 활용될 것이다.
- 또한 절리부위에 균열측정기를 설치하여 현재까지 지속적으로 모니터링하고 있다. 이 마애불은 향후 집중강우 시 토사의 이동으로 인한 구조적인 문제점이 가중되지 않도록 체계적으로 관리되어야 할 것이다.
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