선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이 연구에서는 하나의 절리면 내에서 표면의 형상이 다양한 높이를 보여서 측정되는 단면의 위치에 따라 JRC의 값이 달라지는 시료를 대상으로, 이 절리면을 대표하는 JRC를 결정하는 방법을 분석하였다. 또한 이렇게 구해진 절리면을 대표하는 JRC 값을 이용하여 Barton의 관계식에서 절리면의 전단강도를 추정하였고, 절리면 전단시험에서 구한 전단강도와 비교, 분석하였다.
제안 방법
- 9개의 절리면을 대상으로 복제된 석고시료에 대하여 최대 수직응력을 0.5 MPa 정도로 하여 8 단계의 수직응력 수준에서 직접전단시험을 실시하였다. Fig.
- Barton and Choubey (1977)가 제안한 표준 거칠기 단면과 각 단면에 대한 JRC 값을 수정하는 것은 이 논문의 범위를 벗어나는 것으로 판단하여, 절리면에서 표준거칠기 단면을 이용하여 측정한 JRC 값과 절리면 전단시험에서 측정된 JRCR을 비교하여 수정계수를 제안하고자 한다. 먼저 절리면 전단시험에서 역산된 거칠기 계수인 JRCR은 전단강도를 정확히 반영하고 있으므로 JRCR과 JRC의 관계를 JRCR= f • JRC로 정의하고, f를 수정계수라고 하였다.
- Barton의 전단강도 관계식은 전단강도 시험 시 획득된 모든 수직응력-전단응력 자료에 최적인 곡선의 식으로 정의되므로, 절리면 직접전단시험 결과에 가장 잘 맞는 Barton의 전단강도 곡선의 JRC 값을 계산하였고, 이때의 JRC 값을 로 정의하였다. 각 시료에서 구해진 은 Table 3과 같으며 와는 0.
- 절리면 전단시험은 일정한 수직하중 하에서 절리면 상반을 수평 방향으로 정변위 전단을 시키면서 수행되었고, 시료가 전단변형하는 동안 전단변위에 따른 전단응력을 기록하였다. 각각의 시료에는 약 0.05 MPa, 0.12 MPa, 0.17 MPa, 0.22 MPa, 0.33 MPa, 0.38 MPa, 0.43 MPa 및 0.51 MPa 정도의 8단계의 수직응력을 적용하였으며, 전단응력이 최대를 보인 후 최소한 5mm 이상의 전단변위를 발생시킨 후 시험을 종료하였다. 단일 시료에 대하여 여러 단계의 수직응력을 가하면 전단변형 시 시료의 거칠기가 파괴되어 높은 수직응력 단계에서는 아주 낮은 전단응력이 측정될 수 있으므로, 각 수직응력 단계마다 새로운 복제 시료를 사용하여 동일한 거칠기 상태에서 모든 전단시험을 실시하였다.
- 51 MPa 정도의 8단계의 수직응력을 적용하였으며, 전단응력이 최대를 보인 후 최소한 5mm 이상의 전단변위를 발생시킨 후 시험을 종료하였다. 단일 시료에 대하여 여러 단계의 수직응력을 가하면 전단변형 시 시료의 거칠기가 파괴되어 높은 수직응력 단계에서는 아주 낮은 전단응력이 측정될 수 있으므로, 각 수직응력 단계마다 새로운 복제 시료를 사용하여 동일한 거칠기 상태에서 모든 전단시험을 실시하였다.
- 이 연구에서는 하나의 절리면 내에서 표면의 형상이 다양한 높이를 보여서 측정되는 단면의 위치에 따라 JRC의 값이 달라지는 시료를 대상으로, 이 절리면을 대표하는 JRC를 결정하는 방법을 분석하였다. 또한 이렇게 구해진 절리면을 대표하는 JRC 값을 이용하여 Barton의 관계식에서 절리면의 전단강도를 추정하였고, 절리면 전단시험에서 구한 전단강도와 비교, 분석하였다. 절리면에서 구한 JRC 값으로 추정한 전단강도는 절리면 전단시험에서 측정한 전단강도와 상당한 차이를 보이기 때문에, 절리면에서 구한 JRC를 이용하여 정확한 전단강도를 추정할 수 있는 새로운 관계식을 제안하였다.
- 1). 모든 시료에 30개의 일차원적인 평행선을 그은 후, 각 선의 단면형상에 대하여 Tse and Cruden (1979)이 제시한 관계식을 이용하여 정확한 JRC를 계산하였으며, 30개 단면의 JRC 산술평균이 가장 낮은 G-1부터 가장 높은 G-19까지 순차적으로 시료에 번호를 부여하였다.
