터널 암반 분류 (시험, 강도, 점하중, Brazilian) 암석 강도 영향요인, 파괴이론 (Griffith)

점토 : 비배수 점착강도
사질토 배수 점착강도, 천층터널에서 중요.

분류의 목적 : 설계-시공 전반에 일관성있게 적용할 수 있는 객관적인 지표.

암반실내시험

1. 압축강도 : 일축압축, Point Load Test, Schmidt Hammer Test

PL test : L>2D

Is (보정전 강도) = P/De^2. (De = 환산지름)
크기계수에 따른 조정 Is50
UCS (일축압축강도) = Is50 x C (Core 크기에 따라 커짐, 보통 C 20 정도)


2. 전단 : 삼축압축전단
3. 인장 : Brazilian Tensile Test (Disc, Splitting)

하중 2P 를 원주로 나눔. = 인장강도 (D=50, t=25mm)
쪼개기 시험

균열형태 및 시점 확인.
FLAC 3D 를 통한 수치해석.

4. 동적 : 초음파
5. 비중, 함수량, 밀도, 입도, 연경도, 동결융해안정성, 팽창

암석과 암반의 구분
- 암석 Intact Rock : 광물의 구성비와 결합상태 및 결정의 크기에 의해 공학적 성질이 결정됨 (불연속면 X), 압축강도, 탄성계수, 풍화정도
- 암반 Jointed Rock Mass : 암석의 공학적 성질 + 불연속면, 풍화, 초기응력 등 공학적 성질 추가.

습곡

암분류

표준단면

암석 강도 (압축강도)
- 재료
- 불연속면 (암반) : 절리, 단층, 편리, 층리. 굴연틈충풍, 길이와 간격.
- 블록의 크기
- 풍화도
- 등방성 (이방성)
- 재하속도 : 탄성과 소성을 찾기 위한 시험. 파괴점에 도달하는 시간이 개별적임.
1) 급속 재하 시 완속 재하보다 강도가 커짐. (파괴가 늦게 일어남.)
2) 연암, 풍화암에서 속도에 의한 차이가 크게 발현됨.
- 구속압
1) 구속압이 커지면 암석의 파괴시점이 늦춰지고, 탄성한계가 더 커짐. -> 암석의 강도가 커짐.
2) 구속압이 커지면 잔류강도도 커지며, 취성파괴 확률도 적어진다.
- 공시체의 크기
1) 공시체의 크기가 크면 불연속면을 포함할 확률이 커져 발현 강도가 저하된다.
2) 전단 면적이 증가하거나, 길이가 길어지면 강도는 감소한다.
3) 공시체가 원형(Cylindrical)에 가까울수록 강도의 크기가 증가한다.

1.     Griffith
취성 거동만 한다는 가정하여 미세한 균열이 발생.
균열에 의한 응력집중 때문에 이론보다 작은 응력에서도 파괴가 일어남.
균열에 따른 탄성변형에너지 감소를 고려하여 균열을 통해 취성에 이르는 인장력을 계산하여 검토.
(암석에서는 인장응력과 인장강도에 의한 검토에서 사용)

2.     탄-소성 : flow/hardening rule 과 연결.
항복응력의 증가여부에 따라 취성과 연성으로 구분

3.     Mohr-Coulomb : 전단강도와 전단응력의 비교.
일축압축강도, 일축인장강도 (압축이 보통 인장의 10배이상)

4.     공극수압
함수비가 증가하면 강도 감소. 간극수압에 따라 Mohr Circle 이 유효응력 기준으로 변환하는 경우 왼쪽으로 파괴포락선에 가까워짐.
암석 공극 내부의 수압 발생에 따른 강도 감소.