동결-융해 풍화에 의한 원주지역 쥬라기 화강암의 지질공학적 특성변화

엄정기,우익,박혁진,Um, Jeong-Gi,Woo, Ik,Park, Hyuck-Jin 대한자원환경지질학회 2009 자원환경지질 Vol.42 No.3

An experimental study of the accelerated weathering was performed to investigate the variations of physicomechanical properties of deteriorated rocks due to freeze-thaw weathering for the Jurassic granite specimens from Wonju, Gangwon-do. Each complete cycle of freeze and thaw was lasted 24 hours, comprising 2 hours saturating in vacuum chamber, 8 hours freezing at -20$\pm1^{\circ}C$ and 14 hours thawing at room temperature. Freeze-thaw cycles were implemented with measuring the index physical properties as well as geometries of microfractures. The seismic velocity was found to decrease with increasing freeze-thaw cycles. On the other hand, absorption tends to increase with freeze-thaw cycles. In the end, it was concluded that variations of the index properties of deteriorated specimen depend on its initial properties and flaws in rock. The size and density of the traces of the microfracture on slab specimen were changed continuously with increasing freeze-thaw weathering. The results obtained in this study show that the box fractal dimension($D_B$) has the strong capability of quantifying the combined effect of size and density of the microfractures. 이 연구는 강원도 원주시 일대에 분포하는 쥬라기 화강암에 대하여 동결-융해 시험을 수행하고 동결-융해 반복 횟수의 증가에 따른 암석의 물리 역학적 특성변화를 고찰하였다. 동결-융해의 한 사이클은 24시간이며 진공챔버에서 2시간동안 포화시킨 시료를 -20$\pm1^{\circ}C$로 8시간 동결하고 상온에서 14시간 동안 융해하였다. 동결-융해 시험 중에 물리적인 특성을 측정한 결과 탄성파 속도는 지속적으로 감소하였으며 흡수율은 증가히는 양상을 보였다. 시험 전 풍화등급이 높은 암석일수록 동결-융해에 따른 물성의 변화가 크며 풍화에 취약한 것으로 나타났다. 슬랩(slab) 시편에서 취득한 미세균열 트레이스의 길이 및 면적밀도는 지속적으로 증가하는 것으로 나타났다. 이는 지속적으로 감소하는 탄성파 속도의 특성과도 부합하며 암석 내부에 미세균열이 급격히 발현 확장하고 특히 광물 결정의 결합력이 약화되는 암석 풍화에 기인한 것으로 판단된다. 미세균열의 밀집도와 크기를 동시에 고려할 수 있는 박스 프랙탈 차원($D_B$)은 미세균열 트레이스의 변동성을 효과적으로 반영하며 중 장기적인 풍화 예측을 위한 새로운 풍화지수로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

Rock Slope Stability Investigations Conducted on the Road Cut in Samrangjin-Miryang Area

엄정기,강태승,황진연,Um Jeong-Gi,Kang Taeseung,Hwang Jin Yeon The Korean Society of Economic and Environmental G 2005 자원환경지질 Vol.38 No.3

