암석의 영율

① Initial tangent modulus (Ei) : 낮은 응력하에서 위로 오목하게 형성되는 응력-변형율 곡선에 대한 원점으로부터의 접선의 기울기로 정의된다.

② Tangent modulus (Et) : 응력이 증가함에 따라 응력-변형율 곡선은 선형으로 변화하며 이 단계에서의 영율은 선형구간의 접선의 기울기로 정의된다. 보통 접선 및 할선 영율은 응력-변형율 곡선에서 특정 응력 수준에서의 기울기로 정의하며, 최대 압축강도의 50% 수준을 선택하는 경우가 많다.

③ Secant modulus (Esec) : Et와 마찬가지의 선형구간에 대해 원점으로부터 특정 응력 수준까지의 분할선의 기울기로 구해진다.

④ Average Young's modulus : 평균 영율은 응력-변형율 곡선에서 다소 직선인 구간의 평균 기울기로 결정한다.

암석이 일축압축하에 놓이면 응력이 증가함에 따라 영율과 포와송비가 다소 일정한 값으로 증가하는 경향을 보인다. 압축응력이 파괴한계에 접근할 수록 영율은 감소하여 0 값에 달하며, 반면에 포와송비는 증가하여 비압축성 고체에 대한 이론적인 최대값인 0.5에 근사한 또는 이 값을 넘어서게 된다. 이와는 반대되는 현상이 일축인장상태에서 관찰된다. 즉, 최초에 영율과 포아송비는 높은 값을 나타내지만 응력이 증가하여 파괴점에 이를 때까지 연속적으로 감소한다.

▶ Hysterisis

대부분의 암석은 응력에 대한 비탄성적 거동 이외에도 hysterisis 현상을 나타낸다. Hysterisis란 응력을 증감시키는 과정 사이에 역학적 에너지가 열에너지로 손실되어 영구 변형이 남는 현상을 말한다.

OR - Residual strain : 일축응력하에서 하중을 제거하는 동안의 응력-변형율 곡선의 초기 기울기는 재하시의 모든 응력 수준에서의 기울기보다 커서 응력이 완전히 제거되면 OR 만큼의 잔여(영구)변형이 나타난다.

RS - Reloading : 이 상태에서 다시 하중을 가하면 곡선 RS가 형성되고, 다시 기울기는 OP보다 크게 나타난다

동일한 최대 응력수준까지의 하중을 가하고 제거하는 과정을 반복하면 우측으로 계속적인 이동을 나타내는 hysterisis loop을 형성하며, 이러한 현상은 transient creep과 연관된다. 일축압축하에서의 취성암석의 비 선형적인 탄성거동과 탄성적인 hysterisis는 암석내의 미세균열의 존재에 의한 것으로(Walsh, 1965) 낮은 응력하에서 이러한 균열은 열려있으나 응력이 증가함에 따라 닫혀지고 암석은 탄성적으로 강해진다. 즉 E가 응력의 증가에 따라 증가한다. 일단 균열이 닫혀지면 응력-변형율 곡선은 선형을 이룬다. 그럼에도 불구하고 이 영역에서의 영율은 균열표면을 통한 미끄러짐 현상에 의해 무결고체(uncracked solid)의 영율보다는 작다. 하중의 감소시 즉시 전단 발생 이전의 상태로 복귀될 수 없으므로 hysterisis loop이 형성된다.

 

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