- 모든 시료의 중앙에 해당하는 15번째 단면(50mm 지점) 과 중앙에서 양쪽으로 중간지점인 8번(29mm 지점)과 22번 단면(71 mm 지점)의 JRC 값을 평균하여 3단면의 JRC 평균값으로 계산하였고, 위의 방법을 확대하여 7단면, 15단면, 30단면의 JRC 평균값을 계산하였다. Table 1은 모든 시료에서 측정된 JRC의 최대값 및 최소값, 3 단면, 7 단면, 15 단면 및 30 단면의 JRC 평균값을 보여준다.
- 강원도 춘천시, 홍천군 일대에 분포하는 편마암, 편암 및 화강암의 절리면을 대상으로 현장에서 프로파일 게이지(profile gage)를 이용하여 개략적인 거칠기를 측정한 후, Barton and Choubey (1977)의 표준 거칠기 단면(standard roughness profile)에 대비하여 측정된 JRC를 파악하여, JRC가 0∼20의 10개 범위에 고르게 분포하는 10 cm × 10 cm 넓이의 19개의 절리면 시료를 채취하였다. 이 후 채취된 시료에 대하여 실험실에서 정밀도 10의 레이저 스캐너(laser scanner)를 이용하여 가로 및 세로가 각각 0.1 mm인 측정간격으로 정밀하게 절리면의 형상을 수치화하여 측정하였다(Fig. 1). 모든 시료에 30개의 일차원적인 평행선을 그은 후, 각 선의 단면형상에 대하여 Tse and Cruden (1979)이 제시한 관계식을 이용하여 정확한 JRC를 계산하였으며, 30개 단면의 JRC 산술평균이 가장 낮은 G-1부터 가장 높은 G-19까지 순차적으로 시료에 번호를 부여하였다.
- 그러나 절리면 전단시험에서 측정된 전단강도는 절리면에서 측정된 JRC의 평균값을 사용하여 Barton의 관계식에서 추정된 전단강도보다 JRC가 낮은 시료에서는 높고, JRC가 중간인 시료에서는 거의 일치하는 반면에, JRC가 큰 시료에서는 낮은 값을 보인다. 이러한 현상을 보다 면밀히 분석하기 위하여 각각의 수직응력 단계에서 역산된 거칠기 계수, JRCC와 직접전단시험결과에 가장 잘 맞는 Barton의 전단강도 곡선을 만들어내는 거칠기 계수, JRCR을 산출하였다. JRCC와 JRCR은 0.
- 시료의 우측 일부는 높은 지형을 보이고 있으며 좌측 및 중앙 부분은 낮은 지형을 이루고 있어서 표면의 형상이 비교적 불규칙한 형태를 보인다. 이러한 형상의 절리면에서는 거칠기를 측정하는 위치에 따라 매우 다른 JRC 값을 보일 수 있기 때문에, 먼저 시료의 중앙에(50 mm 지점) 하나의 단면(scan line)을 설정한 후, 양쪽으로 3 mm 씩 이동하며 새로운 단면을 설정하여 합계 30개의 단면을 설정하였고, 각 단면에 대하여 Tse and Cruden (1979)의 관계식을 통한 JRC 값을 계산하였다(Fig. 3b). JRC 값은 단면의 위치에 따라 상당한 차이를 보여 35 mm 지점에서 최대인 20을, 86 mm 지점에서 최소인 9.
- 절리면 전단시험은 일정한 수직하중 하에서 절리면 상반을 수평 방향으로 정변위 전단을 시키면서 수행되었고, 시료가 전단변형하는 동안 전단변위에 따른 전단응력을 기록하였다. 각각의 시료에는 약 0.
- 또한 이렇게 구해진 절리면을 대표하는 JRC 값을 이용하여 Barton의 관계식에서 절리면의 전단강도를 추정하였고, 절리면 전단시험에서 구한 전단강도와 비교, 분석하였다. 절리면에서 구한 JRC 값으로 추정한 전단강도는 절리면 전단시험에서 측정한 전단강도와 상당한 차이를 보이기 때문에, 절리면에서 구한 JRC를 이용하여 정확한 전단강도를 추정할 수 있는 새로운 관계식을 제안하였다.
- 절리면의 JRC를 정량적으로 분석하기 위하여 레이저 스캐너를 이용하여 19개 절리면의 형상을 수치화하여 정밀 하게 측정한 후, 각 시료에서 30개의 일차원 단면에서 Z2를이용하여 JRC를 계산하였다. JRC 값은 단면의 위치에 따라 매우 큰 차이를 보이고 있으나 3개 이상 단면의 JRC 평균값은 단면 수가 증가하여도 거의 유사하여, 3개의 단면에서 측정된 JRC의 평균값은 절리면 전체의 JRC 평균값을 잘 대표할 수 있을 것으로 판단된다.
