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12장 암반
암석
▪ 이암 특성:
- Squeezing (압착), Slaking (소화), Swelling (팽윤)
- 시험법: Jar-Slake, 원통 Slake
▪ 점토광물 구조: KIM (판상구조)
- 팽창성 연암 → 몬모릴로나이트
- X-Ray 회절 분석 활용
암반
▪ 단층(fault) vs 절리(joint)
- 단층: 지각운동, 절리: 수축/외력
▪ 활성단층: 1만년 내 활동 or 흔적 존재
▪ 주향(Strike) vs 경사(Dip)
▪ 습곡: 수평 압력에 의한 터널 구조 영향
- 천단부/측벽부 지압 증가, 지하수 집중
▪ 조사법: 스캔라인, 윈도우 방식
▪ 암반 침하 유형:
- 플러그형, 크라운형, 굴뚝형 침하 등
▪ 과지압 상태:
- Locking 상태, 투수계수 낮음 → 안정성↑
- 1차 암반압(A점, B점):
A: \( \sigma_v \rightarrow 0, \sigma_h \rightarrow 3\sigma_h - \sigma_v \)
B: \( \sigma_v \rightarrow 3\sigma_v - \sigma_h, \sigma_h \rightarrow 0 \)
암반 분류
▪ 암반 지수 변천사:
암반하중(40s) → RQD(60s) → RSR/RMR/Q-System(70s) → SMR(80s)
▪ 암질지수:
RQD, TCR
\( E_m = \alpha \cdot E_L \),
\( \alpha = \text{RQD 함수} \)
▪ 암반등급:
- RSR (A: 암석, B: 절리, C: 지하수)
- RMR (기본값 + 보정치, ≤100)
- Q-System (9요소, ESR 고려)
- SMR (사면 안정도: RMR + 절리/사면 주향 영향)
[공식] TCR (코어 채취율), RQD (암질지수)
코어채취율:
\[
TCR = \frac{\text{코어 길이}}{\text{굴진 길이}} \times 100\%
\]
RQD:
\[
RQD = \frac{\sum (\geq 10 \text{cm 코어길이})}{\text{시추공 길이}} \times 100\%
\]
[공식] 암반 분류법
- RSR: \( RSR = A + B + C \) (암반구조 + 절리방향 + 지하수 영향, 최대 100)
- RMR: UCS + RQD + 절리 상태 + 절리 간격 + 지하수 상태
- Q-system:
\[
Q = \frac{RQD}{J_n} \cdot \frac{J_r}{J_a} \cdot \frac{J_w}{SRF}
\]
\[
D_e = \frac{D}{ESR}
\]
- RMI:
- 불연속체: \( RMI = \sigma_c \cdot J_p \)
- 연속체: \( RMI = \sigma_c \cdot f_v \)
- SMR:
\[
SMR = RMR + (F_1 \cdot F_2 \cdot F_3) + F_4
\]
암반시험
▪ 파괴기준:
- M-C(Mohr-Coulomb), H-B(Hoek-Brown)
- H-B: \( \sigma_1 = \sigma_3 + \sigma_c(m_i \cdot \sigma_3/\sigma_c + s)^a \)
▪ 시험 종류:
- 점하중시험
- 일축압축, 삼축압축, 쪼갬인장(브라질리안), 직접전단
▪ 절리 전단강도 평가:
- Barton(비선형), Patton(선형), 축척효과 고려
▪ 응력 측정:
- 시공 전: 수압파쇄법, 시추코어법
- 시공 중: 평판잭(Flat Jack), 응력해방법
▪ 카이저 효과 (Kaiser Effect):
AE가 기존 최대응력 이상부터 급증 → 초기응력 추정
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공식
[공식] 일축압축강도 / 점하중시험
\[
\sigma_c = 24 \cdot I_s \quad (\text{MPa}), \quad
I_s = \frac{P}{D_e^2}
\]
[공식] 파괴 기준
Barton 비선형:
\[
\tau_f = \sigma_n \cdot \tan\left( \phi_b + JRC \cdot \log_{10} \left( \frac{JCS}{\sigma_n} \right) \right)
\]
Patton 톱니 모델:
- 작은 수직응력: \( \tau_f = \sigma_n \cdot \tan(\phi_b + i) \)
- 큰 수직응력: \( \tau_f = c_{\text{res}} + \sigma_n \cdot \tan \phi_b \)
Hoek-Brown 파괴 기준:
\[
\sigma_1 = \sigma_3 + \sigma_c \left( m \cdot \frac{\sigma_3}{\sigma_c} + s \right)^a
\]
[공식] 내 Slaking 지수
\[
\text{내 Slaking 지수} = \frac{\text{시험 후 중량}}{\text{시험 전 중량}} \times 100\%
\]