Investigation of Rock Failure under Uniaxial Loading Using Thermal Infrared Image

열적외선 영상을 이용한 암석의 일축압축파괴 특성 연구

현창욱¹⁾· 박지환²⁾· 박형동²⁾*

Investigation of Rock Failure under Uniaxial Loading Using Thermal Infrared Image

Chang-Uk Hyun, Ji-Hwan Park and Hyeong-Dong Park

Abstract : Strain energy accumulated in the rock specimen during uniaxial compressive test is emitted as various forms such as light, sound and heat. Thermal infrared camera was applied to detect the increase of temperature and the distribution of thermal abnormalities at the three phases of rock failure, before, at the moment, and after failure, for the granite, diorite, basalt and tuff specimens obtained in Korea. Precursor of the fracture before the failure was detected with increase of temperature on the surface of specimen, and from this, occurrence of the fracturing is predictable. At the moment of the failure, temperature of fracturing surface increased because of energy concentration and fraction during breakaway of the inclined fracturing surfaces. After the failure, lower temperature of the specimen compared with initial stage of the test was investigated.

Key words : Thermal infrared, Uniaxial compressive test, Thermal abnormality, Rock failure

요 약 : 일축압축시험에서 암석에 축적된 역학적 에너지는 파괴시험 중 빛이나 소리, 열 등 다양한 형태의 에너지로서 발산이 된다. 암석의 파괴에서 발생하는 열분포특성의 변화를 연구하기 위하여 국내에서 화강암 및 섬록암, 현무암, 응회암의 시료를 채취하였으며, 일축압축시험을 수행하여 파괴직전 및 파괴순간, 파괴직후의 온도분포를 측정하였다. 시험 결과로부터 파괴 전 온도상승 지점으로부터 균열발생지점의 예측이 가능하고, 파괴순간에는 대각선방향으로 발생하는 균열에서 응력집중과 입자 및 파괴면 사이의 마찰로 인한 온도상승이 관찰되었다. 파괴직후에는 에너지 방출로 인해 시편표면에서 초기온도보다 더 낮은 온도분포가 나타난다.

주요어 : 열적외선, 일축압축시험, 열분포특성, 암석파괴

2010년 7월 7일 접수, 2010년 7월 19일 채택 1) 서울대학교 공학연구소

2) 서울대학교 에너지시스템공학부

*Corresponding Author(박형동) E-mail; [email protected]

Address; Department of Energy Systems Engineering, Seoul National University

서 론

암석파괴시험은 암석의 기본물성을 파악하기 위하여 수행되는 보편적인 방법 중 하나로 사용되며, 파괴특성 을 정량적으로 측정하기 위한 계측센서를 시편표면에 부 착하여 하는 방법이 일반적이다. 하지만 시편상에서 다 수의 지점이나 면적, 혹은 전체적인 양상에 대한 측정을 목적으로 하거나, 대상에 대해 원거리에서 비접촉 측정 이 필요한 경우에는 이러한 계측센서를 측정대상지점에 직접 부착하는 방식은 한계가 있다. 이를 극복하기 위한

측정방법론으로서 현장에서 대상에 직접 접촉하지 않고 비 파괴적으로 측정이 이루어지는 원격탐사(remote sensing) 의 개념을 도입하여 암석시료 표면의 체적변화량 측정 (이효성과 박형동, 2004), 대상 시편에 누적된 역학적 에너 지에 대해 파괴와 함께 발생되는 미소균열음 방출(Hardy, 1972), 전자기에너지 방출(Yamada et al., 1989), 라디오 파 방출(Martelli et al., 1989), 빛 방출(Brady et al., 1986) 현상 등을 계측하는 다수의 연구가 수행되었다.

