2. 이론적 배경
2.5 암반등급과 암반정수 산정
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화성암 심 성 암 화 산 암
: :
화강암(Granite), 섬록암(Diorite), 반려암(Gabbro) 유문암(Rhyorite), 안산암(Andesite), 현무암(Basalt)
퇴적암
쇄 설 암 비쇄설 암
: :
역암(Conglomerate), 각력암(Breccia), 사암(Sandstone) 혈암(Shale), 이암(Mudstone),
석회암(Limestone), 백운암(Dolomite), 규암(Chert) 변성암
광역변성암 접촉변성암 동력변성암
: : :
천매암(Phyllite), 편암(Schist), 편마암(Gneiss) Hornfels,
Mylonite
Fig. 2.5 Classification of rocks based on formation
2.5.2 암반정수 산정
기존의 암반분류는 현재 상태의 암반등급을 규명하는 방법에 제한적이며 유 지관리 조건을 반영하여 미래 상태의 암반등급 평가는 단순히 슬레이크 내구성 이나 풍화광물의 정성적 평가에 머물러 있다.
국내 화강풍화암에 대한 공학적 특성 구명에 관련된 연구는 풍화잔류토에 대 한 공학적 특성 평가와 지질학적 특성을 바탕으로 한 풍화도 평가 및 암반 분 류법에 의한 강도정수 추정에 관한 연구가 주로 이루어지고 있다. 국외의 경우 풍화도가 높은 암반에 대한 공학적 특성 연구는 1980년대부터 활발히 시도된 것으로 알려져 있는데, 대상 암반을 넓은 의미로 연약암(weak rock)이라 표현하 여 국내에서 풍화암, 연암 및 경암으로 통용되는 관점과는 다소 차이가 있다.
이에 대한 국외 연구동향은 크게 풍화도 평가법, 암반정수 평가, 원위치시험방 법, 암반의 정·동적 강도 변형 특성 및 투수특성 등으로 분류되어 상당히 다양 한 분야에 심도 있는 연구가 진행되었다. Table 2.4는 퇴적암 특히 이암과 셰일 에 대한 풍화도에 따른 암의 공학적 특성변화와 관련된 지금까지의 국내의 대 표적인 연구 결과이다.
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Table 2.4 Previous studies of weathering degree evaluation of sedimentary rocks
Title Main content Reference
포항이암층의 slaking 팽창 전단강도 특성
∙ 이암은 건습이 반복시 slaking, 팽창이 발생하고 급속한 강도열화 현상 발생
∙ 비중 2.51, 자연함수비 14.5%, 건조단위중량 1.88kg/cm3
∙ 잔류강도는 건습 반복횟수에 영향을 받으며, 5cycle후 φr=28∘, Cr=0.25kg/cm2.
한국지반공학회 이영휘(1996)
압축강도와 풍화도에 관련된 퇴적암의
공학적 특성
∙ 대구와 포항지역 퇴적암의 일축강도와 제반지수 의 상관성을 제시
∙ 점하중과 단축강도: Ϭc=15.01 Is(50),
∙ 흡수율과 단축강도: Ϭc=801.3 w-0.73
∙ 탄성파속도와 단축강도: Ϭc=122.35(ϒ.Vp2)0.55
∙ 슈미트햄머 반발치와 단축강도: Ϭc=7.6e0.09SHV
한국지반공학회 이영휘 등(2000)
퇴적암의 풍화도에 따른 특성과 일축압축강도와
제반지수와의 상관성
∙ 경상계 퇴적암의 지반정수와 일축압축강도와의 관계식 제시
∙ 점하중과 단축강도: Ϭc=17.323 Is(50)
∙ 탄성파속도와 단축강도: Ϭc=102.48(ϒ.Vp2)0.6253
∙ 슈미트햄머 반발치와 단축강도 Ϭc= m5.0352e0.1016SHV
한국지반공학회 이영휘 등(1998)
퇴적암의 공학적 특성 및 문제점
∙ 대구 경북 지역에 분포하는 퇴적암은 퇴적환경 에 의해 형성된 강도 이방성, 풍화에 의한 암반강도 의 변화 층리면의 강도변화 내포
∙ 층리와 같이 고유 이방성을 가진 셰일은 U형태 의 이방성을 나타내며 비등방율이 2.3-3.7 정도를 보임
한국암반공학회 이영휘 등(2002)
포항분지 제3기 이암의 크리프 특성
∙ 포항 두호층 이암의 물성치 조사
∙ 진비중 2.45, 단위중량 1.79kg/cm3, 공극비 0.41, 공극률 29.07%, 흡수율 15.46%.
