개요

2. 이론적 배경

3.3 암의 정수 저감치 산정

3.3.1 개요

- 44 -

Fig. 3.9는 신선한 암석과 풍화가 진행된 암석을 대상으로 하여 암종별 일축

압축강도를 측정한 결과이다. 암종별 풍화에 따른 강도특성이 서로 다름을 알 수 있다.

화강암의 일축강도는 범위는 넓게 분산된 특징을 보여주는데, 일반적으로 화 강암은 퇴적암이나 변성암과 달리 형성 당시 이방성에 의한 구조가 거의 없어 동질성이 높은 암석으로 알려져 있으나 동일한 화강암으로 분류된 경우라도 공 학적 특성이 달라지는 것을 알 수 있다. 화강암의 강도는 우백질 또는 담황색 의 산성암에서 다소 높은 강도를 보였으며, 유색광물을 포함하고 엽리구조가 관찰되는 화강암이 낮은 강도를 보였다.

퇴적암 시편의 강도 측정치는 분산의 정도가 크게 나타난다. 암석 시편이 유 사한 풍화정도에 해당하는 것으로 볼 때 일축강도의 분산은 퇴적 당시 형성되 는 1차 퇴적구조에 의한 것으로 판단된다. 쇄설성 퇴적암 중 이암과 셰일은 25

~ 30MPa에서 최대 빈도를 보인다. 변성암은 변성정도에 따라 강도의 변화가

나타나며, 원암에서 저변성된 점판암은 변성이전 모암에 해당하는 쇄설성 퇴적 암에 비해 높은 강도를 보인다. 점판암보다 변성이 진행된 천매암과 편암은 엽리구 조가 발달하고 새로운 광물종이 형성되어 암석의 이방성이 증가하고 이에 따라 암 석의 강도가 저하된다(National Disaster Management Research Institute, 2010).

(a) Granite (b) Andesite

(c) Schist-Phyllite (d) Mudstone/shale

Fig. 3.9 Frequency distribution of unconfined compressive strength for rock types(National Disaster Management Research Institute, 2010)

Fig. 3.10은 암종별 일축압축강도를 정리한 것으로 암석의 생성 기원별에 따

라 일축강도는 냉각과정에서 기공을 보이는 현무암을 제외하면 화성암(화산암)

〉화성암(심성암) > 변성암 > 퇴적암의 순서의 변화를 보이며, 화성암은 염기성

암에서 산성암으로 갈수록 강도가 증가한다. 암종별 일축강도는 유문암 > 안산 암 > 점판암 > 화강암 > 편마암 > 반려암 > 응회암 >규암/돌로마이트 > 사암

> 석회암 > 현무암 > 이암/셰일 > 편암/천매암의 순이며, 이암 및 셰일로 구성

- 46 -

비해하여 저감되므로 대규모 단층이나 습곡대가 발달하는 지역은 암종과 관계 없이 낮은 강도를 보일 것을 예상된다(National Disaster Management Research Institute, 2010).

Fig. 3.10 Distribution of unconfined compressive strength for rock types(National Disaster Management Research Institute, 2010)

Fig. 3.11은 이암의 수침에 따른 팽윤 정도를 평가하기 위하여 단순 수침시험

을 실시한 것이다. 그림에서와 같이 수침 1시간, 4시간, 24시간이 경과된 사진 에서 이암이 층리를 따라 팽윤되는 특성을 보이고 있다. 좌측 시료는 백악기의 이암이며 우측은 신생대 이암에 해당된다. 단순 수침실험만으로 신생대 이암의 경우 층리면을 따라 박리되는 현상을 볼 수 있으며, 이는 이암과 셰일의 특성 을 단적으로 나타낸다 할 수 있다.

국내의 경우 동해안을 따라 삼척(북평), 영해, 포항, 울산 지역은 신생대 제3 기 동안 형성된 이암층이 넓게 분포한다. 이 지역의 퇴적암은 제3기 말에서 현

재까지 지속적인 지반 융기로 인해 속성과정이 중단되어 미고결 상태를 나타내 며 공학적으로 암석과 퇴적물의 특성을 동시에 보이고 있다. 즉 암반을 분류하 기 위한 측정하는 방법에 따라 연암으로 분류되기도 하며 풍화암에 속하기도 한다. 이러한 암반은 시설물의 종류와 풍화환경의 노출정도에 따라 암반분류가 달라질 수 있고 지반정수 산정 시 일반적인 고결된 암반과 구별되는 적용기준 이 필요하다.

(a) after 1 min. (b) after 1 hour (c) after 4 hours (d) after 24 hours

Fig. 3.11 Swelling property of mudstone through soaking test(National Disaster Management Research Institute, 2010

인위적으로 조성된 터널과 인공사면은 현재 상태를 반영하여 초기 안정성과 충분한 안전율을 고려하여 지반과 시설물의 안정성을 확보하지만 장기간 공기 중에 노출되면서 여러 기후조건에 의한 풍화의 영향이나 수리적 조건의 변화에 의하여 파괴가 발생한다. 설계 시 고려된 암반조건에 대한 정확한 평가가 이루 어졌다면 다소 과도한 안전율의 범위에서 암반붕괴는 발생하지 않을 것이나 최 근 터널과 인공사면은 시공기술의 발달에도 불구하고 발생빈도는 증가하는 추 세이다.

풍화가 많이 진전되지 않은 연암과 경암에서는 풍화에 의한 화학적풍화로 절 리면 내 충진 물질의 상태 변화와 절리면의 장기적인 강도 저하에 의하여 파괴

- 48 -

적인 물성치의 강도저감특성을 예측하고 이를 암반의 안정성해석을 위한 설계 정수에 반영하고자 한다.