빛과 열 등 전자기에너지의 방출은 암석의 파괴와 동 반하여 발생되지만 물리적 변형이나 파괴가 일어나기 직 전에도 검출이 되기 때문에 파괴발생 및 위치에 대한 징 후나 사전정보를 제공하기도 한다. 최근 센서기술과 영 상분석기법의 발전으로 열적외선 파장영역을 이용하는 정밀한 온도측정장치가 개발되어 산업용, 연구용 목적으 로 사용되고 있다. 이러한 열적외선 측정 장비를 이용하 여 암석에 대한 일축압축시험(Luong, 1990; Wu and Wang, 1998; Liu et al., 2006, Wu et al., 2002, 2004, 2006a, 연구논문

Table 1. Summary of previous investigation of rock failure using thermal infrared image

Rock type Shape of specimen Test Reference

Rock salt Cylindrical Uniaxial loading Luong, 1990

Coal, sandstone Rectangular parallelepiped Uniaxial loading Wu and Wang, 1998

Granite, marble Cylindrical Uniaxial loading Wu et al., 2002

Marble Rectangular parallelepiped Impact Wu et al., 2004

Marble, lime rock,

granodiorite, gabbro Cylindrical

Uniaxial loading, compressively induced shearing, bullet impact,

three point band impact

Liu et al., 2006

Coal, ironstone, sandstone, limestone, marble, granite, granodiorite, gabbro, gneiss

Cylindrical, centeral-holed, rectangular parallelepiped, cube

Uniaxial loading, compressively induced shearing, biaxial loading, bi-sheared friction

sliding, impact

Wu et al., 2006a

Granodiorite, gabbro, gneiss,

limestone, marble Cylindrical

Uniaxial loading, compressively induced shearing,

biaxial loading

Wu et al., 2006b

Table 2. Specification of the specimens

Sample ID Rock type Rock-forming minerals Sampling site Length (cm) Diameter (cm) GG-1 Granite Quartz, plagioclase,

microcline, micas

Gyeongju-si, Gyeongsangbuk-do

8.5 5.2

GG-2 9.3 5.2

GD-1 Diorite Plagioclase, olivine, micas, quartz, microcline

Goheung County, Jeollanam-do

13.1 5.5

GD-2 14.0 5.5

CB-1 Basalt Plagioclase, olivine, quartz, micas, pyroxene

Cherwon County, Gangwon-do

13.1 5.5

CB-2 12.6 5.5

HT-1 Tuff Feldspars, quartz, micas, quartzite clasts, basaltic clasts

Hwasun County, Jeollanam-do

14.1 5.5

HT-2 13.2 5.5

2006b), 압축전단시험(Wu et al., 2006a, 2006b), 전단마 찰시험(Wu et al., 2006a) 등을 수행하고 암석의 파괴특 성 규명 및 파괴 전 예측을 위한 다양한 연구들이 시도 되고 있다(Table 1).

직접접촉방식의 센서를 이용한 파괴시험은 가공된 시 편을 이용한 실내시험이 주를 이루기 때문에 암석이 본 래 위치하던 환경에서 측정이 이루어지기가 어렵다. 하 지만 열적외선을 이용한 원격탐사기법을 적용하고 암석 파괴 전후에 나타나는 열특성변화에 대한 정보를 획득하 게 되면 현장에서 직접적인 측정 및 지속적인 모니터링 이 가능한 장점이 있다. 특히 극지처럼 동일한 환경을 유 지하거나 재현한 상태에서 실내 시험을 수행하기 어려운 극한 환경에서는 실내 시험을 위한 시료의 이동 및 가공 과정 또는 시험 중의 온습도 환경변화로 인해 동결이나 융해 및 시편 표면 수분 맺힘이나 침투 등이 발생되고

암석물성이 변화될 수 있다. 따라서 이러한 경우 현장측 정이 필수적으로 요구되고, 원격탐사 기법이 효과적으로 적용될 수 있다.

본 연구에서는 국내에서 채취한 화강암 및 섬록암, 응 회암, 현무암 시편을 대상으로 일축압축시험을 수행하 고, 시험과 동시에 획득된 열적외선 영상의 분석을 통해 암석의 파괴과정에서 시편에 나타나는 열특성변화를 분 석하고자 한다.

