국내 화강암의 지반공학적 특성 및 암반분류법과의 상관성에 관한 연구 Study on the Geotechnical Characteristics of Granite in Korea and their Correlation with Rock Classification Method원문보기
본 논문은 국내 여러 지역에서 수행된 도로, 철도 및 기타 토목공사를 위한 설계과정에서 이루어진 현지조사 및 시추공을 이용한 현장시험과 실내시험 및 암반평가가 이루어진 화강암의 자료들을 대상으로 물성 및 암반분류방법간의 상관관계에 대해 분석을 실시하였다. 실험실과 현지에서 측정된 화강암의 물성 중에 단위중량, 압축강도, 인장강도, 탄성파속도, 점착력 및 마찰각 그리고 탄성계수 및 변형계수에 대해 분석을 실시하였다. 이들 물성 중에서 압축강도와 각 요소들 사이의 상관관계에 대해서도 검토하였다. 국내 화강암을 대상으로 조사된 RQD, RMR 과 Q 시스템의 암반분류법간의 상관관계에 대해서도 분석을 실시하였고, 기존의 암반분류법간의 상관관계를 보다 간편화하여 상관관계식을 유도하였다. 그리고 현장에서 시추코어를 대상으로 측정된 RQD와 압축강도 값으로부터 RMR 값을 유도하였으며 또한 RMR값을 이용하여 현지암반 탄성계수를 유추하였다.
본 논문은 국내 여러 지역에서 수행된 도로, 철도 및 기타 토목공사를 위한 설계과정에서 이루어진 현지조사 및 시추공을 이용한 현장시험과 실내시험 및 암반평가가 이루어진 화강암의 자료들을 대상으로 물성 및 암반분류방법간의 상관관계에 대해 분석을 실시하였다. 실험실과 현지에서 측정된 화강암의 물성 중에 단위중량, 압축강도, 인장강도, 탄성파속도, 점착력 및 마찰각 그리고 탄성계수 및 변형계수에 대해 분석을 실시하였다. 이들 물성 중에서 압축강도와 각 요소들 사이의 상관관계에 대해서도 검토하였다. 국내 화강암을 대상으로 조사된 RQD, RMR 과 Q 시스템의 암반분류법간의 상관관계에 대해서도 분석을 실시하였고, 기존의 암반분류법간의 상관관계를 보다 간편화하여 상관관계식을 유도하였다. 그리고 현장에서 시추코어를 대상으로 측정된 RQD와 압축강도 값으로부터 RMR 값을 유도하였으며 또한 RMR값을 이용하여 현지암반 탄성계수를 유추하였다.
In this study, we analyzed physical properties of granites and their correlation with rock mass classification methods. The granite samples were obtained from field survey, in-situ borehole tests and laboratory tests for a design phase of various roads, railways and other civil engineering works in ...
In this study, we analyzed physical properties of granites and their correlation with rock mass classification methods. The granite samples were obtained from field survey, in-situ borehole tests and laboratory tests for a design phase of various roads, railways and other civil engineering works in Korea. Among the measured physical properties, the results of unit weight, compressive strength, tensile strength, seismic velocity, cohesion, friction angle, elastic modulus and deformation modulus were introduced. We also correlated these properties with the compressive strength. The results of different rock classification method of RQD, RMR, and Q-system against the granites in Korea were compared with each other, and the correlation equations were proposed in a more simplified form. We also derived RMR values using the compressive strength as well as the RQD values of in-situ drilled cores, and estimated the deformation modulus of in-situ rock mass in terms of the RMR values.
In this study, we analyzed physical properties of granites and their correlation with rock mass classification methods. The granite samples were obtained from field survey, in-situ borehole tests and laboratory tests for a design phase of various roads, railways and other civil engineering works in Korea. Among the measured physical properties, the results of unit weight, compressive strength, tensile strength, seismic velocity, cohesion, friction angle, elastic modulus and deformation modulus were introduced. We also correlated these properties with the compressive strength. The results of different rock classification method of RQD, RMR, and Q-system against the granites in Korea were compared with each other, and the correlation equations were proposed in a more simplified form. We also derived RMR values using the compressive strength as well as the RQD values of in-situ drilled cores, and estimated the deformation modulus of in-situ rock mass in terms of the RMR values.