본 연구는 도로 절취사면에 대한 사면안정 연구로서 삼량진과 밀양을 연결하는 1022호 지방도 중 천태산 부근에 위치한 약 4km의 연속적인 절취사면에서 수행되었다. 연구지역은 유문암질 회류응회암, 강하응회암, 유문암 및 안산암 등의 백악기 화산암류로 구성되어 있으며, 거의 전 구간에 걸쳐 $70^{\circ}$이상의 사면각으로 형성된 절취암반은 높은 빈도의 불연속면을 포함하고 있다. 암반사면의 불안정 요인으로 작용하는 불연속면의 기하학적 분포특성을 파악하기 위하여 8개 지점에서 선형조사선 조사를 실시하였으며, 조사 자료에 대하여 운동학적 해석 및 블록이론해석을 적용하여 대상 도로절취사면의 안정성을 검토하였다. 각각의 선형조사선에서 조사된 개별 불연속면에 대한 중력 재하의 평면 파괴, 쐐기 파괴, 및 전도 파괴 등에 대한 최대안전사면각을 산정한 결과, 평면파괴에 대한 최대안전사면각은 대부분의 개별 불연속면에서 $65^{\circ}$이상으로 나타났으며, 쐐기파괴에 대한 최대안전사면각은 $45^{\circ}$이상으로 산정되었다. 또한, 전도파괴에 대해서는 대부분의 개별 불연속면에서 $80^{\circ}$이상으로 산정되었다. 블록이론을 적용한 결과 SL4, SL5, SL6 및 SL8 지점에 존재하는 잠재적 키블록(Type II)을 확인하였다. 블록이론에 의해 구분된 잠재적 키블록에 대하여 한계평형해석을 수행한 결과 중력재하에서는 1보다 큰 안전율이 확보되었으나 집중호우 시 나타날 수 있는 간극수압과 같은 외적 사면 불안정 요인에 따라 안전율이 크게 저하될 수 있음을 도출하였다. 또한, 한계평형해석 시 적용되는 Mohr-Coulomb 및 Barton 등의 전단강도 기준식에 따른 안전율의 변화를 제시하였다. This study addresses the preliminary results of rock slope stability analyses including hazard assessments for slope failure conducted on the selected sections of rural road cut slope which are about 4 km long. The study area is located in the Mt. Chuntae northeast of Busan and mainly composed of Cretaceous rhyolitic ash-flow tuff', fallout tuff, rhyolitc and andesite. The volcanic rock mass in the area has a number of discontinuities that produce a potentially unstable slope, as the present cut slope is more than 70 degrees in most of the slope sections. Discontinuity geometry data were collected at selected 8 scanline sections and analyzed to estimate important discontinuity geometry parameters to perform rock slope kinematic and block theory analyses. Kinematic analysis for plane sliding has resulted in maximum safe slope angles greater than $65^{\circ}$ for most of the discontinuities. For most of the wedges, maximum safe cut slope angles greater than $45^{\circ}$ were obtained. Maximum safe slope angles greater than 80" were obtained fur most of the discontinuities in the toppling case. The block theory analysis resulted in the identification of potential key blocks (type II) in the SL4, SL5, SL6 and SL8 sections. The chance of sliding taking place through a type ll block under a combined gravitational and external loading is quite high in the investigated area. The results support in-field observations of a potentially unstable slope that could become hazardous under external forces. The results obtained through limit equilibrium slope stability analyses show how a stable slope can become an unstable slope as the water pressure acting on joints increases and how a stable slope under Barton's shear strength criterion can fail as the worst case scenario of using Mohr-Coulomb criterion.

1D 측선에 의한 절리 자료에 대한 편향 보정 기법에 관한 연구

엄정기(Um Jeong-Gi) 한국암반공학회 2003 터널과지하공간 Vol.13 No.5

인공풍화과정에 의한 김해지역 백악기 화강암의 풍화특성에 관한 연구

엄정기(Jeong-Gi Um) 한국암반공학회 2012 터널과지하공간 Vol.22 No.1

It is very difficult to capture the weathering characteristics of rock because of limitation caused by time and space. A new scheme of experiment that includes physical and chemical weathering processes was implemented on Cretaceous granitic rock samples from Kimhae area to investigate the variations of geomechanical properties of deteriorated rocks due to artificial weathering processes. The seismic velocity was found to decrease with increasing artificial weathering cycle. Effective porosity and absorption tend to increase with artificial weathering processes. The amount of deterioration of rock samples depend on pre-test degree of weathering. Effective porosity, absorption and seismic velocity can be used as the measure of weathering characteristics of granite in the study area. Weathering is accelerated by combined effect of physical and chemical weathering processes. The new experimental methodology conducted in this study has strong capability to analyze the weathering characteristics of rocks.