연구대상 암석 시료

연구대상 암종은 국내에서 보편적으로 분포하는 암석 인 화강암과, 열적외선 영상분석기법이 효과적으로 적용 될 수 있는 극한환경의 지역 중 우리나라의 극지과학기 지인 남극 세종기지 인근의 지질을 고려하여 선정하였다.

Fig. 1. Outline of the experiment with combination of thermal infrared image and visible digital image.

세종기지 인근의 지질은 주로 섬록암과 화강섬록암, 역 질 응회암, 현무암 등의 암석으로 구성되어 있고(Kim et al., 2000; Lee et al., 2004; Yeo et al., 2004; Fütterer et al., 2006) 이 중에서 국내에서 수급이 원활한 섬록암 및 응회암, 현무암의 세 암종을 선정하고, 고흥지역의 섬 록암, 화순지역의 응회암, 철원지역의 현무암을 채취하 였다. 화강암은 경상북도 경주시에서 채취한 암석을 가 공하여 사용하였다.

각각의 암석을 원통형 코어로 성형 후 국제암반공학회 (ISRM; international society for rock mechanics)의 표 준시험방법(Brown, 1981)에 준하여 절단 가공하고 암종 별로 두 개의 시편을 제작하였다. 또한 현미경관찰과 X- 선 회절분석을 통해 기본적인 암석의 주요 구성광물에 대해 조사하였다(Table 2). 섬록암은 암회색의 중립질 입 자구조를 보이고 주요 구성광물은 사장석 및 각섬석, 운 모류, 석영, 미사장석이다. 응회암은 현무암질 암편이 포 함되어 있는 역질 응회암으로 장석과 석영, 운모류, 규암 편, 현무암질 암편으로 주로 구성되어 있다. 현무암의 주 요 구성광물은 사정석과 감람석, 석영, 운모류, 휘석이다.

화강암은 석영과 사장석, 미사장석, 운모류로 구성되었다.

시험방법

수행한 시험의 개략도는 Fig. 1과 같다. 열화상의 기록 에 이용되는 열적외선의 파장영역은 에너지가 가시광보

다 상대적으로 작고, 또한 센서 특성상 일반 실화상 카메 라보다 작은 수량의 촬상소자로부터 낮은 공간해상도의 영상이 획득된다. 따라서 암석의 파괴특성과 열화상 내 에서 검출되는 특성 사이의 정밀한 비교관찰을 위해서는 파괴시험 중 실화상과 열적외선 영상이 동시에 기록되어 야 정확한 온도 특이 지점을 찾아낼 수 있고, 이에 대한 분석수행이 가능하다.

일축압축파괴시험

일축압축시험은 국제암반공학회에서 제안한 표준시험 법을 이용하여 0.5-1.0 MPa/s의 응력 조건에서 파괴까지 5분 정도 소요되도록 시험을 수행하였다. 시편과 금속재 질의 가압장치 사이에 온도차이를 최대한 제거하기 위하 여 시험준비가 완료된 상태에서 시편을 시험 전에 충분 한 시간 동안 시험기기에 거치시켜 두고 온도를 균질화 하였다.

열적외선 영상 획득

열적외선 영상은 FTIR사의 T360 열적외선 화상카메라 를 이용하여 획득하였다. 이 장비는 320 × 240 픽셀로 적외선 영상을 기록할 수 있다. 영상은 초당 약 30 프래 임으로 구성된 동영상으로 저장 후 분석에 이용하였다.

측정 가능한 대상의 온도범위는 두 가지로서 0～350℃와 -20～120℃가 선택이 가능하다. 실험이 실온에서 이루 어지기 때문에 온도측정 범위를 보다 좁은 범위인 -20～

(a) (b)

(c) (d)

Fig. 2. The stress-strain curves of the specimens: (a) Gampo granite specimens, (b) Goheung diorite specimens, (c) Cherwon basalt, (d) Hwasun tuff.

120℃로 지정하였다.

