KR101392979B1 - 절리면 전단 및 투수 실험장치 - Google Patents

절리면 전단 및 투수 실험장치 Download PDF

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채병곤
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Abstract

본 발명은 절리면 전단 및 투수 실험장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 절리면 전단 및 투수 실험장치는, 하나의 암석 코어의 중앙부가 길이방향으로 잘라져 제1암편시료와 제2암편시료로 분리되어 있는 암석시료를 대상으로 전단실험 및 투수율 실험을 수행하기 위한 것으로서, 암석시료를 수용하며, 제1암편시료와 제2암편시료를 상호 접근하는 방향으로 가압하는 챔버부; 제1면과 이 제1면에 대하여 상방으로 돌출된 제2면을 구비하여 상면이 단차지게 형성되며, 암석시료의 하부에 배치되어 제1면은 제1암편시료로부터 하방으로 이격되게 배치되며, 제2면은 제2암편시료를 지지하는 베이스부재; 기준면과 이 기준면에 대하여 하방으로 돌출된 가압면을 구비하여 하면이 단차지게 형성되며, 돌출면이 제1암편시료를 하방으로 가압하여 제1암편시료가 제2암편시료에 대하여 이동되게 하는 가압로드; 및 제1암편시료와 제2암편시료 사이의 투수율을 측정하기 위하여 챔버부 내부로 물을 주입 및 배출하기 위한 물주입수단;을 구비하는 것에 특징이 있다.

