제주도 화산암은 지질학적 그리고 역학적 특성이 지역마다 큰 차이를 보일 뿐만 아니라, 특히 여러 환경적인 요인으로 인하여 크기와 분포가 다양한 기공이 많은 다공성 구조를 보이고 있다. 본 연구에서는 제주도 북동부 육해상, 남동부 해상 및 북서부 해상에서 채취한 현무암 암석에 대하여 삼축압축시험을 수행하였으며, 그 결과로부터 추정된 점착력과 내부 마찰각을 제주도 현무암의 다공성 구조를 나타내는 파라미터인 흡수율과 비교 분석하였다. 그 결과 제주도 현무암의 흡수율과 점착력의 관계는 흡수율과 비중의 상관관계에 따라 그 관계를 명확하게 구분할 수 있었으며, 흡수율이 증가함에 따라 점착력은 급격하게 감소하였다. 반면 제주도 현무암의 내부 마찰각은 흡수율과 비중의 상관관계와 관계없이 흡수율이 증가함에 따라 거의 선형적으로 감소하였다.
제주도 화산암은 지질학적 그리고 역학적 특성이 지역마다 큰 차이를 보일 뿐만 아니라, 특히 여러 환경적인 요인으로 인하여 크기와 분포가 다양한 기공이 많은 다공성 구조를 보이고 있다. 본 연구에서는 제주도 북동부 육해상, 남동부 해상 및 북서부 해상에서 채취한 현무암 암석에 대하여 삼축압축시험을 수행하였으며, 그 결과로부터 추정된 점착력과 내부 마찰각을 제주도 현무암의 다공성 구조를 나타내는 파라미터인 흡수율과 비교 분석하였다. 그 결과 제주도 현무암의 흡수율과 점착력의 관계는 흡수율과 비중의 상관관계에 따라 그 관계를 명확하게 구분할 수 있었으며, 흡수율이 증가함에 따라 점착력은 급격하게 감소하였다. 반면 제주도 현무암의 내부 마찰각은 흡수율과 비중의 상관관계와 관계없이 흡수율이 증가함에 따라 거의 선형적으로 감소하였다.
Volcanic rocks in Jeju Island indicate the differences in geological and mechanical characteristics from region to region, and have vesicular structure caused by various environmental factors. In this study, triaxial compressive strength tests were conducted for intact rocks sampled in northeastern ...
Volcanic rocks in Jeju Island indicate the differences in geological and mechanical characteristics from region to region, and have vesicular structure caused by various environmental factors. In this study, triaxial compressive strength tests were conducted for intact rocks sampled in northeastern onshore and offshore, southeastern offshore and northwestern offshore of Jeju Island. The estimated cohesion and internal friction angle from the results of triaxial compression tests were compared and analyzed with absorption, a parameter representing the vesicular properties of basalts in Jeju Island. As a result, it was found that the relationship between cohesion and absorption could be classified clearly, considering two different linear relationships in bulk specific gravity and absorption. As the absorption increases, the cohesion decreases exponentially. In addition, the internal friction angle decreases almost linearly with increasing in the absorption, regardless of the relationships in bulk specific gravity and absorption.
Volcanic rocks in Jeju Island indicate the differences in geological and mechanical characteristics from region to region, and have vesicular structure caused by various environmental factors. In this study, triaxial compressive strength tests were conducted for intact rocks sampled in northeastern onshore and offshore, southeastern offshore and northwestern offshore of Jeju Island. The estimated cohesion and internal friction angle from the results of triaxial compression tests were compared and analyzed with absorption, a parameter representing the vesicular properties of basalts in Jeju Island. As a result, it was found that the relationship between cohesion and absorption could be classified clearly, considering two different linear relationships in bulk specific gravity and absorption. As the absorption increases, the cohesion decreases exponentially. In addition, the internal friction angle decreases almost linearly with increasing in the absorption, regardless of the relationships in bulk specific gravity and absorption.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구에서는 제주도 북동부 육해상, 남동부 해상 및 북서부 해상에서 채취한 현무암 암석에 대한 삼축압축시험 결과와 Kim(2006)과 Nam et al.(2009)의 연구결과를 이용하여, 제주도 화산암의 다공성 구조를 나타내는 파라미터인 흡수율과 Mohr-Coulomb 파괴 기준의 파라미터인 점착력과 내부 마찰각과의 관계 및 그 특성을 각각 살펴보고, 제주도 현무암의 점착력과 내부 마찰각을 추정하기 위한 회귀 관계식을 제안하고자 한다.