기존에는 파괴시험시 발생할 수 있는 암석파편으로부 터 카메라 렌즈를 보호하기 위하여 파편의 비산 방향으 로부터 최대한 벗어난 지점에 카메라를 위치시키고 시 험을 수행하는 방법이 이용되었으나(Wu et al., 2002) 이 경우 대상을 정면이 아닌 방향에서 바라보는 측정위 치로 인해 대상의 영상이 기하학적으로 왜곡되어 보이 는 단점이 있다. 본 연구에서는 기존 연구에서의 왜곡 문제를 해결하고 대상 시편에 대해 최대한 정확한 형상 을 획득하기 위하여 측정에 사용되는 7.5-13 μm의 열적 외선 파장영역에 특화되어 에너지 투과율이 우수한 게 르마늄 윈도우를 장착하고 시험을 진행하였다.

열적외선 파장영역을 이용한 원격탐사 과정 중 발생할 수 있는 대표적인 오차는 측정 대상으로부터 방사되는 에너지가 아닌 주변 사물에서 방출되거나 반사되는 에너 지가 추가적으로 측정기기로 입사되는 에너지에 포함이 되는 경우이다(Jacobs, 2006). 이를 방지하기 위하여 측 정대상 주변에서 열에너지를 발산할 가능성이 있는 사물

에 대해 사전에 가림막을 설치하고, 또한 인체로부터 발 생되는 방출열도 반사나 직접적으로 유입되지 않도록 하 기 위하여 측정대상 및 카메라와 시험자 사이에 충분한 거리를 유지하고 시험을 진행하였다.

실험결과

일축압축시험에서 얻어진 응력과 변형률의 관계곡선 은 Fig. 2와 같다. 압축강도의 크기는 섬록암 시편이 평 균 149 MPa로 가장 크며, 화강암은 113 MPa, 현무암은 94 MPa, 응회암은 80 MPa로 측정되었다(Table 3). Initial crack 지점은 열적외선 영상에서 균열이 처음으로 검출 된 시점이다. 고흥 섬록암 시편(GD-2)의 경우 일부 구간 의 응력-변형률 관계곡선에서 균열음의 발생과 동시에 미 끄러짐이 기록되었고, 변형률게이지 부근에서 균열이 발 생되어 나타난 현상으로 해석할 수 있다. 화강암과 (GG-1) 응회암 (HT-1, 2) 시편의 응력-변형률 관계곡선에서 응 력 증가에 따라 변형률 증가정도가 감소하는 이유는 화

Table 3. Comparison between strength and increase of temperature on the specimens Sample

ID

Uniaxial compression strength (MPa)

Averaged uniaxial compression strength (MPa)

Maximum increase of temperature (℃)

GG-1 133

113 0.5

GG-2 93 1.4

GD-1 150

149 0.2

GD-2 148 0.2

CB-1 80

94 1.5

CB-2 107 2.5

HT-1 80

80 2.0

HT-2 79 2.1

(a)

(b)

Fig. 3. Temperature increase of the granite specimens during uniaxial loading test: (a) GG-1, (b) GG-2.

강암의 풍화상태와 응회암 조직의 불균질성에서 기인하 는 것으로 판단된다.

경주 화강암 시편의 열분포특성 측정결과는 Fig. 3과 같다. GG-1 시편은 파괴 전 두 지점에서 대각선방향으 로 균열이 관찰되었으며, 균열 주변부의 온도는 모두

13.3℃이지만 균열지점에서는 13.8℃로 측정되어 약 0.

5℃의 온도 상승을 관찰할 수 있다. 하지만 파괴가 발생 한 직후에는 균열지점의 온도도 주변의 온도와 유사하게 안정화가 이루어졌다(Fig. 3(a)). GG-2 시편은 1차 균열 발생지점은 주변보다 0.3℃ 상승한 14.5℃를 기록하였다

(a) (b)

Fig. 4. Temperature increase of the diorite specimens during uniaxial loading test: (a) GD-1, (b) GD-2.

