절리면의 거칠기 및 법선응력의 크기가 전단거동에 미치는 영향

Abstract

절리면의 전단거동 변화양상을 거칠기와 법선응력수준을 고려하여 고찰하였다. 화강암, 편마암, 셰일의 자연절리와 인공절리에 대하여 순차적인 전단시험을 총 545회 실시하였다. 3차원 레이져 스캐너를 사용하여 절리면 형상을 측정하고, 거칠기의 상대적인 크기와 순차적인 전단거동에 의한 거칠기 감쇄를 가장 잘 표현할 수 있는 거칠기 파라미터를 고찰하였다. 반복 전단 거동에 의한 강도저하를 유발하는 거칠기 감쇄는 Ai-에 의해 가장 잘 표현되었다. 순차적인 전단거동 동안 발생한 거칠기 감쇄와 전단강도 감소경향에 대한 분석과 3가지 거칠기 그룹에 대한 전단강도 특성을 규명하여 전단강도에 대한 거칠기의 영향을 고찰하였다. 초기 거칠기가 크고 법선응력이 높을수록 전단거동에 의한 거칠기 감쇄경향이 현저하게 나타났다. 특히, 절리면 강도가 낮은 암석에서는 높은 법선응력 조건에서 거칠기 변화가 가장 뚜렷하게 나타났다. 순차적 전단거동에 의한 전단강도 감소는 초기 거칠기가 클수록 더욱 크게 나타나지만, 절리면 강도가 낮은 경우 거칠기 마모가 상대적으로 용이하게 발생되어 거칠기 차이에 따른 전단강도 변화는 가장 미세한 것으로 조사되었다. 순차적 전단거동에 의해 Ai-와 전단강도는 모두 감소하였으나 전단강도계수인 점착력(c)과 마찰각()의 변화양상은 2가지 형태로 나타났다: 점착력과 마찰각 모두 감소하는 형태(타입 1), 점착력은 감소하고 마찰각은 증가하는 형태(타입 2). 타입 1의 경우 순차적 전단거동에 의한 높은 경사각의 미세 거칠기는 감소하고 낮은 경사각의 미세 거칠기는 증가하였으며, 특히 높은 법선응력일수록 낮은 경사각의 미세 거칠기가 뚜렷이 나타났다. 타입 2의 경우 순차적 전단거동에 의해 낮은 경사각의 미세 거칠기가 감소하고 높은 경사각의 미세 거칠기가 증가하였으며, 특히 법선응력이 크고 절리면강도가 클수록 높은 경사각의 미세 거칠기가 두드러지게 나타났다. 전단강도는 감소하지만 마찰각이 증가하는 현상은 전단거동 과정에서 형성된 높은 경사의 미세 거칠기가 중요한 요인으로 작용한 것으로 고찰되었다.