삼량진-밀양 지역에 위치한 도로 절취사면에 대한 사면안정 연구

엄정기(Jeong-Gi Um),강태승(Taeseung Kang),황진연(Jin Yeon Hwang) 대한자원환경지질학회 2005 자원환경지질 Vol.38 No.3

본 연구는 도로 절취사면에 대한 사면안정 연구로서 삼량진과 밀양을 연결하는 1022호 지방도 중 천태산 부근에 위치한 약 4 km의 연속적인 절취사면에서 수행되었다. 연구지역은 유문암질 회류응회암, 강하응회암, 유문암 및 안산암 등의 백악기 화산암류로 구성되어 있으며, 거의 전 구간에 걸쳐 70 o 이상의 사면각으로 형성된 절취암반은 높은 빈도의 불연속면을 포함하고 있다. 암반사면의 불안정 요인으로 작용하는 불연속면의 기하학적 분포특성을 파악하기 위하여 8개 지점에서 선형조사선 조사를 실시하였으며, 조사 자료에 대하여 운동학적 해석 및 블록이론해석을 적용하여 대상 도로 절취사면의 안정성을 검토하였다. 각각의 선형조사선에서 조사된 개별 불연속면에 대한 중력 재하의 평면 파괴, 쐐기 파괴, 및 전도 파괴 등에 대한 최대안전사면각을 산정한 결과, 평면파괴에 대한 최대안전사면각은 대부분의 개별 불연속면 에서 65 o 이상으로 나타났으며, 쐐기파괴에 대한 최대안전사면각은 45 o 이상으로 산정되었다. 또한, 전도파괴에 대해서는 대부분의 개별 불연속면에서 80 o 이상으로 산정되었다. 블록이론을 적용한 결과 SL4, SL5, SL6 및 SL8 지점에 존재하는 잠재적 키블록(Type II)을 확인하였다. 블록이론에 의해 구분된 잠재적 키블록에 대하여 한계평형해석을 수행한 결과 중력재하에서는 1보다 큰 안전율이 확보되었으나 집중호우 시 나타날 수 있는 간극수압과 같은 외적 사면 불안정 요인에 따라 안전율이 크게 저하될 수 있음을 도출하였다. 또한, 한계평형해석 시 적용되는 Mohr-Coulomb 및 Barton 등의 전단강도 기준식에 따른 안전율의 변화를 제시하였다. This study addresses the preliminary results of rock slope stability analyses including hazard assessments for slope failure conducted on the selected sections of rural road cut slope which are about 4 km long. The study area is located in the Mt. Chuntae northeast of Busan and mainly composed of Cretaceous rhyolitic ash-flow tuff, fallout tuff, rhyolite and andesite. The volcanic rock mass in the area has a number of discontinuities that produce a potentially unstable slope, as the present cut slope is more than 70 degrees in most of the slope sections. Discontinuity geometry data were collected at selected 8 scanline sections and analyzed to estimate important discontinuity geometry parameters to perform rock slope kinematic and block theory analyses. Kinematic analysis for plane sliding has resulted in maximum safe slope angles greater than 65 o for most of the discontinuities. For most of the wedges, maximum safe cut slope angles greater than 45 o were obtained. Maximum safe slope angles greater than 80 o were obtained for most of the discontinuities in the toppling case. The block theory analysis resulted in the identification of potential key blocks (type II) in the SL4, SL5, SL6 and SL8 sections. The chance of sliding taking place through a type II block under a combined gravitational and external loading is quite high in the investigated area. The results support in-field observations of a potentially unstable slope that could become hazardous under external forces. The results obtained through limit equilibrium slope stability analyses show how a stable slope can become an unstable slope as the water pressure acting on joints increases and how a stable slope under Barton s shear strength criterion can fail as the worst case scenario of using Mohr-Coulomb c