(Fig. 3(b)). 2차 균열발생지점에서는 암석 조각이 탈락 된 후 내부가 노출이 되었고 온도는 주변 부위보다 약 1.4℃ 상승한 15.6℃를 나타내었다.

고흥 섬록암의 경우 GD-1 시편에서는 실화상에서는 대각선방향으로 육안관찰이 어려운 정도의 폭이 좁은 균 열이 관찰되었다. 이 지점에서 열적외선 영상에서는 약 0.2℃의 온도상승이 측정되었다(Fig. 4(a)). 시편은 균열 발생 직후 폭발하듯이 완파되었다. GD-2 시편에서도 GD-1 시편과 유사한 대각선방향의 균열이 발생되었지 만 그 폭은 육안으로 쉽게 구분할 수 있을 정도이다. 동 일한 지점에서 열적외선 영상에서는 0.2℃의 온도상승이 측정되었다(Fig. 4(b)). 시편은 GD-1와 마찬가지로 균열 발생 직후 폭발하듯이 파괴되었다.

철원 현무암은 CB-1 시편에서 대각선방향의 균열이 관 찰되었고, 약 1.5℃의 온도상승이 측정되었다. 시편이 파 괴된 후 잔류한 부분의 온도는 에너지가 집중되었던 균 열 주위를 제외하고 대부분의 지점에서 초기온도보다 하 강한 것으로 나타난다(Fig. 5(a)). 균열지점도 균열이 발 생한 순간과 파괴직후 온도분포의 비교를 통해 파괴 후

온도하강현상을 확인할 수 있다. CB-2 시편에서는 대각 선방향의 균열이 관찰되었고, 약 0.5℃의 온도 상승이 측 정되었다(Fig. 5(b)). 파괴순간에 파괴면에서 시편의 초 기 표면온도보다 2.5℃ 이상 온도가 상승한 것이 측정되 었다.

화순 응회암은 HT-1 시편에서 대각선방향의 균열이 관 찰되었고, 약 2.0℃의 온도 상승이 측정되었다(Fig. 6(a)).

가장 큰 폭으로 온도 상승이 관찰된 부분은 현무암질 암 편이 위치한 지점으로 암편이 파괴되면서 주변의 화산재 로 이루어진 부분에 비해 상대적으로 높은 온도가 기록 되었다. HT-2 시편에서도 대각선방향의 균열이 관찰되 었고, 암석 조각이 탈락된 지점에서 최대 2.1℃의 온도 상승이 측정되었다(Fig. 6(b)).

고 찰

시험결과 모든 시편의 파괴직전 혹은 파괴순간의 대각 선방향 균열에서 0.2℃에서 2.1℃의 폭으로 온도가 상승 하였다. 관찰결과 중 최소온도 상승폭인 0.2℃는 수치적

(a) (b)

Fig. 5. Temperature increase of the basalt specimens during uniaxial loading test: (a) CB-1, (b) CB-2.

(a) (b)

Fig. 6. Temperature increase of the tuff specimens during uniaxial loading test: (a) HT-1, (b) HT-2.

으로는 작지만 열적외선카메라의 측정민감도가 0.06℃

이기 때문에 충분한 정확도로 검출된 결과라고 생각된 다. 이러한 온도상승은 앞서 언급한 것과 같이 대각선방

향 균열에서 관찰되었고, 이는 암석의 압축하중에 의한 전단파괴모드에서 구성입자들의 마찰로 인해 온도상승 현상이 발생됨을 의미한다. 또한 0.2℃에서 2.1℃ 사이로

Fig. 7. Temperature variation of specimen after Brazilian test.