Description

절리면 전단 및 투수 실험장치{Apparatus for shear and permeability experiment of joint surface}
본 발명은 토양, 암석, 지질 분야의 실험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 암석의 절리면에 전단 변위가 발생할 때 투수율의 변화를 측정할 수 있는 절리면 전단 및 투수 실험장치에 관한 것이다.
지각에는 절리(joint), 전단균열(shear fracture), 단층(fault)과 같은 불연속면이 편재되어 있다. 불연속면은 지하의 유체 흐름에 있어서 주요 경로를 제공한다. 예컨대, 투수성이 매우 낮은 모암에 불연속면이 존재할 경우 지하 유체의 흐름은 주로 불연속면을 따라 형성된다. 이에 불연속면의 투수율 변화는 유체 흐름에 있어서 매우 중요한 작용을 한다.
불연속면의 투수율은 불연속면에 작용하는 법선 응력(normal stress), 전단 응력에 따른 변위(shearing displacement), 불연속면의 충진, 온도에 따른 변형 등 다양한 인자에 의해 영향을 받는다. 예컨대 불연속면 상에 작용하는 응력의 증가는 불연속면의 틈(aperture)을 좁게 하여 투수율 감소를 초래한다. 또한 불연속면은 지중 응력의 변화로 인하여 불연속면을 따라 지속적으로 전단변위가 발생할 수 있으며, 전단변위는 불연속면의 형상을 변화시켜 투수율에도 변화를 가져오게 된다.
그러나, 암석 내 불연속면에 전단 변위가 발생할 경우 투수율의 변화에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 실험을 정밀하게 진행할 수 있는 장치가 개발되지 않아 학술 연구가 큰 폭으로 발전하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 암석에 존재하는 불연속면이 전단력을 받아 변위가 발생하였을 때, 전단 변위에 의한 불연속면의 투수율 변화를 정밀하게 파악할 수 있도록 구조가 개선된 절리면 전단 및 투수 실험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 절리면 전단 및 투수 실험장치는, 하나의 암석 코어의 중앙부가 길이방향으로 잘라져 제1암편시료와 제2암편시료로 분리되어 있는 암석시료를 대상으로 전단실험 및 투수율 실험을 수행하기 위한 것으로서, 상기 암석시료를 수용하며, 상기 제1암편시료와 제2암편시료를 상호 접근하는 방향으로 가압하는 챔버부; 제1면과 상기 제1면에 대하여 상방으로 돌출된 제2면을 구비하여 상면이 단차지게 형성되며, 상기 암석시료의 하부에 배치되어 상기 제1면은 상기 제1암편시료로부터 하방으로 이격되게 배치되며, 상기 제2면은 상기 제2암편시료를 지지하는 베이스부재; 기준면과 상기 기준면에 대하여 하방으로 돌출된 가압면을 구비하여 하면이 단차지게 형성되며, 상기 돌출면이 상기 제1암편시료를 하방으로 가압하여 상기 제1암편시료가 제2암편시료에 대하여 이동되게 하는 가압로드; 및 상기 제1암편시료와 제2암편시료 사이의 투수율을 측정하기 위하여 상기 챔버부 내부로 물을 주입 및 배출하기 위한 물주입수단;을 구비하는 것에 특징이 있다.
본 발명에서는 상기 가압로드의 변위를 측정하기 위한 변위계와, 상기 제1암편시료와 제2암편시료 사이의 투수율을 측정하기 위한 투수율 측정계를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 챔버부는, 중공형으로 이루어지며, 외면과 내면 사이를 관통하는 주입공이 형성되어 있는 몸체부와, 중공형으로 형성되어 상기 암석시료가 끼워져 장착되며, 상기 몸체부의 내주면에 끼워지되 상기 몸체부의 내주면과의 사이에 밀폐된 공간부를 형성하며, 탄성적으로 변형가능한 소재로 이루어져 상기 주입공을 통해 상기 공간부에 인가된 유압에 의해 상기 제1암편시료와 제2암편시료를 상호 접근되는 방향으로 가압하는 자켓부를 구비한다.
그리고, 본 발명에서는 중공형으로 형성되어 상기 몸체부의 상측 외주면을 감싸며 결합되는 상부캡과, 중공형으로 형성되어 상기 몸체부의 하측 외주면을 감싸며 결합되는 하부캡을 더 구비하며, 상기 가압로드는 상기 상부캡의 중공부에 끼워져 상기 암석시료를 가압하며, 상기 베이스부재는 상기 하부캡의 중공부에 끼워져 상기 암석시료를 지지한다.
또한, 상기 가압로드와 상부캡 사이에는 오링이 개재되며, 상기 베이스부재와 하부캡 사이에는 오링이 개재되어, 상기 챔버부에 공급된 물이 유출되는 것을 방지한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 물주입수단은, 상기 베이스부재의 내부를 통해 상기 베이스부재의 상면까지 이어지는 하부유로와, 상기 가압로드의 내부를 통해 상기 가압로드의 하면까지 이어지는 상부유로와, 상기 하부유로 또는 상부유로에 연결되는 물을 주입하는 펌프를 구비하며, 배출로에서는 일정 시간당 물의 배출량과 압력을 측정할 수 있는 센서가 설치된다.
한편, 본 발명에서 상기 암석시료와 상기 챔버부 사이의 마찰을 감소시키기 위하여, 상기 암석시료를 감싸는 제1금속박판과, 상기 제1금속박판의 외면에 칠해지는 윤활제와, 상기 윤활제가 칠해진 제1금속박판을 감싸는 제2금속박판을 더 구비하다. 상기 제1금속박판 및 제2금속박판은 구리 소재이며, 상기 윤활제는 스테아르산(stearic acid) 이다.
본 발명에서는 자켓부에 인가되는 유압의 세기를 변화시켜 암석시료에 작용하는 응력을 변화시킬 수 있으며, 가압로드의 가압력의 세기도 변화시킬 수 있으며, 펌프를 통해 물의 주입 압력을 변화시킬 수 있다. 그리고 암석시료를 분리할 때 암석시료 불연속면의 거칠기를 조절할 수 있다. 즉, 본 실험장치는 지하의 다양한 환경 조건을 구현하여, 각 조건에서 암석시료에 전단변위를 발생시키면서 투수율 변화를 정량적으로 측정할 수 있다. 이러한 실험을 통해 암석의 전단변위에 따른 투수율 변화의 흐름, 중요 인자들에 대한 연구를 원활하게 수행할 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명에 따른 절리면 전단 및 투수 실험장치의 실험 대상이 되는 암석시료를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 절리면 전단 및 투수 실험장치의 개략적 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 실험장치의 베이스부재와 가압로드의 개략적 사시도이다.