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문제 정의
RMR과 Q 분류법의 상관관계와 두 분류법의 중요한 요소로 사용되고 있는 RQD와 분류법간의 상관관계에 대하여 검토하였다. 선우춘 외(2002)는 암석 성인별로 분류법간의 상관관계에 대한 연구를 수행했지만, 본 연구에서는 국내 화강암을 대상으로 더 많은 자료들을 취합하여 분석하였다.
따라서 한 지점에서 암석의 특성을 파악한다는 것은 쉬운 일이 아니고 일부 시험을 수행했다고 할지라도 자료에 대한 확신을 갖는 것도 어렵다. 본 논문은 이러한 의미에서 국내 화강암의 특성을 알아보기 위해 국내 여러 지역에서 수행된 도로, 철도 및 기타 토목공사를 위한 현지조사 및 현장시험과 시추코어 대상의 실내시험 및 암반평가 등의 자료를 대상으로 분석이 이루어졌다.
본연구에서는 실험실과 현지에서 측정된 화강암의 물성중에 단위중량, 압축강도, 인장강도, 탄성파속도, 점착력 및 마찰각 그리고 탄성계수 및 변형계수에 대해 검토하였다.
암석성인별 암반분류법간의 관계에 대한 분석이 있었지만(선우춘 외, 2001), 본 논문에서는 특히 국내에 많이 분포하는 화강암(Fig. 1)을 대상으로 화강암 물성의 분포현황 및 물성간의 관계, 물성과 암반분류법과의 관계 그리고 암반분류방법간의 상관관계에 대해 분석을 실시하였다. 이 분석 중에는 국내에 분포하는 화강암 중 생성시대를 달리하는 중생대 쥬라기의 대보화강암과 신생대의 불국사화강암을 구분하여 분석한 부분도 있다(Fig.
제안 방법
국내 화강암에서 분석된 RQD, RMR 과 Q의 암반분류법간의 상관관계는 기존의 암반분류법간의 상관관계를 보다 간편화하여 다음과 같이 유도하였다.
실제 현장에서 시추코어를 대상으로 가장 많은 측정과 실험이 이루어지는 것이 RQD의 측정 및 압축강도이다. 따라서 시추코어에서 구해진 RQD의 측정 및 압축강도를 이용하여 RMR값을 구할 수 있도록 이들 요소간의 상관관계를 살펴보았다. 불국사화강암과 대보화강암을 분리한 상관관계에서 두 화강암 사이에 큰 차이를 보이지 않아 전체화강암에 대하여 분석하였다.
따라서 시추코어에서 구해진 RQD의 측정 및 압축강도를 이용하여 RMR값을 구할 수 있도록 이들 요소간의 상관관계를 살펴보았다. 불국사화강암과 대보화강암을 분리한 상관관계에서 두 화강암 사이에 큰 차이를 보이지 않아 전체화강암에 대하여 분석하였다.
1). 상관관계에 대한 분석은 화강암의 물성간의 관계 특히 압축강도를 중심으로 이루어졌고 암반분류과의 상관관계에서 현재 널리 사용되고 있는 Bieniawski의 RMR(1973)과 Barton외(1974)의 Q시스템간의 상관관계, 그리고 RQD와 두 개의 암반평가방법간의 관계에 대해 분석을 실시하였다.
실험실과 현지에서 측정된 화강암의 물성중에 단위중량, 압축강도, 인장강도, 탄성파속도, 점착력 및 마찰각 그리고 탄성계수 및 변형계수에 대해 검토하였다. 각 물성치들의 분포 현황은 Fig.
3은 각 요소들중에서 압축강도와 각 요소들 사이의 관계를 나타낸 것이다. 여기서는 우선 대보화강암과 불국사화강암을 구분하여 자료를 도시하였다. 압축강도와 인장강도(Fig.