측정한 시편별 온도상승폭은 시편의 강도와 비교해보면 직접적인 상관성은 없고, 하중이 파괴강도의 근접하거나 파괴 직전에 관찰된 온도상승현상이기 때문에(Fig. 2) 국부적인 전단파괴 발생정도에 관련된다. 온도상승에 대 한 마찰의 영향을 평가하기 위해 추가적으로 압열인장시 험을 수행한 결과에서는 균열 및 파괴지점에서 온도상승 이 관찰되지 않았고(Fig. 7) 인장으로 인한 미세균열 생 성이나 전파상황에서는 구성입자나 파괴단면 사이에서 마찰이 발생되지 않기 때문에 특징적인 온도상승현상이 발생하지 않는다고 생각된다. Wu et al.(2006a)의 결과에 서도 인장파괴가 발생하는 수직균열에서는 추가적인 온 도의 상승이 발견되지 않는 현상이 동일하게 보고되었다.

암석파괴 후 시편의 형상이 보존되거나 잔류한 부분에 서 파괴직전이나 파괴시점에서 온도가 상승했던 균열 및 균열주위의 온도가 하강하여 시험 전 온도와 유사해지거 나(Fig. 3(a)) 오히려 초기온도보다 낮아지는 양상을 관찰 할 수 있었다(Fig. 5(a)). 파괴순간에 암석에 집중되었던 에너지가 급격히 방출되면서 오히려 초기 온도보다 더 낮은 온도상태로 변화되었기 때문인 것으로 판단된다.

철원 현무암 시편(Fig. 5(b))에서는 파괴순간에 파괴면 에서 시편의 초기 표면온도보다 2.5℃ 이상의 온도가 상승 한 것이 측정되었는데, 이는 에너지집중이나 미소균열에 서 광물입자 사이의 마찰에 의한 온도상승보다 분리된 시 편이 대각선방향으로 미끄러지며 암석을 구성하는 광물입 자들의 충돌과 마찰에 의해 발생되는 열에너지의 절대량 이 큰 이유로 설명될 수 있다. 실화상 영상에서 포착된 파 괴순간에 대각선방향으로 분리된 두 시편 조각의 파괴단 면이 맞닿은 채로 미끄러지듯 이탈하는 장면이 이를 반증 한다. Wu et al.(2006a)도 일축압축시험시 표면 온도 상승 보다 균열 발생지점의 내부에서 더 큰 온도 상승이 나타나 는 이유를 시편 내부에는 표면보다 더 큰 역학적 에너지가

누적되어 있으며, 여기에 대각선방향으로 파괴가 발생되 는 특성상 마찰에 의한 열도 추가적으로 발생되기 때문에 이들의 복합적인 영향으로 인한 것으로 설명하고 있다.

응회암과 같이 불균질한 입자나 매질들로 구성된 지질 의 파괴현상은 시험결과에서 관찰할 수 있듯이 개별입자 나 매질 자체의 강도나 이들 사이의 결합강도를 반영할 것으로 판단된다. 화강암과 섬록암, 현무암보다 상대적 으로 강도가 작은 응회암에서 더 큰 온도상승폭이 검출 된 이유는 실제로 강도가 큰 다른 암종들에서 낮은 온도 상승폭이 나타난다기 보다 강도가 크고 취성 특성으로 인해 암석의 파괴가 순간적으로 이루어지기 때문에 초당 약 30 프래임으로 촬영되는 열화상에서 최대 에너지 방 출순간이 정확히 포착되지 않았다고 판단된다.

이상의 네 종류의 암종에 대한 시험결과로부터 암석파괴 직전에 균열이나 파괴 대상지점에서 발생되는 온도상승현 상을 관찰할 수 있었다. GG-2를 제외한 시편에서는 온도상 승관찰 직후에 파괴가 발생되었지만, 시편이 아닌 암반의 관점에서는 일부 지점의 파괴발생을 면적에 대해 실시간으 로 관측할 수 있는 새로운 기법으로 온도상승현상을 이용할 수 있다. 따라서 이러한 열분포특성을 기반으로 앞서 언급 한 것과 같이 현장에서 직접적인 측정이 필수적인 극지 등 극한환경에서나 또한 일반적인 사면 및 터널건설, 광산개발 현장 등 건설이나 개발환경에서 넓은 면적에 대해 열적외선 영상을 지속적으로 획득하고 온도상승지점을 탐지하여 응 력 이상집중지점이나 파괴발생지점에 대한 모니터링을 수 행하고, 응력집중의 원인규명과 파괴지점에 대한 대책수립 을 지원하기 위한 효과적인 방법으로서 응용할 수 있다.

