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문제 정의
- 따라서, 본 고에서는 화강암, 안산암 및 유문암을 대상으로 실험한 성과를 통계적으로 처리한 결과를 평가하여 Brazilian 시험성과를 매개로 하여 일축압축강도와 탄성 계수를 추정한 방법이 기존 방법들과 비교하여 그 실용성이 있음을 입증하고자 하였다.
- 시도하였다. 암석은 지질학적 생성 원인에 따라 강도에 대응하는 거동특성이 각기 다르기 때문에 화강암, 안산암 및 유문암별로 압열인장강도를 매개로 일축 압축강도와 탄성계수를 추정하는 식을 유도하여 점 하중 강도 법과 Schmidt hammer 타격시험법으로 유도한 추정 식들과 비교를 하여 그들의 우열성을 검토하기 위함이다.
- 기준으로 판단하기 위함이다. 즉 각 자료의 분포가 정규분포에 가깝게 전개되었는지, 분산이 과도하여 자료로서의 가치가 있는지를 판단하기 위함이다.
제안 방법
- 강도, 탄성계수, 점하중강도, 압열인장강도 및 Schmidt hammer 타격시험을 시행하여 얻은 결과값을 [표 3], [표 4],[ 표 5]에 요약하였다.
- 동일 브럭에서 생산된 시료로 일축압축시험, 압열인장시험, 점하중시험을 시행하기 위하 NX 기준 코어로 최소한 30개 이상이 확보되기 위하여 40x50x30cm(약 160kg/브럭)규격을 기준하여 채취하였다. 또한 이들 강도의 상관성 유지를 위하여 길이 28~31cm의 동일 코어에서 각 시험용 시료를 절단 생산하여 시험에 임하였다.
- 207 Nm-Sanyo Testing Machine-GSR, 자동기록)의 시방에 따라 보정을 한 후 시험에 임하였다. 또한 ASTM(D 5873-05), ISRM(1981b)의 권장에 따라 실험 이 시행되었으며 평균 40x50cm의 표면에 6cm간격의 격자를 표시한 후 표면 마모기로 평평하게 갈아서 각 격점에 타격을 하였다 H-빔 좌대 위에 암석 브럭을 클릭 밴드로 고정시킨 후 Schmidt hammer의 타격중 브럭의 흔들림이 없도록 하였다.
- 4 ton/분)에 파괴하중에 도달하도록 서서히 가압하였다. 상부 압축브럭과 하중봉 사이에 구형 회전 곡면판(spherical platen)을 삽입하여 축방향 하중전달의 편향을 방지하였다[그림 1(b)]. 파괴하중과 시료의 치수에 따라 식 (1)로 압열인장강도를 계산하였다.
- 이들 시료를 [표 1]에 요약하였다. 선정된 지점에 전개된 공사 현장의 발파, 혹은 절취된 암석중 현장을 대표할 수 있는 신선암과 풍화된 암석의 출토비율에 근접하도록 채취하기 위하여 Schmidt hammer 타격값으로 개략적인 강도분포를 고려하였다.
- 압 열인장강도를 매개로 일축압축강도와 탄성계수와의 상관성 분석을 시도하였다. 암석은 지질학적 생성 원인에 따라 강도에 대응하는 거동특성이 각기 다르기 때문에 화강암, 안산암 및 유문암별로 압열인장강도를 매개로 일축 압축강도와 탄성계수를 추정하는 식을 유도하여 점 하중 강도 법과 Schmidt hammer 타격시험법으로 유도한 추정 식들과 비교를 하여 그들의 우열성을 검토하기 위함이다.
- 압열시 가압폭이 원주상에서 약 10mm 정도가 되기 위하여 상, 하부 압축브럭 (upper, lower bearing block) 의내부 직경이 95mm가 되도록 스테인강 재료로 제작하여 시험을 시행하였다<ISRM-1978a, ASTM D 3967-95a). 시료의 길이는 54mm를 기준하였고 3개/조로 시험을 시행하여 평균값을 해석에 사용하였다.