성능/효과
이는 같은 압축강도에서 불국사화강암의 RQD값이 크다는 것을 의미하며, 또한 불연속면들의 간격이 넓다는 것을 의미한다. 따라서 후기에 생성된 불국사화강암이 이전에 생성된 대보화강암보다는 시기적으로 구조적인 작용을 적게 받았다는 것으로 해석할 수 있을 것이다.
압축강도의 증가와 함께 RQD, RMR 및 Q 값 모두 비례하여 증가하는 것을 볼 수 있고, 압축강도가 클수록 암반평가의 값이 높게 나오는 것을 볼 수 있지만 분산이 매우 크다. 전체적으로는 대보화강암이 불국사 화강암보다는 더 큰 값의 압축강도를 갖는 화강암의 분포가 많다는 것을 관찰 할 수 있다. 이것은 물성에서도 불국사 화강암이 대보화강암보다 더 낮은 탄성계수와 단위중량의 분포를 보이고 있어, 일반적으로 대보화강암보다 천층에서 생성된 불국사화강암은 등립질의 정도에 있어서도 대보화강암보다 낮고, 정동과 같은 구조들이 불국사 화강암에서 나타나 대보화강암과의 암상의 차이에 의한 판단과도 서로 상통할 수 있다.
압축강도의 증가와 함께 RQD, RMR 및 Q 값 모두 비례하여 증가하는 것을 볼 수 있고, 압축강도가 클수록 암반평가 값이 높게 나오는 것을 볼 수 있지만 분산이 매우 크다. 전체적으로는 대보화강암이 불국사 화강암보다는 더 큰 압축강도 값을 갖는 화강암의 분포가 많다는 것을 관찰할 수 있다(Fig. 6). 이것은 앞에서 언급한 물성에서도 불국사화강암이 대보화강암보다 더 낮은 탄성계수와 단위중량값의 분포를 보이고 있어, 일반적으로 대보화강암보다 천층에서 생성된 불국사화강암은 등립질의 정도에 있어서도 대보화강암보다 낮고, 정동과 같은 구조들이 불국사화강암에서 나타나 대보화강암과의 암상의 차이에 의한 판단과도 서로 상통할 수 있다.
탄성파 P파의 속도는 평균 4,100 m/sec이고 전체적으로 3,100∼5,100 m/sec(Fig. 2.c)이고, 화강암의 평균 단위중량은 2.6 g/cm3이고 전체적으로 2.5∼2.7 g/cm3(Fig. 2.d), 평균 점착력은 24 MPa 전체적으로 14∼34 MPa(Fig. 2.e), 평균마찰각은 약 54°를 전체적으로 48∼59°의 값을 나타내고 있다(Fig. 2.f).
탄성파 P파의 속도는 평균 4,100m/sec이며 전체적으로 3,100∼5,100 m/sec이고, 화강암의 평균 단위중량은 2.6 g/cm3이고 전체적으로 2.5∼2.7 g/cm3, 평균점착력은 24 MPa 전체적으로 14∼34 MPa, 평균마찰각은 약 54° 전체적으로 48∼59°의 값을 나타내고 있다.
화강암의 압축강도는 평균 약 125 MPa를 나타내며 전체적으로 60∼190 MPa의 값을, 인장강도는 평균 약 10 MPa이며 전체적으로 8∼14 MPa의 값을 나타내고 있다.
화강암의 압축강도는 평균 약 125 MPa를 나타내며 최대 300 MPa까지도 분포하지만 전체적으로 60∼190 MPa의 값을 나타내며(Fig. 2.a), 인장강도는 평균 약 10 MPa이며 전체적으로 8∼14 MPa의 값을 나타내고 있다(Fig. 2.b).
화강암의 탄성계수는 대부분 100 GPa이하의 값을 나타내며 평균 탄성계수는 약 90 GPa의 값 보이고 있고(Fig. 2.g), 평균 변형계수는 11 GPa이고 전체적으로는 23 GPa이하의 값을 보이며 탄성계수와 4배 정도의 차이를 나타낸다(Fig. 2.h와 Fig. 5).
