디지털 사진측량을 이용한 암석절리면의 거칠기 특성에 관한 연구

Abstract

거칠기에 대한 정량화는 암석 절리의 강도 및 변형, 수리특성 등을 연구함에 있어서 매우 중요하다. 이 연구는 절리 거칠기를 모사하고 거칠기의 속성을 고찰하였다. 프랙털 파라미터와 프로파일 특성치를 입력변수로 설정하여 랜덤중점변위법에 기반한 이차원적 정상성 브라운 프로파일이 생성되었다. 이 연구의 거칠기 모사기법은 절리 거칠기와 관련된 해석적 연구를 수행하기 위한 요소 기술로 활용될 수 있다. 자기 유사 거칠기 프로파일에 대하여 통계적 거칠기 파라미터를 적용한 결과 미소 거칠기의 기울기와 관련된 Z2, SLave, SDSL 등의 통계적 파라미터는 상관구조, 진폭 등의 거칠기 속성을 고려할 수 있으나 측점간격의 변화에 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한, 이 연구는 거칠기 정량화를 위한 암석절리면의 표면거칠기 측정방법으로 범용의 일안반사식 디지털카메라를 이용한 사진측량의 방법론 및 적용성을 고찰하였다. 암석 절리면에 대한 사진측량 및 레이저 프로파일러에 의한 측정을 통하여 다양한 이차원적 거칠기 단면을 구성하고 통계적 거칠기 파라미터를 산정한 결과 디지털 사진측량이 레이저 프로파일러에 비하여 거칠기를 과소평가 하는 것으로 나타났다. 거칠기의 정도에 따른 거칠기 파라미터의 변화 양상은 두 측정법에서 매우 유사하게 나타났다. 카메라의 촬영방향은 거칠기 측정에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 분석되었다. 촬영거리에 의한 영향 또한 3m이내에서 촬영 시 결과에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 사료된다. 디지털 사진측량은 현장에서 비교적 큰 제약 없이 저비용으로 다양한 규모의 거칠기를 측정하는 데에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

Quantification of roughness plays an important role in modeling strength deformability and fluid flow behaviors of rock joints. A procedure was suggested to simulate joint roughness, and characteristics of the roughness was investigated in this study. Stationary fractional Brownian profiles with known input values of the fractal parameter and other profile properties were generated based on random midpoint displacement method. Selected statistical roughness parameters were calculated for the generated self-affine profiles to investigate the attribute of roughness. Obtained results show that statistical parameters applied in this study were able to consider correlation structure and amplitude of the profiles. However, effect of data density should be tackled to use statistical parameters for roughness quantification. Applicability of the digital photogrammetry technique for measurement of rock joint roughness is addressed in this study using the DSLR camera. Measurements of roughness were performed for two rock joint specimens using the laser profiler and the digital photogrammetry technique. The statistical roughness parameters were estimated for two dimensional roughness profiles constructed from each method. Obtained results showed that the statistical roughness parameters estimated from the digital photogrammetry technique were lower than that based on the laser profilometer, even though a high degree of correlation might exist between them. The effects of camera direction on roughness measurements were found to negligible in practice. The digital photogrammetry could be a cost effective method to measure the roughness of rock joints with various scale at the fields.