- 압열인장강도 시험값을 매개로 하여 일축 압축강도와 탄성계수를 추정할 수 있는 경험식을 유도하였다. 압열인장강도, 점하중강도 및 Schmidt hammer 타격법으로 추정한 값들 중 어느 방법이 참값에 가장 가까운 값을 제시할 수 있는지를 비교 평가해 볼 필요가 있다.
- 유문암에서도 직경방향 재하로 얻은 자료값이 분산이 작아 이를 사용하여 해석하기로 한다.
- 공시체를 3개/조로 시험하였는데 분산이 심한것은 5~7개/조로 추가하여 시험을 실시하였다. 직경 방향 및 축방향 변형율과 재하하중 자료를 1초 간격으로 자료수신 프로그램으로 읽어 자료를 정리하였으며, 제하-재재하 반복은 3~8회씩 실시하였다. 응력-변형율 곡선에서 탄성계수는 마지막 재하의 파괴응력 1/2 지점의 접선 탄성계수로 산출하였다.
- 화성암군인 화강암, 안산암 및 유문암을 해석한 상관성 자료, 예측값과 실측값을 대비한 자료 및 통계적 신뢰성의 척도인 변동계수 자료를 정리하여 [표 6]에 요약하였다. 압열인장강도를 매개로 하여 일축 압축강도를 추정하는 각 암종별 식의 평균값에서 상관계수가 0.
대상 데이터
- UTM-200 ton(MT200S, M & T Korea)을 사용하였으며 구형 회전 곡면판으로 축하중의 편심을 방지하였다 [그림 1(a)]. 공시체를 3개/조로 시험하였는데 분산이 심한것은 5~7개/조로 추가하여 시험을 실시하였다.
- 일축압축강도용 시료는 ASTM(D4543-01, D2938-95)과 ISRM(1979)에 따라, 압열인장시험용 시료는 ASTM(D3967-95a)과 ISRM(1978a)에 준하여, 점하중시험용 시료는 ASTM(D5731-95)과 ISRM(1985)의 규정에 따라 가공되었다. 본 연구에 사용된 모든 시료는 공기건조 상태로 각종시험에 임하였다.
- 본 연구에서는 암석용으로 제작된 NR hammer(타격 Energy 2.207 Nm-Sanyo Testing Machine-GSR, 자동기록)의 시방에 따라 보정을 한 후 시험에 임하였다. 또한 ASTM(D 5873-05), ISRM(1981b)의 권장에 따라 실험 이 시행되었으며 평균 40x50cm의 표면에 6cm간격의 격자를 표시한 후 표면 마모기로 평평하게 갈아서 각 격점에 타격을 하였다 H-빔 좌대 위에 암석 브럭을 클릭 밴드로 고정시킨 후 Schmidt hammer의 타격중 브럭의 흔들림이 없도록 하였다.
- 화강암은 불국사계 8개 지점, 123개 브럭을, 대보화강암계 14개 지점, 198개 브럭을 선정 채취하였다. 안산암은 10개 지점에서 127개 브럭, 유문암은 4개 지점의 66개 브럭을 채취하였다. 이들 시료를 [표 1]에 요약하였다.
- 1995, 1:1000, 000)상에 표시된 전국의 대상암을 개략적 면적비례와 등거리 지점을 분할하여 각 암석 특성을 유지하며 전체를 대표할 수 있도록 계호!, 채취하였다. 화강암은 불국사계 8개 지점, 123개 브럭을, 대보화강암계 14개 지점, 198개 브럭을 선정 채취하였다. 안산암은 10개 지점에서 127개 브럭, 유문암은 4개 지점의 66개 브럭을 채취하였다.
이론/모형
- 0이상으로 가압하도록 규정하고 있다. 따라서 본 연구에서는 직경방향 가압법 (PLS//)으로 점하중강도를 산출하였다.
