암석의 탄성파 속도와 강도에 대하여

1) 탄성파 속도(elastic wave velocity)

암석내부를 전파하는 탄성파인 체적파(실체파, body wave)인 P파와 S파의 속도를 측정함으로서 맘석의 내부구조, 강도 및 동탄성계수 등 암석의 동적 성질을 추정한다. 즉 탄성파가 시험편을 통과하는 데 소요된 시간을 측정하여 탄성파인 P파와 S파의 전파속도를 구하는 비파괴시험을 통해 결정될 수 있다.

시험편을 본체에 연결된 송신자와 수신자 사이에 끼우고 적당한 힘으로 가압하여 탄성파가 송신자로부터 시험편을 거쳐서 수진자에 이르는 데 소요된 시간을 Oscilloscope상의 파형으로부터 계측하여 시험편의 길이를 소요된 시간으로 나눔으로서 탄성파 전파속도를 결정한다.

탄성파 속도에 영향을 미치는 요소로는 광물조성, 밀도, 공극율, 탄성계수, 균열, 이방성, 구속압, 함수상태, 온도 등이 있다.

IAEG에 의한 탄성파 속도에 따른 암석분류는 다음과 같다.

(표 2.4) Classes of sonic velocity

Class	Sonic velocity(m/s)	Description
1	～ 2500	Very low
2	2500 ～ 3500	Low
3	3500 ～ 4000	Moderate
4	4000 ～ 5000	High
5	5000 ～	Very high

 

일반적으로 화성암은 5000m/s, 변성암은 3500m/s 이상의 값을 가지며, 퇴적암의 경우는 1500 ～ 4500m/s의 값을 갖는다. 또한 intact rock에서의 seismic compression wave velocity는 평균 4500 m/s 이고, 공기중에서는 350 m/s, 수중에서는 1500 m/s를 나타낸다. 암체에 대해서는 간극 또는 열극이 포화되어 있다고 하더라도 그 속도가 크게 줄게 된다.

국내 서울 지역의 기반암들에 대한 탄성파 속도 측정 결과의 예는 다음 (표 2.5)와 같다.

암 종	탄성파 속도 (m/sec)	시료수	평 균	표준편차	최소치	최대치
서울 화강암	P파 S파	161	3230 1770	940 470	1220 710	5730 3000
서울 편마암	P파 S파	324	4880 2420	650 350	2000 1300	6710 3560

표 2.5) 일부 암석의 탄성파 속도

이러한 탄성파 속도값으로부터 동탄성계수와 동포와송비를 구할 수 있으며 이는 균열의 발달정도와도 상관관계를 나타낸다.

 

2) 강도(strength)

암석에 가해지는 면적당 힘의 세기인 응력(stress)이 일정 한계값을 초과하면 파괴가 일어나는데 이때의 값을 암석의 강도라 한다. 즉, 암석이 지지(지탱)할 수 있는 응력의 크기를 말하는 것으로 파괴응력(failure stress)라고도 한다.

암석의 파괴는 크게 취성파괴(brittle failure)와 연성파괴(ductile failure)로 구분된다.

① 취성파괴 : 암석의 하중을 지지하는 능력이 응력에 대한 암석변형이 증가함에 따라 감소할 때 일어난다. 이러한 취성파괴는 보통 파괴 전에 영구변형을 거의 또는 전혀 동반하지 않는다.

② 연성파괴 : 암석이 가해지는 응력(하중)에 대한 지지력을 잃지 않고 영구변형을 계속할 수 있는 경우를 의미한다.

암석은 토목 또는 지질공학적인 프로젝트에서의 일반적인 온도, 구속압하에서는 취성적 성질을 갖는 경우가 보통이며, 구속압과 온도의 증가에 따라 또는 풍화함 및 현저하게 절리가 발달한 암반에서 연성적 성질을 나타내는 경우가 관찰된다.

 

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