암반의 공학적 성질에 따른 분류에 대해 알아보자

.암반의 공학적 성질에 따른 분류

 

1. 암반(Rock mass)의 공학적 의미

▪ 암반의 공학적 의미는 토목공사의 대상이 될 정도의 공간적 크기를 갖는 자연의 암석 집합체를 말하며 지질학적 불연속면을 갖는 불균질성 및 이방성의 암체이다.

▪ 암반은 같은 종류나 구조를 가지고 있어도 단층, 파쇄, 풍화․변질, 불연속면 등이 국부적으로 자주 변화하며, 이러한 암반의 공학적 특성에 따라 설계와 시공이 행해지므로 암반의 분류 및 적절한 정량화는 지극히 당연하고도 중요한 일이 아닐 수 없다.

 

2. 암반의 공학적 분류 소개

▪ 암반을 공학적으로 분류하는 것은 층리, 절리, 단층, 파쇄대와 같은 불연속면 및 풍화와 변질작용을 받은 원지반의 암반에 대하여 공학적 활용을 위한 판단자료로 사용하기 위함이다.

▪ 암반의 공학적 성질은 암석의 강도, 풍화도 및 변질도, 불연속면의 발달 상태 등으로서 이들 요소들의 일부 또는 전부를 적용하여 분류를 실시한다. 댐, 터널, 사면 등에 따라 각각 중요시하는 암반의 성질은 다르므로 암반분류요소의 선택방법은 그 목적에 따라 달라진다.

▪ 이러한 지하의 암반 상태를 여러 가지 기준이 되는 요소로 구분, 조사하여 적절한 정량적인 값으로 나타내고 활용할 수 있도록 암반을 공학적으로 분류하는 기준들이 제안되고 있다. 그 중 가장 중요한 터널의 공학적 분류법을 거론하면 다음과 같으므로 우선 간략히 훑어보기 바란다.

 

분 류 명	제 안 자	국 명	적 용
암반 하중법	Terzaghi(1946)	미 국	강재지보터널
stand-up time	Lauffer(1958)	오스트리아	터 널
R.Q.D.	Deere(1964)	미 국	core logging
암석의 압축강도	Deere & Miller	미 국	공 통
R.S.R	Wickham et al(1972)	미 국	터 널
(R.M.R.)	Bieniawski(1973)	남아공화국, 미 국	터 널
Q-system	Barton et al(1974)	노르웨이	터널,대규모 동굴
강도/암괴의 크기	Franklin(1975)	캐 나 다	터 널
mining RMR(MRMR)	Laubscher & Tayler(1976)	남아공화국	광 산
basic geotechnical classification(BGD)	ISRM(1981)	국 제	일 반 공 통
modified basic RMR(MBR)	Kendorski(1983)	미 국	금 속 광 산
simplified RMR(SRMR)	Brook & Dharmante(1985)	스리랑카	광 산
rocha's classification	Costa-Perieira & Rodrigues-Carvalho(1987)	포르투칼	터 널

 

3. 기본적인 암반의 공학적 분류 방법

▪ 암반에 대한 가장 기본적인 공학적 인자는 불연속면의 밀도 및 상태와 풍화 및 변질의 정도임

▪ 일반적인 공학적 분류방법은 절리의 간격, 보링코아의 채취 상황에서 도출되는 RQD, 풍화 또는 변질작용을 받은 암반에 대한 탄성파속도 등에 의한 분류방법이 있으며, 암석의 강도, RQD, 절리의 간격, 절리면의 상태, 지하수의 상태, 절리의 방위 등을 각각의 등급에 따라 종합적으로 채점한 암반평점(rock mass rating) RMR로 분류하는 방법이 있다.

 

(1) 절리의 간격에 의한 분류법

① 절리의 간격은 암반을 구성하고 있는 암괴의 크기를 결정하고 암반의 공학적인 성질(암반굴착의 난이도, 파쇄특징, 투수율)에 영향을 준다. 절리의 간격은 인접한 절리간의 수직거리이고, 일반적으로 절리의 각 종류에 따라 각각 평균 수직간격을 측정한다.

② Deere에 의한 분류법 : 실용적인 용도에 적합한 단계로 분류

▪ 매우좁은 : 5㎝ 이하

▪ 좁은 : 5~30㎝

▪ 보통 : 30~100㎝

▪ 넓은 : 1~3㎝

▪ 매우넓은 : 3m 이상

 

(2) 풍화도에 의한 분류법

풍화도(K) :

 

여기서 ┏ Vo : 풍화 및 변질되지 않는 신선한 암석의 공시체를 전파하는 탄성파 속도

K	0	0 ~ 0.2	0.2~0.4	0.4~0.6	0.6~1.0
풍화도	신선함	약간풍화됨	중간정도 풍화됨	상당히 풍화됨	완전히 풍화됨

┗ V : 풍화 및 변질된 암석을 전파하는 탄성파의 속도

 

(3) RQD (터널의 암반분류법 참조)

 

(4) 균열계수(coefficient of fissure)에 의한 분류법 ☞ 필수 숙지 사항

① 암반내의 탄성파속도(VF)와 그 암반에서 채취한 균열이 없는 암석시료에서 측정한 탄성파속도(VL)로부터 균열계수를 구한다. (R. Q. D와 반비례의 관계)

균열계수(RM Cr) = 1 - ({ Ef} over {El }) = 1- SCALE 90 ({RM V SUB F} OVER {RM V SUB L}) SUP 2

여기서, ┏ El, V

: 신선한 암석시편에 대한 동적탄성계수 및 탄성파속도

 

┗ Ef, Vf : 현장의 암반에 대한 동적탄성계수 및 탄성파속도

② 균열계수 Cr은 전술한 풍화도 k와 동일한 물리적 의의를 갖는 것으로서 경우에 따라서는 풍화도 k를 균열계수라 하는 경우도 있으며, 등급구분은 다음과 같다.

Cr	～ 0.25	0.25～0.5	0.5～0.65	0.65～0.8	0.8 ～
등급	A등급	B등급	C등급	D등급	E등급

 

(5) RMR(Rock Mass Rating)법(RMR 분류법)

① 암반평점에 의한 분류법으로서 암반을 암석의 강도, 채취 코아의 질, 절리간격, 절리의 상태, 절리내의 지하수상태, 절리의 방위 등으로 구분하여 개별적으로 채점한 다음에 점수를 합산하여 암반의 평점으로 정하고, 이에 따라 암반을 분류하는 방법이다.

② RMR 분류 체계는 5가지 요소에 대한 암반의 평점을 산정한 후 절리의 방향성에 따라 조정하여 암반을 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ의 5가지로 분류하는 대표적인 암반 분류 방법임.

▪ 암석 강도

▪ 암질 지수(RQD)

▪ 불연속면의 간격

▪ 불연속면의 상태

▪ 지하수 상태

★ Q값과 RMR값과의 관계 : RMR = 91nQ + 44

 

6) 리핑가능성에 의한 분류법

현장실무분야에서 암반을 굴착함에 있어서 폭약에 의한 발파작업을 하지 않고 리퍼작업에 의하여 굴착이 가능한 리핑가능성(ripperbility)을 기준으로, 리핑가능영역을 연암, 불가능한 영역을 경암으로 분류하는 방법이다.