암석의 특성 및 거동(암석의 물리적인 특성(공극률과 공극비, 함수율과 흡수비, 포화도, 밀도-비중-단위중량, 투수계와 수리전도도))에 대하여

1. 암석의 물리적StartFragment - 건조 비중(dry～) : 특성

암석의 물성은 암석의 고유 성질 중 화학적 변화를 동반하지 않는 것을 의미하며, 암석을 조성하고 있는 광물의 종류, 교결물질, 결합상태에 따라 좌우된다. 암석의 역학적 성질은 으로 암석의 물리적 성질의 하나로 암석에 힘을 작용하였을 때 그 힘에 대하여 암석이 나타내는 성질을 의미한다.

암석의 물성, 특히 역학적 특성은 표준 시료 즉 암석 시험편의 크기나 형상에 따라 강도 등의 특성치가 달라진다. 또한 시료가 갖는 등방성(isotropy), 이방성(anisotropy) 및 균질성(homogeneity), 불균질성(heterogeneity)도 고려하여야 한다. 따라서 암석의 고유한 물리적 성질들을 측정하기 위해서는 일관성 있는 시험절차 및 방법이 요구된다. 현재 각종 재료의 시험에 사용되고 있는 표준 시험법으로는 미국 표준시험법(ASTM, American Standard Testing Method)이 많이 알려져 있으며, 암석에 대한 표준시험법의 경우 국제암반역학회(ISRM, International Society for Rock Mechanics)에서 제안하고 있는 방법이 널리 사용되고 있다.

1) 공극률(간극율, porosity, n)과 공극비(void ratio, e)    (그림2.1)

                            4) 밀도(density), 비중(specific gravity) 및 단위중량(unit weight)

                                      ① 밀도(density) : 단위 부피당 질량(mass)

 

 

* 이러한 차이는 암반내를 석유, 가스, 염수 및 담수 등의 각기 다른 물질이 유동할 경우 중요하다. 즉, 적절한 점성과 단위중량 및 absolute permeability를 적용하여야 한다. 그러나 적용 유체가 일반적으로 담수인 토질 및 암반역학에서는 Kw, permeability coefficient of water를 사용하는 것이 간편하다.

 

 

※ Flow in Fractured Rocks

▶ The analysis of flow in fractured rocks

① Continuum approach

- 균열이 충분히 밀집되어 있어 균열매체가 수리적으로 granular porous media와 유사한 거동을 보일 때 적용가능.

- 만일 주어진 한 방향에 대해 균열의 aperture가 불규칙하면 매체는 불균질성을 나타내고, 각 방향에 따라 spacing이 다르면 이방성을 나타낸다. 이러한 문제점은 Darcy's law를 활용한 standard porous-media techniques와 anisotropic conductivity tensor를 이용하면 해결 가능하다.

② Noncontinuum approach

- 균열밀도가 매우 낮을 경우, 각 열극에 대한 흐름의 해석이 요구된다. 이러한 접근은 암석공학적 분석을 통해 각 critical fracture내에 형성된 유체압력(간극수압)에 의한 사면 또는 굴착공동의 붕괴 등을 대상으로 하는 geotechnical application에서 이용된다.

- 이러한 방법은 유체역학에서의 “Navier-Stokes equation”에 근거한다.

▶ Problems in contimuum approach

① the question of nod-Darcy flow in rock fractures of wide aperture

-> separate flow laws be specified for the linear-laminar, a nonlinear laminar, and a turbulent range

② the interaction of the three-dimensional stress field and the three- dimensional fluid flow field in rock

-> the porosity of fractured rock is so low, the expansions and contractions of the fracture apertures that occur under the influence of changes in stress affect the values of hydrualic conductivity.

▶ Hydraulic conductivity K of jointed rocks and the fracture porosity, nf

for a parallel array of planar joints of aperture, b, with N joints per unit distance accross the rock face, nf=Nb, Snow(1968)

 

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