모형실험을 통한 암반사면의 파괴거동분석 및 파괴시기예측

Abstract

불연속면의 거칠기, 충전물, 수압조건 등의 공학적 특성을 고려하여 사면의 파괴거동을 고찰하고 파괴시기를 예측하기 위하여 모형실험이 수행되었다. 모형사면은 실제 암반사면과 유사하게 시멘트 모르타르와 스테인리스 스틸프레임을 이용하여 비중 2.7이 되도록 제작하였다. 절리면의 거칠기는 폭, 높이 등을 고려하여 거칢각이 0, 7, 11°의 불연속면을 갖는 블록을 제작하였다. 충전물은 거칠기의 돌출부 높이를 고려하여 돌출부 높이의 1.5배까지 증가시켰다. 정속도 수압증가 조건에서는 인장균열에 완전히 가해질 수 있는 수압을 100%로 하여 건조 상태에서 1%/min로 증가시키면서 사면의 거동양상을 파악하였다. 공학적 특성의 조합을 달리하여 총 27회 실험을 실시한 결과, 절리면의 거칠기가 증가할수록 파괴 시 수압하중은 증가하고 충전물의 두께비가 증가할수록 파괴 시 수압하중은 감소한다. 전체적인 거동양상은 선형 거동양상을 보이다가 파괴 임박시 3차 크립 형태의 지수형 거동양상이 나타난다. 충전물이 두꺼워 질수록 3차 크립 형태의 지수형 거동양상이 뚜렷이 나타나는 양상을 보인다. 정수압 조건에서는 파괴 수압의 97%를 유지하고 시간에 따른 사면의 거동양상을 관찰하였다. 대부분의 경우 2차 크립 형태의 거동을 유지하다 짧은 3차 크립 형태의 거동을 보이며 급격한 파괴를 보였다. 특히 충전물의 두께비가 증가할수록 3차 크립 형태의 거동 구간이 뚜렷이 나타나며 파괴 시까지 변위가 크게 발생하였다. 정속도 수압증가 및 정수압 조건 공히 사면에 충전물이 두껍게 충전되어 3차 크립 형태의 지수형 거동을 보이는 경우에 inverse velocity method를 사용한 파괴시기 예측이 가능한 것으로 판단된다.

Laboratory tests were performed to investigate the failure mechanism of the rock slope due to engineering characteristics such as joint asperity angle, infilling thickness and water pressure conditions, and to evaluate the possibility of predicting slope failure using the model rock slope. The model rock slope were designed to simulate real rock slope having 2.7 of specific gravity using cement mortar and stainless steel frame. The joint asperity angle was 0, 7 and 11° having different roughness specifications. The infilling thickness was maintained between upper and lower roughness plane from zero to 1.5 times of the amplitude of the surface projections. For constant increasing head condition, water pressure was constantly increased at rate of 1%/min until failure by assuming water pressure expressed as percent filling of tension crack from dry(0%) to full(100%). Total of 27 tests were performed. The results obtained in this study show that the water pressure at failure was found to increase with increasing joint roughness, and to decrease with increasing infilling thickness. Displacement of the slope were exhibited linear type from the beginning, and exponential type was appeared to approaching failure. In case of increasing infilling thickness, the slope cleary showed exponential behavior of tertiary creep type. For constant head condition, water pressure was kept at 97% of failure pressure. Slope behavior showed secondary creep type from the beginning, and tertiary creep type of deformation exhibited at final stage. The exponential type of deformability was predominant for sliding planes having thick infillings. These arise from the fact that, once the infilling thickness exceeds asperities, strength and deformability of sliding plane is controlled by the engineering characteristics of the infilling materials. It seems possible to estimate failure time using the inverse velocity method for sliding plane having exponential type of deformability. However, it is necessary to estimate failure time by trial and error basis to predict failure of the slope accurately.