제안 방법
강도시험을 위한 암석은 NX구경인 코어 시추기를 이용하여 채취되었으며, 한국암반공학회 시험편 제작 표준법에서 제시하고 있는 종횡비(h/d; h: 암석 시편의 높이, d: 암석 시편의 직경)에 만족하도록 암석 시편을 제작하였고(제주도 북동부: h=99.78±2.67mm, d=50.36±0.26mm; 제주도 남동부: h=121.56±1.05mm, d=52.52±0.55mm; 제주도 북서부: h=110.78±5.20mm, d=49.94±0.24mm), 이들 현무암 암석 시편에 대한 삼축압축시험은 ASTM 규정 D 7012에 따라, 5MPa, 10MPa, 15MPa인 구속압력 아래에서 각각 이루어졌다.
본 연구에서는 제주도 북동부 육해상, 남동부 해상 및 북서부 해상에서 채취한 현무암에 대한 삼축압축시험 결과를 이용하여, 제주도 현무암의 다공성 구조를 나타내는 파라미터인 흡수율과 점착력 및 내부 마찰각과의 관계를 각각 비교･분석하였으며, 얻어진 결과를 종합하면 다음과 같다.
제주 광역경제권 선도사업 R&D사업의 제주 해역 특성에 적합한 해상풍력발전기의 설치를 위한 지반설계기술 개발의 일환으로 Fig. 6에 나타낸 것과 같이 2012 년에서 2014년까지 3년간에 걸쳐 제주도 북동부 육해상, 남동부 해상, 북서부 해상에 대하여 시추가 이루어졌으며, 채취된 암석에 대한 구성광물과 조성을 파악하기 위해 편광현미경 및 X-선 회절 분석, 그리고 KS 및 ASTM 시험규정에 입각한 다양한 물성시험 및 강도시험이 수행되었다.
제주도 현무암의 점착력과 내부 마찰각에 대해서 논하기에 앞서, Yang(2014, 2015)에서 밝혀진 제주도 화산암의 물리적 및 역학적 특성에 대해서 간단히 언급하고, 2장에서 설명한 Mohr-Coulomb 파괴기준의 점착력과 내부 마찰각으로부터 유추할 수 있는 사항을 언급하고자 한다.
성능/효과
(1) 제주도 현무암의 흡수율과 점착력의 관계는 흡수율과 일축압축강도의 관계와 마찬가지로 흡수율과 비중 사이의 두 개의 서로 다른 선형관계에 따라 명확하게 구분되며, 흡수율이 증가함에 따라 점착력은 급격하게 줄어든다.
(2) 제주도 현무암의 내부 마찰각은 흡수율과 비중의 상관관계와 관계없이 흡수율이 증가함에 따라 대체적으로 선형으로 서서히 감소하며, 암석 공극의 영향을 크게 받는다.
5에 나타내었다. Fig. 3과 Fig. 5의 결과를 통하여, 제주도 화산암은 흡수율과 비중의 관계에 있어서 두 개의 서로 다른 선형근사로 대표시킬수 있으며, 서로 다른 선형근사에 해당하는 암석을 구분함으로써 암석의 흡수율과 일축압축강도의 관계를 구분할 수 있음을 알 수 있다. 그리고 Fig.