절리성 암반의 이차원 균열텐서 파라미터와 수리적 특성 간의 상관성 분석에 관한 연구

엄정기(Jeong-Gi Um),한지수(Jisu Han) 한국암반공학회 2017 터널과지하공간 Vol.27 No.2

균열텐서 파라미터는 절리의 기하학적 속성이 결합된 효과를 지시하는 척도로 사용할 수 있으며 불연속절리망(DFN)에서 유체 유동통로의 연결 상태를 정량화할 수 있다. 본 연구는 이차원 DFN의 균열텐서 파라미터와 수리적 특성 간의 상관성 분석을 수행하였다. DFN에서 임의 방향으로의 수리전도도는 이에 직교하는 방향으로 산정된 균열텐서성분과 강한 비선형 관계를 갖는 것으로 평가되었다. 서로 다른 규모의 이차원 DFN 블록에서 방향에 따른 균열텐서의 일차불변량(F0)을 방사형 도표로 나타내었을 때, 방향에 따른 F0 값의 유의미한 변화가 없는 원형의 플롯은 절리성 암반을 대표요소체적으로 취급하기 위한 필요조건이 될 수 있다. DFN 블록에서 임의 방향으로 개별체 해석기법으로 산정한 수리전도도와 이론적 수리전도도 사이의 상대오차(ER)는 F0의 증가에 따라 감소한다. Fㄴ는 평균 블록수리전도도와 강한 함수관계를 갖는 것으로 분석되었다. As a measure of the combined effect of fracture geometry, the fabric tensor parameters could quantify the status of the connected fluid flow paths in discrete fracture network (DFN). The correlation analysis between fabric tensor parameters and hydraulic properties of the 2-D DFN was performed in this study. It is found that there exists a strong nonlinear relationship between the directional conductivity and the fabric tensor component estimated in the direction normal to the direction of hydraulic conductivity. The circular radial plots without significant variation of the first invariant (F0) of fabric tensor for different sized 2-D DFN block are a necessary condition for treating representative element volume (REV) of a fractured rock mass. The relative error (ER) between the numerically calculated directional hydraulic conductivity and the theoretical directional hydraulic conductivity decreases with the increase in F0. A strong functional relation seems to exist between the F0 and the average block hydraulic conductivity.

경남 함안군 백악기 이암의 동결-융해에 따른 물성변화 및 미세균열 발현특성

엄정기(Um Jeong-Gi),신미경(Shin Mikyoung) 한국암반공학회 2009 터널과지하공간 Vol.19 No.2

이 연구는 경상남도 함안군 일대에 분포하는 백악기 이암에 대하여 동결-융해 시험을 수행하고 동결-융해반복 횟수의 증가에 따른 암석의 물리ㆍ역학적 특성변화를 고찰하였다. 동결-융해의 한 사이클은 24시간이며 진공 챔버에서 2시간 동안 포화시킨 시료를 -16±1℃로 8시간 동결하고 상온에서 14시간 동안 융해하였다. 총 55 사이클의 동결-융해 시험 중에 물리적인 특성을 측정한 결과 비중, P파 속도는 지속적으로 감소하였으며 흡수율, 공극률은 지속적으로 증가하였다. 시험 전 풍화를 많이 받은 암석일수록 동결-융해에 따른 물성의 변화가 크며 풍화에 취약한 것으로 나타났다. 슬랩 시편에서 취득한 미세균열 트레이스의 크기 및 면적밀도는 30사이클 이후부터 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 이는 30사이클 이후 급격히 감소하는 P파 속도의 특성과도 부합하며 암석 내부에 미세균열이 급격히 발현ㆍ확장하고 특히 층리면의 결합력이 약화되는 암석 풍화에 기인한 것으로 사료된다. 미세균열의 밀집도와 크기를 동시에 고려할 수 있는 박스 프랙탈 차원(DB)은 미세균열 트레이스의 변동성을 효과적으로 반영하며 중ㆍ장기적인 풍화 예측을 위한 새로운 풍화지수로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. An experimental study of accelerated weathering on mudstone sample specimens from Haman, Gyeongnam was performed to investigate the variations of physico-mechanical properties of deteriorated rocks due to freeze-thaw weathering. Each complete cycle of freeze and thaw lasted 24 hours, comprising 2 hours of saturating in vacuum chamber, 8 hours of freezing at -16±1℃ and 14 hours of thawing at room temperature. Total of 55 cycles of freeze-thaw were completed with measuring the index properties as well as geometries of microfractures. The measured specific gravity and P-wave velocity found to decrease with increasing freeze-thaw cycles. On the other hand, absorption ratio and effective porosity were continuously increased with increasing freeze-thaw cycles. It was found that the index properties of deteriorated sample specimen depend on its initial properties and flaws in rock. The size and density of the traces of the microfracture on slab specimen exhibited abrupt changes after 30 cycles of freeze-thaw weathering. The results obtained in this study show that the box fractal dimension (DB) given in this paper has the strong capability of quantifying the size and density of the microfracture.