- 절리면의 거칠기에 따른 전단강도 특성을 고찰하기 위하여 9개의 절리면에 대해서 석고를 이용하여 각각 8개씩의 복제 시료를 제작한 후, 최대 수직응력을 0.5 MPa 정도로 하고 8단계의 수직응력 하에서 절리면 전단시험을 실시하였다. 수직응력이 증가됨에 따라 전단강도도 증가 하는 비교적 직선의 관계를 보이나 수직응력이 높아지면 전단강도가 직선의 관계보다 낮은 값을 보여, 일반적으로 알려진 절리면의 직접전단시험의 결과와 잘 부합한다.
대상 데이터
- 강원도 춘천시, 홍천군 일대에 분포하는 편마암, 편암 및 화강암의 절리면을 대상으로 현장에서 프로파일 게이지(profile gage)를 이용하여 개략적인 거칠기를 측정한 후, Barton and Choubey (1977)의 표준 거칠기 단면(standard roughness profile)에 대비하여 측정된 JRC를 파악하여, JRC가 0∼20의 10개 범위에 고르게 분포하는 10 cm × 10 cm 넓이의 19개의 절리면 시료를 채취하였다.
- 2). 시료 복제에는 취급하기가 용의하고, 압축강도가 매우 높으며, 일정기간 이후에는 강도의 변화가 없으며 표면이 정밀하게 복제되는 치과용 경석고(dental stone)가 사용되었으며, 절리면 복제와 동시에 3개의 일축압축강도 시험용 코아 시료를 제작하였다.
- 채취된 19개의 시료 중에서 JRC가 낮은 시료에서 높은 시료까지 고르게 분포하는 9개의 시료를 선택한 후, 각각의 시료에 대하여 실리콘 및 석고를 이용하여 절리면 전단시험을 위한 시료를 8개씩 복제하였다(Fig. 2). 시료 복제에는 취급하기가 용의하고, 압축강도가 매우 높으며, 일정기간 이후에는 강도의 변화가 없으며 표면이 정밀하게 복제되는 치과용 경석고(dental stone)가 사용되었으며, 절리면 복제와 동시에 3개의 일축압축강도 시험용 코아 시료를 제작하였다.
데이터처리
- 절리면 전단시험이 수행된 9개의 시료에서 측정된 전단 강도 값과 식 4의 수정된 전단강도 관계식에서 추정된 전단강도 값을 비교하였다(Fig. 7). 기존의 Barton의 관계식에서 보이는 오차는 거의 사라지고 수정된 관계식에서 추정된 전단강도는 전단시험에서 측정된 전단강도와 잘 일치함을 보여준다.
이론/모형
- Data from direct shear tests and best-fit curves obtained using Barton’s criterion (dashed lines) and modified Barton’s criterion (solid lines).
성능/효과
- 를이용하여 JRC를 계산하였다. JRC 값은 단면의 위치에 따라 매우 큰 차이를 보이고 있으나 3개 이상 단면의 JRC 평균값은 단면 수가 증가하여도 거의 유사하여, 3개의 단면에서 측정된 JRC의 평균값은 절리면 전체의 JRC 평균값을 잘 대표할 수 있을 것으로 판단된다.
- 3b). JRC 값은 단면의 위치에 따라 상당한 차이를 보여 35 mm 지점에서 최대인 20을, 86 mm 지점에서 최소인 9.7를 보여, 단일 절리면에서도 측정 위치에 따라 JRC 값이 매우 큰 차이가 날 수 있음을 보여준다.
- 먼저 절리면 전단시험에서 역산된 거칠기 계수인 JRCR은 전단강도를 정확히 반영하고 있으므로 JRCR과 JRC의 관계를 JRCR= f • JRC로 정의하고, f를 수정계수라고 하였다. JRCR과 JRC의 차이는 절리 거칠기가 낮은 시료에서는 큰 반면에 중간인 시료에서는 일치하고 절리 거칠기가 높은 시료에서는 다시 커지는 양상을 보이므로(Fig. 10), 수정계수는 JRC와 상관관계가 있을 것으로 판단하였다. 가로축을 JRC로 세로축에 수정계수를 놓은 후, 수정계수와 JRC를 거듭제곱 관계로 회귀 분석한 결과는 Fig.
- 7°를 적용하였다. JRC가 낮은 G-2, G-3 및 G-4시료에서 측정된 전단응력은 Barton의 관계식에서 추정된 전단강도보다 높은 값을 보이고, JRC가 중간인 G-7, G-10 및 G-12 시료에서 측정된 전단응력은 Barton의 관계식과 비교적 잘 일치하는 반면에, JRC가 높은 G-15, G-17 및 G-19 시료에서 측정된 전단응력은 Barton의 관계식보다 낮은 값을 보인다. 이러한 현상을 보다 면밀히 분석하기 위하여 각각의 수직응력 단계에서 측정된 전단응력에서 식 2를 사용하여 JRC을 역산하였다.