- 또한 이들 강도의 상관성 유지를 위하여 길이 28~31cm의 동일 코어에서 각 시험용 시료를 절단 생산하여 시험에 임하였다. 일축압축강도용 시료는 ASTM(D4543-01, D2938-95)과 ISRM(1979)에 따라, 압열인장시험용 시료는 ASTM(D3967-95a)과 ISRM(1978a)에 준하여, 점하중시험용 시료는 ASTM(D5731-95)과 ISRM(1985)의 규정에 따라 가공되었다. 본 연구에 사용된 모든 시료는 공기건조 상태로 각종시험에 임하였다.
성능/효과
- 또한 코어의 형상과 크기 및 규모에 따라 어느 특정 간접시험법을 선택해야 할 경우도 자주 있다. 개당 무게가 150~ 200gr되는 코어의 개수가 25~30개 정도가 된다면 점하중강도 시험법이나 L A 마모율 시험법을 적용할 수 있을 것이며, 20~50mm 두께의 시편 제작이 가능하면 Brazilian 시험법으로 간접추정이 가능할 것이다
- 세 가지 방법의 추정식에서 상관성, 근접성 및 변동계수는 매우 만족스러우며 그 중에서 압열인장강도를 매개로 일축압축강도와 탄성계수를 추정하는 방법은 신뢰성이 높은 또 다른 간접방법임을 확인 할 수 있다.
- 압열인장강도를 매개로 하여 일축압축강도를 추정할 식은 직선 회귀분석에서 최상의 상관성을 표출하고 있으며 상관계수는 0.992로 매우 높게 나오며 분산도 상대적으로 작았다.
- 우리나라에 산재한 화성암을 대표하는 화강암 321개브럭, 안산암 127개 브럭, 유문암 66개 브럭을 대상으로 각종 역학시험을 시행하여 압열인장강도를 매개로 하여 일축압축강도와 탄성계수를 추정할 경험식을 암종별로 유도하여 검정한 결과 압열인장강도를 매개로 하여 일축압축강도와 탄성계수를 추정한 식은 기존의 방법에 비해서 상관성과 신뢰성이 높게 도출되었음을 확인하였다.
- 유문암의 압열인장강도값을 매개로 일축압축강도와 탄성계수 추정을 위한 경험식을 도출하기 위하여 상관성을 해석한 직선 회귀분석에서 최적의 상관성을 보여주고 있다. 도출된 두 식에서 높은 상관성이 있음을 확인할 수 있었다.
- 직경방향 점하중강도(PLS(//))를 독립변수로, 일축 압축강도를 종속변수로 잡고 상관성 해석을 하면 직선 회귀분석에서 가장 좋은 상관계수를 얻을 수 있다.
후속연구
- 이점이 본 연구를 시행하게된 동기이며 이 연구의 일부분인 제1편(민덕기 등, 2008)에서 한국의 퇴적암중 사암과 셰일, 변성암에 속하는 편마암을 대상으로 Brazilian 시험을 매개로 일축압축강도와 탄성계수를 간접적으로 구하는 방법에서 좋은 상관성이 발견되어 후속 연구를 시도하게 되었으며 역시 한국의 화성암을 대표하는 화강암, 안산암 및 유문암을 대상으로 시행된 본 연구에서도 범용성이 있는 방법이란 확신이 서게 되었다. 따라서, 본 고에서는 화강암, 안산암 및 유문암을 대상으로 실험한 성과를 통계적으로 처리한 결과를 평가하여 Brazilian 시험성과를 매개로 하여 일축압축강도와 탄성 계수를 추정한 방법이 기존 방법들과 비교하여 그 실용성이 있음을 입증하고자 하였다.
- 여기서 각 시험방법과 암종에 따라 참값과의 근접성(Closeness, CN)을 대비하였다. 추정값에 대하여 실측값과 대비를 하여 발생한 오차 범위의 크기로 그 유용성을 평가할 수 있을 것이다. 실측값을 횡축에, 예측값을 종축에 적점하여 그 값이 실측값과 일치하면 평면좌표에서 Y=ax+b의직선식 기울기값 a=1.
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