결 론

본 연구에서는 국내에서 채취한 화강암과 섬록암, 현 무암, 응회암의 네 가지 암종으로 구성된 원통형 시편에 대해 일축압축시험을 수행하고, 파괴순간 및 파괴전후에 관찰되는 열분포특성의 변화를 분석하였다. 이 결과로부 터 획득된 암석시편의 일축압축시험에서 열특성변화는 다음과 같은 다섯 가지 항목으로 요약된다.

1. 일축압축시험 중 암석시편에 발생하는 대각선방향 의 균열이 육안관찰로서 확인되기 전에 열적외선영상에 서 균열생성지점에 온도상승현상이 관측되었고, 파괴순 간에는 에너지의 누적, 전단파괴에 의한 암석 구성입자 들 사이의 마찰이 복합적으로 작용하여 뚜렷한 온도상승 현상이 나타난다.

2. 암석파괴시 표면보다 파괴면 내부에서 더 높은 온도 가 검출되었고, 이는 암석 내부에 누적된 에너지와 각각 반대 방향으로 순간적으로 미끄러지며 이동하는 파괴단면

사이에 발생되는 마찰로 인해 발생되는 것으로 판단된다.

3. 파괴 후에는 에너지방출로 인해 파괴 주변부위의 온도가 시험 전의 온도로 안정화되거나 오히려 더 낮은 온도로 하강하는 특징을 보이며, 파괴면에서도 파괴직후 에 초기 시편표면온도보다는 높지만, 파괴순간보다 온도 가 하강하는 특징이 나타난다.

4. 응회암과 같이 불균질한 입도, 다양한 종류의 지질매체 로 구성된 암석의 경우 온도분포 특이지점은 강도가 강한 지질매체가 위치한 부분이나 입자와 입자 사이의 결합력이 상대적으로 강한 위치에서 관찰된다. 이로부터 암석의 입도 분포나 결합에 대한 정보를 추가적으로 획득할 수 있다.

5. 연구 결과로부터 알 수 있는 암석 파괴직전의 온도상 승과 분포특성을 이용하여 파괴지점에 대한 모니터링이 가능하다. 이를 기반으로 현장에서 직접적인 측정이 필수 적인 극지 등 극한환경에서나 사면 및 터널, 광산개발 등 의 현장에서 열적외선관측을 수행하고 국지적으로 발생 하는 파괴현상의 실시간 관찰을 통해 파괴지점에 대한 대 책수립을 지원하기 위한 방법으로서 응용이 가능하다.

사 사

본 연구는 한국연구재단의 극지 동결-융해 풍화과정에 노출된 암석의 물성변화 메카니즘과 측정연구(과제번호:

2009-0085129)와 2010년도 두뇌한국21 사업의 지원으 로 이루어졌으며 이에 감사한다. 또한 논문 작성은 서울 대학교 공학연구소의 지원으로 이루어졌다.

참고문헌

이효성, 박형동, 2004, “수치 마이크로사진측량에 의한 암

석시료 표면의 체적변화량 결정,” 한국지구시스템공학

회지, 제 41권, 1호, pp. 1-6.

Brady, B.T. and Rowell, G.A., 1986, “Laboratory investigation for the electrodynamics of rock fracture,” Nature, Vol.

321, pp. 488-92.

Brown, E.T., 1981, Rock characterization testing and moni- toring: ISRM suggested methods, Pergamon Press, Oxford, p. 211.

Fütterer, D.K., Damaske, D., Kleinschmidt, G., Miller, H.

and Tessensohn, F. (eds), 2006, Antarctica: Contributions to global earth sciences, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York, pp. 261-270.

