제 7 장 절리면의 거동특성

차 례 1. 개요 2. 절리면의 시험 3. 절리면의 거동을 지배하는 요소 4. 절리면의 전단강도식 5. 절리면의 거동해석 모델 6. 절리면의 거칠기 파라미터 Page  1

7.1 개 요 암석 절리 벽면강도 암석 거칠기 충전물 지하수 Page  1

7.1 개 요 벽면강도 Mohr-Coulomb 식 거칠기 Patton의 이중선형 강도식 충전물 Barton의 전단강도식 지하수 7.1 개 요 수직거동 벽면강도 Mohr-Coulomb 식 거칠기 Patton의 이중선형 강도식 전단거동 충전물 Barton의 전단강도식 지하수 … [절리면 거동] [절리면 거동 지배요소] [절리면 전단 강도식] Page  2

7.2 절리면의 시험 절리면의 수직거동 절리면의 수직변형-수직응력은 비선형 형태를 나타냄 수직응력이 증가할수록 절리의 수직변위 증가율은 작아짐 수직응력이 증가할수록 수직변위는 최대 닫힘변위( )에 점근 수직강성 : Page  3

절리면의 전단거동 직접 전단 시험장치 [휴대용 직접전단시험 장치 (ELE, 1993)] [servo-control 직접 전단시험기] [휴대용 직접전단시험 장치 (ELE, 1993)] Page  4

절리면의 전단거동 시험 순서 [시료성형] [몰딩] [전단시험] Page  5

절리면의 전단거동 시험 경계조건 (Boundary condition) [일정 수직하중조건] [일정 수직변위조건] Page  6

절리면의 전단거동 전단강성 : 팽창각 : Page  7

절리면의 전단강도 [매끄러운 절리면] [거친절리면] Page  8

절리면의 전단강도 i [거친절리면] Page  9

7.3 절리면의 거동을 지배하는 요소 절리면의 벽면강도 절리면의 거칠기 충전물 지하수 Page  10

절리면의 벽면강도 (joint wall compressive strength, JCS) 절리면 벽면강도 간이시험법(ISRM, 1981) 등급 특성 현장 간이 판별법 벽면강도 (MPa) R0 극히 약함 손톱자국이 남 0.25-1.0 R1 매우 약함 햄머의 뾰족한 끝으로 세게 쳐서 생긴 부스러기들을 주머니칼로 벗겨낼 수 있음 1.0-5.0 R2 약함 주머니칼로 어렵게 벗겨짐 햄머의 뾰족한 끝으로 세게 타격하면 얕게 패임 5.0-25 R3 보통 주머니칼로 긁히거나 벗겨지지 않음 햄머로 한번 세게 쳤을 때 부서지지 않음 25-50 R4 강함 햄머로 두 번 이상 타격해야 부서짐 50-100 R5 매우 감함 햄머로 수차례 타격해야 부서짐 100-250 R6 극히 강함 햄머로 타격할 경우 쪼아지기만 함 >250 Page  11

절리면의 벽면강도 (joint wall compressive strength, JCS) ① Page  12

절리면의 벽면강도 (joint wall compressive strength, JCS) ② Page  13

절리면의 벽면강도 (joint wall compressive strength, JCS) ③ 일축압축강도 (MPa) Page  14

절리면의 벽면강도 (joint wall compressive strength, JCS) ④ Average dispersion of strength for most rocks - MPa Page  14

절리면의 거칠기 거칠기(roughness) : [절리면 거칠기와 사면의 경사각] [1차 및 2차 돌출부] 절리면의 파형(waviness), 요철(uneveness), 돌출부(asperity)의 기하학적 표현 [절리면 거칠기와 사면의 경사각] [1차 및 2차 돌출부] Page  15

절리면의 거칠기 (a) 거칠기각 = 0 (a) 거칠기각 = i Page  16

충전물 인접한 절리 벽면 사이를 채우고 있는 물질 충전물의 종류 : 모래, 실트, 점토, 각력(breccia), 단층점토, 마일로나이트(mylonite) 충전물의 두께와 역학적 성질이 절리면의 전단강도 좌우 Page  17

지하수 : 유효수직응력(effective normal stress) Page  18

7.4 절리면의 전단강도식 Mohr-Coulomb 식 Patton의 이중선형 강도식 Jaeger 모델 Ladanyi and Archambault 모델 Barton의 전단강도식 Page  19

Mohr-Coulomb 식 Page  20

Patton의 이중선형 강도식 Page  21

Patton의 이중선형 강도식 전이응력 Page  22

Jaeger 모델 Page  23

Ladanyi and Archambault 모델 절리면의 마찰, 수직팽창성, 맞물림현상, 거칠기의 손상을 고려 : 절리 전체의 수평 투영면적에 대한 전단되어버린 돌출부의 비율 : 절리면 돌출부의 전단강도 : 정점전단응력에서의 수직팽창률 K1 = 1.5 K2 = 4 Page  24

Barton 의 전단강도식 : 절리면 거칠기 계수 : 절리면 압축강도 의 범위 : 3~100 Page  25

Barton 의 전단강도식 1. JRC 측정 경사시험 슈미트 햄머반발지수 R : 풍화되지 않은 건조한 시료의 반발지수 Page  26

2. JRC 및 JCS의 크기보정 거칠기 파괴성분(JCS/σ), 기하학적 성분 (JRC), 잔류마찰각 Φb 으로 구성 Page  27

3. JCS 추정 n : 현장 시험편의 크기, 0 : 실험실 시험편 크기 Ln : 현장 절리 길이, L0 : 실험실 시험편 길이 : 정점전단변위 3. JCS 추정 일축압축강도 슈미트 햄머반발지수 Page  28

7.5 절리면의 거동해석 모델 전체 전단거동 영역에 대한 응력-변형률 관계 (절리면의 구성법칙) - 수치해석기법을 이용한 절리면 거동 모델링에 활용 선형거동 모델 Barton-Bandis 모델 Page  29

선형거동 모델 Coulomb의 마찰이론을 이용한 절리면 거동모델 [수직거동] [전단거동] Coulomb의 마찰이론을 이용한 절리면 거동모델 비교적 평탄한 절리면이나 이미 잔류거동에 도달하여 수직팽창이 거의 발생하지 않는 절리면의 해석에 적합함 Page  30

Barton-Bandis 모델 1. 절리의 수직거동 여기서 A, B, C, D = 상수 Page  31

2. 절리의 전단거동 (Mobilized JRC) Page  32

2. 절리의 전단거동 (Mobilized JRC) Barton-Bandis 모델 2. 절리의 전단거동 (Mobilized JRC) 절리면의 미끄러짐과 동시에 마찰저항 발생 JRCmob = 0 인 지점에서 수직팽창 발생 JRCmob / JRCpeak = 1시점에서 최대전단강도 발휘 정점전단변위 이후 JRCmob 와 수직팽창각 감소 전단변위가 충분히 크면 - JRCmob =0 , 전단강도=잔류전단강도 Page  32

7.6 절리면의 거칠기 파라미터 절리면 거칠기(JRC)의 정량화 방법 절리단면 형상의 높낮이 측정 방법 : profilometer를 이용한 본뜨기 : 절리면 형상의 그림자를 이용한 영상분석기 : 절리면의 고저를 측정하는 레이저측정기 [3차원 레이저 스캐너] [측정 결과] Page  33

JRC 산정을 위한 대표적인 파라미터 L : 전체구간 M : 총분할 갯수 y : 기준면에서 각 지점까지 거리 절리면 돌출부 평균기울기 구간 기울기의 평방평균값 거칠기 형상지수 Page 34