Measurements for rock mass geometry using the total station

엄정기(Jeong-Gi Um),허인실(Insill Heo) 대한지질학회 2005 지질학회지 Vol.41 No.2

심층 절리암반의 구조특성 규명을 위한 시추공 자료편향 보정법

엄정기 ( Jeong Gi Um ) 대한지질공학회 2003 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2003 No.-

절리암반내 지구조구 설정을 위한 정량적 기준에 대한 연구

엄정기(Jeong-Gi Um),조태진(Taechin Cho),권순진(Soon Jin Kwon) 한국암반공학회 2006 터널과지하공간 Vol.16 No.1

본 연구는 절리암반의 통계적 동질성에 대한 정량적 기준으로 절리의 평면밀도 및 길이를 통시에 고려할 수 있는 통계적 모수인 박스프랙털(DB)의 적용성에 대해 논하였다. 길이분포와 평면밀도를 달리하는 총 129개의 절리연결망에서 박스 집계법을 이용하여 절리의 길이분포와 평면밀도의 변화에 따른 DB의 변화특성을 고찰한 결과 DB는 절리의 방향 또는 절리길이의 표준편차 변화에 영향을 받지 않고 전체절리에 대한 평균 절리길이와 평면밀도에만 영향을 받는다는 사실을 검증하였다. 또한 DB는 절리의 길이와 평면밀도의 함수로써 공학적 지구조구 구분의 정량적 척도로 활용될 수 있음을 입증하였다. 본 연구의 현장 적용성을 검토하기 위하여 도로사면 및 지하구조물에서 박스 집계법을 적용한 사례연구를 수행하였다. 통계적 동질구역 구분에 있어서 일반적인 지질조건와 더불어 기존의 분할표 해석과 본 연구의 방법론을 병행하면 절리의 방향성, 평균길이 및 명면밀도가 종합적으로 고려된 공학적 지구조구의 구분이 가능할 것으로 사료된다. This study addresses the applicability of box fractal dimension, DB, as an index of statistical homogeneity of fractured rock mass. The box-count method's capability in quantifying the combined effect of fracture density and size distribution is examined systematically. Total of 129 two-dimensional fracture configurations were generated based on different combinations of fracture size distribution and fracture density. DB was calculated tor the generated fracture network systems using the box-counting method. It was found that standard deviation of trace length and fracture orientation have no effect on calculated DB. The estimated DB was found to increase with increasing total density and/or mean trace length. To explore the field applicability of this study, the statistical homogeneity of fractured rock mass was investigated at the rock slope and the underground facility using the box-counting method as well as conventional contingency table analysis. The results obtained in this study clearly show that the methodologies given in this paper have the capability of determining the statistical homogeneity of fractured rock mass.