∙ 탄성계수 2.89x104kg/cm2, 포와송비 0.30
대한지질공학회 김광식 등 (2001)
Table 2.4 Previous studies of weathering degree evaluation of sedimentary rocks(continued)
Title Main content Reference
신생대 3기 퇴적이암지역에서의
사면 및 교량 설계사례
∙ 물리적특성: 자연함수비 36-70%(평균: 37%), 액 성한계 59 ~ 67%(평균: 63%), 소성지수 23 ~ 35%
(평균: 30%), 비중 2.59 ~ 2.61(평균: 2.61), 습윤단위 중량 1.70tonf/m3, 초기간극비 1.30
∙ 역학적특성: 비배수전단강도 0.32 ~ 0.34kgf/cm2 (평균: 0.33kgf/cm2), 과압밀비 3.78, 압축지수: 0.41, 일축압축강도 83.15 ~ 104.88kgf/cm2 (평균:
97.05kgf/cm2)
한국지반공학회 이종범 외 (2007)
이암과 셰일의 지질공학적 특성
∙ 이질암(이암)은 다른 암종에 비해 풍화 정도를 착각하여 더 신선한 상태로 판단하기 쉬워 풍화민 감도 실험을 통해 판단
∙ 이질암에 대한 특성 분석은 슬레이크 내구성 실 험, 팽창율 실험점토 성분 분석등과 지층구조와 암 종의 정확한 해석들을 종합하여 현장설계에 바람직 한 자료 제공
암반역학위원회 학술세미나 문집 박형동(2002)
포항지역 이암의 Creep 특성
∙ 일축강도(kg/cm2): 53 ~ 74 (평균: 63.5)
∙ 탄성계수(×104kg/cm2) 0.89 ~ 1.21 (평균: 1.07)
∙ Creep rate(×10-4 hr): 1.00～16.20 (평균: 5.40)
서울대학교 에너지자원 신기술연구소(19 94)
포항분지 제3기층 두호층 이암의
크리프 거동
∙ XRD 분석결과: 석영 62.4%, 일라이트 18.4%, 사 장석 9.5%, 녹니석 7.6%, 황철석 2.0%의 구성비
대한지질공학회 논문집 김광식과 김교원 (2003) 포항, 대구지역
퇴적암의 물리, 역학적 특성에 관한
연구
∙ 자연상태 174kg/cm2, 건조상태 209kg/cm2, 습윤상 태 53kg/cm2 의 평균 일축압축강도를 나타냄
∙ pH 보다 온도에 대하여 Slaking에 영향을 줌
대한자원환경지 질 학술발표회 이승재 등(2000)
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Table 2.4 Previous studies of weathering degree evaluation of sedimentary rocks(continued)
Title Main content Reference
일본의 이암/셰일의 특징
∙ 연암의 일축압축강도가 100-200kgg/cm2이하불 연속면보다는 재료 자체의 물성에 좌우
∙ 퇴적 연암의 지질공학적 특성 중 연암은 홍적세 후기-신제3기 퇴적암으로 굴착후에 급속히 풍화가 진행
한국암반공학회 윤지선(2002)
경상분지 셰일 지역에서의 절토사면 파괴 특성
∙ 경상분지 퇴적암은 셰일, 사암, 이암의 퇴적암으 로 구성되며, 층리경사는 10 ~ 20° 정도
∙ 사면파괴는 주로 층리면에 의한 평면파괴 형태 가 우세
한국암반공학회 김경석 등(2002) 이암/셰일
지역에서의 터널 및 사면 시공시의
문제점
∙ 다량의 점토광물 함유
∙ Swelling strain은 1.0 ~ 6.4%로 나타나며, Medium durability 이상의 Slaking 지수를 보임
한국암반공학회 이내용 등(2002)
경상분지 내 이암 및 셰일지역에서의
붕괴사례
∙ 국내 사면 붕괴 특성 대부분이 강우에 의한 것 으로 확인되고 퇴적암등 저각도의 판상 불연속면을 따른 평면파괴 양상이 두드러짐
∙ 사면의 안정등급을 체계화함으로서 기존 사면은 물론 향후 조성대상 사면의 기본적인 불안정성을 파악하여 지질재해에 대비
한국암반공학회 노병돈(2002)
이암의 공학적 특성과 이암층에서의 터널시공사례
∙ 제3기 일본이암의 경우: 공극률이 1%에서 200Mpa, 10%에서 110Mpa, 20%에서 50Mpa, 40%에
서 5Mpa의 강도를 나타냄(Hoshino, 1981) 한국터널공학회
지 이종만 외 (2001)
∙ Lashkariporu & Nakhae의 관계식 제시 - 점하중과 단축강도: Ϭc=22.08 Is(50) - 함수율과 단축강도: Ϭc=79.51e-0.39w - 공극율과 단축강도: Ϭc=210.12n-0.82