다단계직접전단시험을 통한 서울화강암의 전단강도 측정에 관한 연구

초록

암반 변형성은 기본적으로는 암반을 구성하고 있는 암석의 성질과 내부에 분포한 각종 불연속면의 성질에 지배된다. 따라서 불연속면을 포함한 자연상태 암반을 대상으로 하여 암반의 변형성을 측정하는 것이 필요하다. 그러나 충분한 수의 불연속면을 포함하고 있는 불교란상태 시료를 채취하는 것이 대단히 어렵고 같은 성질의 공시체를 여러개 갖추는 것이 용이하지 않기 때문에 실내실험을 통한 암반의 기본적 성질을 결정하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 불연속성 암반의 파괴조건을 결정하기 위한 시험으로서 삼축압축시험과 전단시험이 실시되고 있으며, 그 강도 상한은 intact 암석 강도로 주어지고, 하한은 연속성 불연속면의 파괴조건으로 주어지는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 서울 불광동 지역에 분포하는 화강암을 대상으로하여 각종 물성시험 및 압열인장시험, 일축압축시험, 삼축압축시험, 직접전단시험을 실시하고, 암반에 대한 파괴기준을 결정하였다. 또한 국내에서는 삼축압축시험에만 적용된 바 있는 다단계 시험법을 직접전단시험에 도입하여 개별적인 직접전단시험의 결과와 비교하였다. Intact 암석 암석의 삼축압축시험 결과 전단강도 94.3kgf/cm^2, 내부마찰각 68.5도, 직접전단시험을 하여 전단강도 26.0kgf/cm^2, 내부마찰각 58.0도, 잔류전단강도 7.0kgf/cm^2, 내부마찰각 32.0도를 구하였다. 또한 다단계 직접전단시험의 결과는 전단강도 18.5kgf/cm^2, 내부마찰각 59.1도의 결과를 얻었다. 시료의 불균질성과 시험편 절리의 영향을 고려하면 상관성(표준편차=3.75)이 매우 높음을 알 수 있다. 절리의 상태에 따른 강도변화를 알아보기 위해 절단기로 자른 6개의 시험편에 대하여 직접전단시험을 하였다. 실험결과 전단강도 5.64kgf/cm^2, 내부마찰각 22.8도로서 직접전단시험의 잔류응력수준과 유사함을 검증하였다. 이러한 시험결과를 Hoek & Brown의 경험적 파괴조건식으로 구한 전단강도와 비교하여, 시험에 의한 결과치가 암반의 상태를 결정하는데 어떠한 상관성이 있는가를 검토하였다.