Fig. 7을 통하여 알 수 있듯이, 흡수율이 증가함에 따라 제주도 현무암의 일축압축강도는 급격하게 감소하고 있음을 알 수 있으며, Fig. 5와 같이 흡수율의 증가에 따른 두 개의 일축압축강도의 감소 경향이 뚜렷이 구분됨을 확인할 수 있다. 또한 제주도 북동부 육해상의 현무암과 Kim(2006)과 Nam et al.
10에 나타낸 흡수율과 점착력의 관계의 경우, 흡수율이 증가함에 따라 제주도 현무암의 점착력은 급격하게 감소하고 있음을 알 수 있으며, 3장에서 추론한 바와 같이 흡수율에 대한 점착력의 관계를 두 개의 서로 다른 비선형 회귀 관계식으로 표현할 수 있음을 확인할 수 있다. 이를 통하여 같은 흡수율에 대하여 비중이 클수록 점착력이 크다는 것을 알 수 있으며, 흡수율과 비중의 관계를 구분함으로써 흡수율에 대한 점착력의 관계를 구분할 수 있음을 알 수 있다.
편광현미경 및 X-선 회절 분석 결과, 제주도 북동부 육해상과 남동부 해상에서 채취한 암석의 경우 감락석을 일부 포함하고 있지만, 채취된 암석들의 주요 구성광물은 사장석과 휘석으로써 현무암에 해당하였다(Table 1, 2).
후속연구
(3) 흡수율에 대한 점착력 및 내부 마찰각의 회귀 관계식을 이용하여 제주도 현무암의 대략적인 점착력과 내부 마찰각을 추정할 수 있으며, 앞으로 흡수율이 8% 이상인 다공성 현무암 및 다양한 화산암에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다.
5의 결과를 통하여, 제주도 화산암은 흡수율과 비중의 관계에 있어서 두 개의 서로 다른 선형근사로 대표시킬수 있으며, 서로 다른 선형근사에 해당하는 암석을 구분함으로써 암석의 흡수율과 일축압축강도의 관계를 구분할 수 있음을 알 수 있다. 그리고 Fig. 5의 비선형 회귀 관계식은 지금까지의 연구 결과를 종합하여 얻어진 관계식이며, 향후 제주도 화산암의 연구결과에 따라 다소 바뀔 가능성이 있음을 유의하기 바란다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
제주도 현무암에서 흡수율과 점착력의 관계는 어떠한가?
본 연구에서는 제주도 북동부 육해상, 남동부 해상 및 북서부 해상에서 채취한 현무암 암석에 대하여 삼축압축시험을 수행하였으며, 그 결과로부터 추정된 점착력과 내부 마찰각을 제주도 현무암의 다공성 구조를 나타내는 파라미터인 흡수율과 비교 분석하였다. 그 결과 제주도 현무암의 흡수율과 점착력의 관계는 흡수율과 비중의 상관관계에 따라 그 관계를 명확하게 구분할 수 있었으며, 흡수율이 증가함에 따라 점착력은 급격하게 감소하였다. 반면 제주도 현무암의 내부 마찰각은 흡수율과 비중의 상관관계와 관계없이 흡수율이 증가함에 따라 거의 선형적으로 감소하였다.
흡수율과 내부 마찰각의 상관관계를 살펴봄으로써, 흡수율을 이용하여 제주도 현무암에 대한 점착력과 내부 마찰각을 추정할 수 있는 이유는?
식 (5)를 통하여 점착력은 일축압축강도와 관련이 있다는 것을 알 수 있으며, Yang(2014, 2015)의 연구결과를 통하여 제주도 화산암의 점착력 또한 일축압축강도와 마찬가지로 암석의 흡수율과 비중의 상관관계에 따라 두 개의 서로 다른 회귀 관계식으로 표현될 수 있다는 것을 유추할 수 있다. 따라서 흡수율과 내부 마찰각의 상관관계를 살펴봄으로써, 흡수율을 이용하여 제주도 현무암에 대한 점착력과 내부 마찰각을 추정할 수 있을 것이라 생각된다.
