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문제 정의
- 본 연구에서는 직경방향 실험을 수행하였다. 전술한 바와 같이 직경방향 결과가 축방향에 비해 편차가 더 크긴 하지만, 시료를 준비할 때 축방향 시험법에 비해 직경방향 시험이 더 간편하기 때문이다.
제안 방법
- Min and Moon(2006)은 절편을 0으로 만들기 위해 원점 회귀분석을 이용하는 대신, 강도비(UCS/Is50)를 이용하여 만든 예측식을 제안하였다. 강도비를 이용하는 방법은 먼저 Is50와 이에 대응하는 UCS값을 이용하여 각 시료에 대한 각각의 강도비를 계산한다. 그 후 계산된 강도비의 분포에 따라 평균 혹은 중앙값을 변환계수로 사용하여 예측식을 도출한다.
- 강원도 정선군 임계면에 분포하는 석회암을 대상으로 UCS와 Is50 사이의 상관관계를 분석하고 회귀식을 도출하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 강도비를 이용하는 방법은 먼저 Is50와 이에 대응하는 UCS값을 이용하여 각 시료에 대한 각각의 강도비를 계산한다. 그 후 계산된 강도비의 분포에 따라 평균 혹은 중앙값을 변환계수로 사용하여 예측식을 도출한다.
- 그럼에도 불구하고 석회암의 공학적 특성과 관련된 연구는 미진한 실정이다. 본 연구에서는 강원도 정선 임계면에 분포하는 석회암을 대상으로 UCS와 Is50 사이의 상관관계를 규명하고 변환계수를 제안하였으며, 이 결과를 기존 연구 사례와 비교하였다.
- 전술한 바와 같이 직경방향 결과가 축방향에 비해 편차가 더 크긴 하지만, 시료를 준비할 때 축방향 시험법에 비해 직경방향 시험이 더 간편하기 때문이다. 실험 시 접촉점과 시험편의 끝부분 사이의 거리가 시험편 직경의 0.5배 이상이 되도록 하였으며, 유압으로 하중을 서서히 증가시켜 파괴가 10～60초 사이에 발생하도록 하였다(KSRM, 2007). 파괴하중은 로드셀을 이용하여 측정하였으며, 일축압축강도시험용으로 제작된 48개 시험편의 상･하부를 이용하여 제작된 총 96개의 시험편이 실험에 사용되었다.
- 회귀식의 절편이 크지 않고, 결정계수 값의 변화가 크지 않다면 절편이 0인 y=ax 형태의 회귀식이 더 큰 편의성을 지닐 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 원점 회귀분석과 강도비를 이용하여 회귀식을 도출하였다. Fig.
- 일축압축시험에 사용된 시험편들의 직경 대 길이 비는 약 1:2로서, 일정한 재하속도를 유지하였으며, 하중을 가한 후 2～15분 이내에 파괴가 발생할 수 있도록 조정하였다(KSRM, 2005b). 총 67개의 시험편 중 취약면의 영향을 받은 것으로 확인된 19개를 제외하고, 나머지 48개 시험편들의 자료들을 사용하여 회귀분석을 실시하였다.
대상 데이터
- 본 실험의 시험편으로는 대한광물자원공사에서 ’00～’04년간 탐광을 목적으로 시추한 코어 중 일부와 최근에 추가 시추한 코어를 사용하였으며, 실험에 사용된 시험편은 주로 풍촌층에 해당한다.
- 이와는 대조적으로 Kohno and Maeda(2012)는 열수변질작용을 받은 응회암을 대상으로 한 연구에서 함수비에 따른 변환계수의 변화는 거의 없는 것으로 보고하였다. 본 연구에서는 오븐에서 건조한 시험편들을 사용하였다.
- 연구지역은 강원도 정선군 임계면에 위치한 석회석 및 백운석 광산으로서(Fig. 1), 이 지역의 지질은 두위봉형 조선누층군에 속하며, 하부로부터 장산규암층, 묘봉층, 풍촌층, 화절층, 동점층, 두무동층, 막동층 등으로 구성되어 있다(Fig. 1). 주 가행대상은 풍촌층이며, 이 지층에는 퇴적 후에 중생대에 야기된 열수변질과 화강암류의 열접촉 효과에 의해서 지역별로 다양한 고품위 석회석 광체들이 형성되었다(Noh and Lee, 2007).
