경주시 양북면지역 화강암의 변형특성
임 수 빈 Su-Bin Im 1) , 곽 성 민 Seong-Min Kwag 1) , 신 국 진 Kuk-Jin Shin 1) , 이 민 지 Min-Ji Lee 1) , 김 교 원 Gyo-Won Kim 1)
*1)
경북대학교 지질학과 Dept. of Geology Kyungpook National University
주요어: 일축압축시험, 암석변형, 탄성계수, 포아송 비
1. 서론
본 연구는 한반도에 분포하는 화성암 중 대표적인 화강암의 강도 및 변형 특성을 규명하는데 그 목적이 있다. 국내 화강암의 다양한 물리적 역학적 특성에 대한 상관성 연구는 여러 연구자들에 의하여 수행된 바 있다(김교원과 김수정, 2006; 최진수외, 2010; 이윤수외, 2011).
본 고에서는 경주시 양북면 봉길리 일대의 방사성폐기물처분장 지질조사에서 회수된 화강암 및 화강섬록암 시추코어 시료를 이용하였으며, 시료 길이 비(L/D)에 따른 응력-변형률과 재하속도에 따른 응력-변형률의 상관성을 구명하였다.
2. 시료제작 및 실험방법
본 연구에 사용된 시료는 결정질암으로서 경주시 양북면 방사성폐기물처분시설 지역의 시추공 GM1, GM4, GM5, KB-13 에서 획득한 화강섬록암 및 화강암 시추코어이다. 연구지역의 지질도와 시추공 위치는 그림 1과 같다.
기본적인 물성 및 역학특성시험은 길이 비(L/D)가 2.5인 화강섬록암 시료 175개, 화강암 시료 37 개에 대하여 수행하였고, 길이 비에 따른 특성변화를 구명하기 위하여 L/D가 1, 1.5, 2, 2.5, 3이 되 도록 제작된 시료를 1 set로 10 set(50개)의 시료에 대하여 시험을 수행하였다. 재하속도에 따른 특 성연구는 길이 비 L/D=2.5의 시료 18개에 대하여 시험하였다(그림 2).
사용된 시험기는 5MN 압축시험기로 변위센서 범위는 0∼100mm이며, 시험은 다. 시료는 NX코
어 크기로 시험은 한국암반공학회(2006)가 제시한 바에 준하여 실시하였다. 변형률은 Tokyo Sokki
사의 PFL-30-11-1L strain gauge를 시료중앙에 십자모양으로 strain gauge를 부착하여 Kyowa 사의
그림 110. 경주 양북면일대 지질도와 시추공 그림 2. 길이에 따른 변형시험시료
3. 실험 결과
표 1 및 그림 3의 시험 결과에 의하면 시료 길이가 길어지면 압축강도가 감소하는 경향이 있으 나 길이 비 L/D=2.0 이상이 되면 강도가 일정하게 되고 있음을 알 수 있다. 할선 탄성계수(secant moduli)는 파괴 강도의 50%에 대한 것으로 그림 4∼7의 응력-변형률 곡선에서 추출하였는데 길이 비의 변화에 대하여 전술한 압축강도와 비슷한 경향을 보였다. 포아송 비는 길이 비에 영향을 받 지 않는 듯 큰 차이가 없었다. 각 시료별 응력-변형률의 관계는 그림에 표시한 바와 같다.
시료 길이 비 (L/D)
평균 일축압축강도
(MPa)
평균 50%할선탄성계수
(GPa)
평균 포아송 비
1:1.0 211.8 89.7 0.34
1:1.5 213.4 77.8 0.27
1:2.0 183.3 83.1 0.27
1:2.5 191.9 84.5 0.31
1:3.0 184.2 81.6 0.33
표 46. 시료 길이 비에 따른 평균 특성치
그림 112. 시료 길이 비에 따른
일축압축강도 그림 113. L/D=1.0의 응력-변형률
그림 114. L/D=1.5의 응력-변형률 그림 115. L/D=2.0의 응력-변형률
0.50 190.7 59.0 0.26
0.75 178.1 73.7 0.23
1.00 184.7 74.3 0.23
그림 118. 재하속도에 따른
일축압축강도 그림 119. 0.5MPa/sec의 응력-변형률
그림 120. 0.75MPa/sec의 응력-변형률 그림 121. 1.0MPa/sec의 응력-변형률
4. 토의 및 결론
1) 경주 양북면 봉길리 일대의 화강암 및 화강섬록암 시추코어에 대하여, 시료길이 비 L/D=1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0을 1 set로 10 set(50개)에 대하여 시료길이에 따른 변형특성을 시험하였고, 또 시료 18개에 대하여서는 하중재하속도에 따른 변형특성시험을 실시하였다.
2) 시료 길이가 길어지면 강도가 낮아지는 경향을 보이지만 길이 비가 2 이상이 되면 거의 변화 되지 않는 것으로 확인되었다. 할선 탄성계수의 변화 또한 이와 유사한 결과를 보였다.
3) 하중 재하속도가 빠를수록 일축압축강도가 낮게 나오는 경향을 보이지만 평균치에서는 큰 차이는 없는 것으로 나타났다.
감사의 글
본 연구는 지식경제부가 출연하고 한국에너지기술평가원에서 위탁 시행한 방사성폐기물관리기 술개발사업의 일환으로 수행되었으며, 관계자 여러분께 감사드립니다.
참고문헌
김교원, 김수정, 2006, 한반도의 암종별 공학적 특성의 상관성 분석, The journal of Engineering Geology Vol. 16, No. 1, pp.59~68, 대한지질공학회
이윤수, 이윤지, 곽성민, 임수빈, 김교원, 2011, 결정질암의 초음파속도와 일축압축강도의 상관성, 2011년 대한지질공학회 춘계학술대회 논문집, pp.149~154, 대한지질공학회
조태진, 윤용균, 이연규, 장찬동 공저, 2008, 21C 암반역학도서출판 건설정보사
정태종, 1996, 역학 실험에 의한 백악기 사암의 영률 변화 특성, The journal of Engineering Geology Vol.
17, No. 3, pp.287~293, 대한지질공학회