제주도 화산암의 특징은?
제주도 화산암은 다공성 구조인 현무암과 같은 특수한 지질학적 조건을 갖고 있으며, 기반암은 육지부와 달리 현무암층 사이에 연약층인 화산쇄설물 및 공동이 불규칙하게 발달된 층상구조로 이루어져 있기 때문에, 이전부터 대규모 토목공사 및 지하수 개발에 있어서 수많은 시행착오를 경험하고 있다(Kim, 2006). 뿐만 아니라 최근에 건설되고 있는 육상 및 해상 풍력발전시스템의 기초공사와 향후 건설예정인 대규모의 토목공사에 대비하여 제주도 암반지반에 대한 공학적 관점에서의 물리적 및 역학적 특성에 대한 심도 깊은 연구가 요구되고 있는 실정이다.
참고문헌 (17)
ASTM D 7012-13, Standard Test Method for Compressive Strength and Elastic Moduli of Intact Rock Core Specimens under Varying States of Stress and Temperatures, ASTM International.
Cho, T.C., Lee, S.B., Hwang, T.J., and Won, K.S. (2009), "Variations of Mechanical Properties of Hallasan Trachyte with Respect to the Degree of Weathering", Tunnel and Underground Space, Vol.19, No.4, pp.287-303.
Eum, K.Y. (2002), Study on the Mechanical Properties of Volcanic Rocks in Chejudo, Master thesis, Yonsei University, p.63.
GK Engineering, JPM Inc., and Jeju National Univ. (2013), Report of the Leading Industry of Jeju Economic Region.
GK Engineering, JPM Inc., and Jeju National Univ. (2014), Report of the Leading Industry of Jeju Economic Region.
GK Engineering, JPM Inc., and Jeju National Univ. (2015), Report of the Leading Industry of Jeju Economic Region.
Kim, J.H. (2006), A Study on the Mechanical Characteristics and the Strength in Pyoseonri Basalt, Master thesis, Cheju National University, p.93.
Kim, Y.K. and Choi, O.G. (1991), "Engineering Geological Characteristics of Volcanic Rocks of the Northwestern Cheju Island, Korea", The Journal of Engineering Geology, Vol.1, No.1, pp.19-37.
Korean Geotechnical Society (2012), Geology and Rock Mechanics for Geotechnical Engineer II, CIR Publishing Company, p.735.
Korean Society for Rock Mechanics (2005), Standard method for sampling and preparation of rock specimen, pp.81-84.
Moon, K., Park, S., Kim, Y., and Yang, S. (2014), "Mechanical Properties of Basalt in Jeju Island with Respect to Porosity", Journal of the Korean Society of Civil Engineering, Vol.34, No.4, pp.1215-1225.
Nam, J.M., Yun, J.M., Song, Y.S., and Kim, J.H. (2008a), "Analysis of Engineering Properties to Basalt in Cheju Island", Journal of Korean Geosynthetics Society, Vol.7, No.1, pp.12-21.
Nam, J.M., Yun, J.M., Song, Y.S., and Kim, J.H. (2008b), "Analysis of Influence Factors to Compressive and Tensile Strength of Basalt in Cheju Island", The Journal of Engineering Geology, Vol.18, No.2, pp.215-225.
Nam, J.M., Yun, J.M., and Song, Y.S. (2009), "Estimation to the Strength of Basalt in Jeju Island according to Rock Failure Criterions", The Journal of Engineering Geology, Vol.19, No.2, pp.153-163.
Yang, S.B. (2014), "Comparative Study on Physical and Mechanical Characteristics of Volcanic Rocks in Jeju Island", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.30, No.11, pp.39-49.
Yang, S.B. (2015), "Physical and Mechanical Characteristics of Basalts in Northwestern and Southeastern Jeju Island", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.31, No.7, pp.41-52.
Yoon, S.H. and Ko, K.W. (2011), Topography, Geology and Underground Water in Jeju Island, Nae Ha Publishing Company, p.130.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.