- 일축압축시험에 사용된 시험편들의 직경 대 길이 비는 약 1:2로서, 일정한 재하속도를 유지하였으며, 하중을 가한 후 2～15분 이내에 파괴가 발생할 수 있도록 조정하였다(KSRM, 2005b). 총 67개의 시험편 중 취약면의 영향을 받은 것으로 확인된 19개를 제외하고, 나머지 48개 시험편들의 자료들을 사용하여 회귀분석을 실시하였다.
- 5배 이상이 되도록 하였으며, 유압으로 하중을 서서히 증가시켜 파괴가 10～60초 사이에 발생하도록 하였다(KSRM, 2007). 파괴하중은 로드셀을 이용하여 측정하였으며, 일축압축강도시험용으로 제작된 48개 시험편의 상･하부를 이용하여 제작된 총 96개의 시험편이 실험에 사용되었다. 측정된 Is는 Is50으로 보정하여 회귀분석에 사용하였다.
데이터처리
- UCS와 Is50 사이의 상관관계 분석을 위해 회귀분석을 실시하였다. 대다수의 연구자들은 UCS와 Is50 사이의 회귀식을 y = ax, 혹은 y = ax + b로 제안하고 있다(Table 1).
- 위의 식 (3)은 강도비를 이용한 예측식이다. 강도비의 분포가 정규분포와 비슷하기 때문에(Fig. 4), 강도비의 평균값을 이용하였다(Min and Moon, 2006). Table 3은 강도비의 통계량을 정리한 것이다.
- , 1994; Lee and Jung, 2004). 따라서 강원지역과 경북지역으로 자료를 따로 분류하여 회귀분석을 실시하였으며(Fig. 6과 Fig. 7), 그 결과를 Table 6에 정리하였다.
- 석회암을 대상으로 한 연구결과의 종합적인 해석을 위해 본 연구결과와 다른 두 연구결과를 함께 도시하여 회귀분석을 실시하였다(Fig. 5). Woo(2005)의 연구결과와 No(2009)의 연구결과 중 경상북도 봉화군과 울진군에서 채취한 석회암층은 선캠브리아기에 생성된 석회암이라고 판단된다(Lee et al.
이론/모형
- 시추코어는 NX 크기였으며, 비교적 균열이 없는 코어를 선택하였다. UCS 실험을 위한 시험편은 시험편제작표준법에 따라 제작하였으며(KSRM, 2005a), PLT용 시료는 UCS 시험편을 채취한 코어의 상‧하부 부분을 표준암석시험법에 따라 성형하였다(KSRM, 2007). 일반적으로 함수비는 암석의 강도에 영향을 준다고 알려져 있다.
- 일축압축강도(UCS)는 암석의 가장 중요한 물성 중 하나로서(Basu and Aydin, 2006), 암반분류, 터널굴착, 사면과 발파설계 등에 널리 이용된다. 일축압축강도는 국내･외에서 표준화된 시험법(ASTM, 1986; KSRM, 2005b; ISRM, 2007)에 따라 측정할 수 있다. 일축압축강도 시험법은 비교적 간단하지만, 시험편의 준비과정이 복잡하고 많은 시간이 소요되며, 시험편의 취득 및 성형이 불가능한 경우에 적용할 수 없다.
성능/효과
- 2. 선형 회귀식은 가능하면 단순한 형태가 유리하므로, RMSE를 계산함으로써 오차범위를 확인하고 회귀식의 변환계수를 정수화할 수 있다.
- 강원지역과 경북지역을 통합한 전체 자료의 상관계수는 0.77이며 결정계수는 0.59로 계산되었다. 강원지역의 자료를 분석한 결과 상관계수는 0.
- 2는 식 (1) 이용해 계산된 표준화된 잔차도이다. 잔차도가 특정한 패턴을 보인다면 두 변수 간에 비선형의 관계가 존재할 수 있음을 의미하는데, 본 실험의 자료는 표준화된 잔차도가 특정한 패턴 없이 퍼져있으므로 회귀선이 선형이라는 가정을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
후속연구
- 3. 원점 회귀분석 또는 강도비 해석을 수행할 경우, 다른 통계적 기준을 이용하여 회귀식을 결정해야 좀 더 신뢰성이 있는 회귀식을 도출할 수 있을 것이다.
- 4. 같은 암종이라도 지역에 따라 암석의 기원 및 생성 시기가 달라짐에 따라 변환계수 값의 차이를 보일 것으로 예상되며, 향후 더 많은 연구자료를 축적해서 분석되어야 한다.
- , 2004; Min and Moon, 2006). 따라서 국내에 분포하는 다양한 암종에 대한 연구 결과는 암반을 대상으로 하는 광산및 토목분야 설계에 반드시 필요할 것으로 판단된다.
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