- Table 1은 모든 시료에서 측정된 JRC의 최대값 및 최소값, 3 단면, 7 단면, 15 단면 및 30 단면의 JRC 평균값을 보여준다. JRC의 최대값과 최소값의 차이는 G-1시료에서 0.3으로 가장 작은 반면에 G-11 및 G-17 시료에서 10.3의 가장 큰 차이를 보여, 하나의 절리면에서도 측정위치에 따라 JRC 값이 매우 큰 차이가 날 수 있음을 보여준다. 그러나 3 단면의 JRC 평균값은 0.
- 각각의 시료에서 구한 최대 마찰각은 Table 2와 Fig. 6에서 보여지며, 절리면에서 측정한 JRC의 평균과 최대 마찰각(Φp)은 Φp= 41.037 +1.046JRC의 직선의 관계를 보이며 상관도(R2)가 약 0.9255 정도로 비교적 양호한 상관성을 갖고 있으나, JRC가 큰 경우 다소 분산되거나 일치하지 않는 형태도 보인다.
- 9255 정도로 비교적 양호한 상관성을 보인다. 그러나 절리면 전단시험에서 측정된 전단강도는 절리면에서 측정된 JRC의 평균값을 사용하여 Barton의 관계식에서 추정된 전단강도보다 JRC가 낮은 시료에서는 높고, JRC가 중간인 시료에서는 거의 일치하는 반면에, JRC가 큰 시료에서는 낮은 값을 보인다. 이러한 현상을 보다 면밀히 분석하기 위하여 각각의 수직응력 단계에서 역산된 거칠기 계수, JRCC와 직접전단시험결과에 가장 잘 맞는 Barton의 전단강도 곡선을 만들어내는 거칠기 계수, JRCR을 산출하였다.
- 1의 범위를 보여, 단면 수가 증가하여도 거칠기의 범위는 차이가 크지 않음을 보여준다. 또한 모든 시료에서 3 단면의 JRC 평균값과 30 단면의 JRC 평균값의 차이는 1.0 이하의차이를보여, 하나의절리면에대하여 3개 정도의 단면에서 JRC 값을 구하여 평균값을 구하면 비교적 정확한 JRC의 평균값을 측정할 수 있음을 나타낸다.
- 절리면에서 측정된 거칠기 계수인 JRC를 이용하여 Barton의 관계식에서 정확한 전단강도를 추정하기 위하여, 절리면 전단시험에서 역산된 과 JRC의 관계를 JRCR = f • JRC로 정의하고 회귀분석한 결과, f = 3.15JRC−0.5로 분석되었다.
- 최대마찰각(Φp)은 JRC의 평균값과 Φp= 41.037 + 1.046JRC의 직선의 관계를 보이며 상관도(R2)가 약 0.9255 정도로 비교적 양호한 상관성을 보인다.
후속연구
- 이 수정계수 f를 적용하여 Barton의 전단강도 관계식을 #로 수정하여 제안하였고, 수정된 Barton의 전단강도 관계식은 이 연구에서 측정된 전단강도와 매우 잘 일치한다. 그러나 이 연구에서 실시된 절리면 전단시험은 암석에 비해 매우 연성인 석고 시료를 사용하였고 수직응력도 0.5 MPa 이하의 비교적 낮은 응력부분에서 실시되었으므로, 풍화되어 벽면의 강도가 저하된 절리면이나 수직응력이 비교적 낮게 작용되는 암반사면에 수정된 전단강도 관계식이 유효하게 적용될 것으로 판단된다.
- 또한신선할경우강도가높고취성을보이는암석이라도 풍화를 받으면 연성의 특성을 가지게 되고 강도가 낮아진다. 그러므로 석고를 사용하여 이 연구에서 제시된 수정된전단강도관계식은풍화암이나연암의특성을보이는절리면이나 수직응력이 비교적 낮게 작용되는 암반사면에서 전단강도의 예측에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
- 절리면 전단시험이 시행된 시료는 석고를 이용하여 동일한 조건에서 복제된 시료이므로 JCS와 Φb는 모든 시료에 동일한 값을 적용하였고, JRC에 따라 전단강도가 크거나 낮은 오차가 발생하기 때문에 절리면에서 측정된 JRC 값이 정확한 전단강도의 추정에 오차를 발생시키는 것으로 판단되었다 그러므로 Barton의 관계식을 이용하여 정확한 전단강도를 추정하기 위해서는 절리면에서 측정된 JRC 값을 수정할 필요가 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.