Hardy, H.R., 1972, Application of acoustic emission techniques to rock mechanics research, ASTM STP 505, American Society for Testing and Materials, pp. 41-83.

Jacobs, P.A., 2006, Thermal Infrared Characterization of Ground Targets and Backgrounds (2nd ed.), SPIE Optical

Engineering Press, Bellingham, Washington, USA, p. 184.

Kim, H., Lee, J.I., Choe, M.Y., Cho, M., Zheng, X., Sang, H. and Qiu, J., 2000, “Geochronologic Evidence for Early Cretaceous Volcanic Activity on Barton Peninsula, King George Island, Antarctica,” Polar Research, Vol. 19, pp.

251-260.

Lee, Y.I., Lim, H.S. and Yoon, H.I., 2004, “Geochemistry of Soils of King George Island, South Shetland Islands, West Antarctica: Implications for Pedogenesis in Cold Polar Regions,” Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol.

68, pp. 4319-4333.

Liu, S., Wu, L. and Wu, Y., 2006, “Infrared Radiation of Rock at Failure,” International Journal of Rock Mechanics

& Mining Sciences, Vol. 43, pp. 972-979.

Luong, M.P., 1990, “Infrared thermovision of damage processes in concrete and rock,” Engineering Fracture Mechanics, Vol. 35, No. 1/2/3, pp. 291-301.

Martelli, G., Smith, P.N. and Woodward, A.J., 1989, “Light, Radiofrequency Emission and Ionization Effects Associated with Rock Fracture,” Geophysical Journal International, Vol. 98, pp. 397-401.

Wu, L. and Wang, J., 1998, “Infrared Radiation Features of Coal and Rocks under Loading,” International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol. 35, pp.

969-976.

Wu, L., Liu, S., Wu, Y. and Wu, H., 2002, “Changes in Infrared Radiation with Rock Deformation,” International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol. 39, pp. 825-831.

Wu, L., Wu, Y., Liu, S., Li, G. and Li, Y., 2004, “Infrared Radiation of Rock Impacted at Low Velocity,” Inter- national Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, Vol. 41, pp. 321-327.

Wu, L., Liu, S., Wu, Y. and Wang, C., 2006a, “Precursors for Rock Fracturing and Failure-Part I: IRR image abnormalities,” International Journal of Rock Mechanics

& Mining Sciences, Vol. 43, pp. 473-482.

Wu, L., Liu, S., Wu, Y. and Wang, C., 2006b, “Precursors for Rock Fracturing and Failure-Part II: IRR T-Curve abnormalities,” International Journal of Rock Mechanics

& Mining Sciences, Vol. 43, pp. 483-493.

Yamada, I., Masuda, K. and Murakami, H., 1989, “Electro- magnetic and Acoustic Emission Associated with Rock Fracture,” Physics of the Earth and Planetary Interiors, Vol. 57, pp. 157-68.

Yeo, J.P., Lee, J.I., Hur, S.D. and Choi, B.G., 2004, Geochemistry of volcanic rocks in Barton and Weaver peninsulas, King George Island, Antarctica: Implications for arc maturity and correlation with fossilized volcanic centers, Geosciences Journal, Vol. 8, pp. 11-25.

현 창 욱

2003년 서울대학교 지구환경시스템공학 부 공학사

2010년 서울대학교 에너지시스템공학부 공학박사

현재 서울대학교 공학연구소 선임연구원 (E-mail; [email protected])

박 형 동

1988년 서울대학교 공과대학 자원공학 과, 공학사

1990년 서울대학교 대학원 자원공학과, 공학석사

1994년 영국 런던대학교 임페리얼 칼리 지 지질학과, 이학박사

현재 서울대학교 공과대학 에너지시스템공학부 교수 (E-mail; [email protected])

박 지 환

2010년 서울대학교 에너지자원공학과 공 학사

현재 서울대학교 에너지시스템공학부 석사과정 (E-mail; [email protected])