7 g/cm3, 평균점착력은 24 MPa 전체적으로 14∼34 MPa, 평균마찰각은 약 54° 전체적으로 48∼59°의 값을 나타내고 있다. 화강암의 탄성계수는 대부분 100 GPa이하의 값을 나타내며 평균 탄성계수는 약 90 GPa이고, 평균 변형계수는 11 GPa, 전체적으로는 23 GPa이하의 값을 보이며 탄성계수와 4배 정도의 차이를 보이고 있다.
후속연구
따라서 시추코어를 대상으로 RMR 평가시에는 불연속면의 조건에 대한 평가요소값을 결정하기 어려운 경우가 많다. 그러나 시추코어를 대상으로 압축강도 측정과 RQD 측정이 많이 이루어지기 때문에 이 식을 이용하면 쉽게 RMR 값을 유추할 수 있을 것이다. 이것은 RMR 값의 최소값이 20으로 그 이하의 암반에서는 압축강도시험을 위한 시료형성이 어려운 암반을 나타낸다.
끝으로 실제 암반평가에서도 주간적인 관점이나 시험 등의 오차에 따라 같은 암반을 대상으로도 오차가 발생할 수 있는 부분이기 때문에 예측식의 사용에 있어서 이와 같은 편차는 항상 염두에 두어야 할 것이다. 앞으로도 이런 분석들은 자료들이 축적됨으로써 보다 좋은 상관관계들이 유도될 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지반공학적인 문제점을 취급할 때 무엇을 고려해야 하는가?
지반공학적인 문제점을 취급할 때는 지반의 불확실성, 다양성 그리고 불균질성을 고려해야 한다. 불확실성은 강도나 탄성계수와 같은 지반의 중요한 물성을 측정하기 힘들다는 문제에서 일어나고, 이러한 측정의 오차는 장비의 민감성이나 교정문제 등에서도 일어난다.
암반분류법의 장점은 무엇인가?
암반에는 여러 형태의 불연속면들의 존재가 암반의 물성을 좌우하기 때문에, 암석 및 암반을 대상으로 여러 종류의 시험을 실시하여도 그 결과를 암반이라는 물체의 역학적 성질과 직접 연결시키기가 매우 어렵다. 따라서 이러한 문제를 보완하기 위하여 일반적으로 암반분류를 실시하는데 암반분류법의 장점은 복잡한 암반을 비슷한 거동의 그룹으로 그룹화 하거나 또는 평점화하여 암반의 특성을 이해할 수 있는 기준을 마련해주고, 또한 공사와 관련된 대상 암반에 대한 이해를 높여주는 수단으로도 사용된다는 것이다.
일반적으로 어떤 문제를 보안하기 위해 암반분류를 실시하였는가?
터널, 지하공동, 댐, 사면, 광산, 장대교의 기초 등과 같이 여러 분야에서 암반을 대상으로 이루어지고 있으며, 이러한 암반에 대한 평가는 조사, 시공경험 및 암반 역학적인 판단을 기초로 하여 암반조건을 수치로 표시함으로써 능률적인 굴착과 지보대책 등 설계 및 시공에 필요로 하는 자료를 제공하는 주요한 작업이다. 암반에는 여러 형태의 불연속면들의 존재가 암반의 물성을 좌우하기 때문에, 암석 및 암반을 대상으로 여러 종류의 시험을 실시하여도 그 결과를 암반이라는 물체의 역학적 성질과 직접 연결시키기가 매우 어렵다. 따라서 이러한 문제를 보완하기 위하여 일반적으로 암반분류를 실시하는데 암반분류법의 장점은 복잡한 암반을 비슷한 거동의 그룹으로 그룹화 하거나 또는 평점화하여 암반의 특성을 이해할 수 있는 기준을 마련해주고, 또한 공사와 관련된 대상 암반에 대한 이해를 높여주는 수단으로도 사용된다는 것이다.
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