도 4는 도 2의 a-a선 개략적 횡단면도이다.
도 5는 도 2의 A 부분의 개략적 확대도이다.
도 6은 도 2에 도시된 실험장치의 사용 상태를 설명하기 위한 개략적 단면도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 절리면 전단 및 투수 실험장치에 채용된 베이스부재와 가압로드의 개략적 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 절리면 전단 및 투수 실험장치(이하, '실험장치'라고 함)에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 실험장치의 실험 대상이 되는 암석시료를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 실험장치의 개략적 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 실험장치의 베이스부재와 가압로드의 개략적 사시도이고, 도 4는 도 2의 a-a선 개략적 횡단면도이다.
우선, 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 실험장치에서 실험 대상이 되는 암석시료(s)에 대하여 설명한다. 암석시료(s)는 야외에서 코어링(coring)을 통해서 획득된다. 암석시료(s)는 원기둥 형상으로 이루어지며, 일반적으로 불투수성의 성질을 가진 모암으로부터 채취한다.
본 발명에서는 불투수성의 암석에 절리와 같은 불연속면이 존재하는 경우 불연속면에 전단 변위가 발생하였을 때 불연속면의 투수율의 변화를 파악한다. 이에 본 발명의 실험대상인 암석시료는 종방향으로 쪼개어 두 부분으로 분리하는 과정을 선행해야 한다. 즉 도 1의 (a) 상태의 암석시료(s)를, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1암편시료(c1)와 제2암편시료(c2)로 분리시킨다. 코어링을 통해 얻어진 암석시료(s)가 불연속면(n)을 포함하고 있는 경우라면 천연 암석시료(s)를 그대로 사용하지만, 불연속면이 없는 경우라면 인위적으로 암석시료(s)를 두 부분으로 잘라내야 한다. 그리고 암석시료(s)의 쪼개진 면(불연속면 n), 즉 제1암편시료(c1)와 제2암편시료(c2)의 접촉면의 거칠기(roughness)를 파악한다.
상기한 바와 같은 암석시료(s)를 대상으로 전단 및 투수 실험을 수행하기 위한 본 발명에 따른 실험장치(100)는 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 실험장치(100)는 챔버부(50), 베이스부재(60), 가압로드(70)를 구비한다.
챔버부(50)는 암석시료(s)를 수용하며, 암석시료(s)의 제1암편시료(c1)와 제2암편시료(c2)를 상호 접근되는 방향으로 가압하기 위한 것이다. 챔버부(50)는 크게 몸체부(10)와, 자켓부(20), 상부캡(30) 및 하부캡(40)을 구비한다.
몸체부(10)는 대략 원통형으로 중공형으로 형성된다. 몸체부(10)에는 후술할 상부캡(30) 및 하부캡(40)과의 결합을 위하여 외주면에 나사산(11)이 형성된다. 또한 몸체부(10)의 중앙부에는 후술할 상부캡(30)과 하부캡(30)의 결합 깊이를 제어하기 위하여 외측으로 돌출된 스토퍼부(13)가 형성된다. 이 스토퍼부(12)에는 몸체부(10)의 외주면과 내주면 사이를 관통하는 주입공(13)이 형성된다.
자켓부(20)는 중공형으로 형성되어 내부에 암석시료(s)가 끼워져 장착된다. 자켓부(20)는 몸체부(10)의 내주면과 암석시료(s)의 외주면 사이에 끼워져 지지된다. 보다 구체적으로 설명하면, 자켓부(20)는 고무 등과 같은 탄성이 있으며 변형가능한 플렉서블한 재료로 이루어진다. 자켓부(20)는 원통형의 본체(21)의 상단부와 하단부에 'ㄱ' 또는 'ㄴ'자 형태로 수직하게 꺽어진 밀폐부(22,23)가 연장 형성되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 자켓부(20)의 밀폐부(22,23)가 암석시료(s)와 몸체부(10)의 내주면 사이에 끼워져 설치되면, 자켓부(20)와 몸체부(10) 사이에는 밀폐된 공간부(24)가 형성된다. 그리고 주입공(13)을 통해 공간부(24)에 기름(또는 물)이 주입되어 유압(또는 수압)이 인가되면 쟈켓부(20)는 팽창하면서 암석시료(s)의 제1암편시료(c1)와 제2암편시료(c2)를 상호 접근되는 방향으로 가압한다. 즉, 지하 환경에서 불연속면이 형성되어 있는 암석에서 불연속면이 닫히는 방향으로 응력이 작용하고 있는 현상이 재현된다.
한편, 도 2를 참고하면, 암석시료(s)는 상면이 자켓부(20)의 위쪽으로 돌출되게, 그리고 하면은 자켓부(20)의 하면과 일치되게 배치된다. 위쪽으로 돌출된 높이는 전단변위를 얼마나 발생시킬지에 따른 실험조건에 의해 다르게 될 수 있으며, 본 실시예에서는 대략 5mm 정도이다.
상부캡(30)과 하부캡(40)은 각각 몸체부(10)의 상부와 하부에 각각 나사결합되어 몸체부(10)의 상부와 하부를 감싼다. 상부캡(30)과 하부캡(30)은 모두 중공형으로 형성되며, 원형의 중공부의 직경은 자켓부(20)의 내경과 일치하게 형성된다.
한편, 베이스부재(60)는 암석시료(s)의 제2암편시료(c2)에 접촉되어 제2암편시료(c2)를 지지하기 위한 것이다. 베이스부재(60)는 대략 원기둥 형태로 이루어져 하부캡(40)의 중공부에 끼워져 설치된다. 보다 구체적으로 베이스부재(60)의 상면은 제1면(61)과 제2면(62)이 형성되어 단차져 있다. 즉, 제2면(62)이 제1면(61)에 대하여 돌출되게 형성된다. 제2면(62)은 암석시료(s)의 제2암편시료(c2)에만 접촉되어 제2암편시료(c2)를 지지하며, 제1암편시료(c1)에 접촉되지 않는다. 제1암편시료(c1)의 하방에는 베이스부재(60)의 제1면(61)이 배치되되, 제1암편시료(c1)와 제1면(61) 사이는 일정 거리만큼 이격되어 있다. 이격 거리는 상기한 바와 같이 전단변위 발생량을 결정하는 실험 조건에 따라 달라질 수 있으며, 본 실시예에서는 5mm 정도이다.
가압로드(70)는 암석시료(s)의 제1암편시료(c1)를 하방으로 가압하여, 불연속면(n)을 따라 제1암편시료(c1)와 제2암편시료(c2)가 상대이동 되도록 한다. 즉, 가압로드(60)는 암석시료(s)에 전단변위를 발생시키기 위한 것으로서, 상부캡(30)의 중공부 내에서 상하방향으로 이동가능한 피스톤이다. 가압로드(70)는 실린더(미도시) 등과 같은 구동수단과 연결되어 동력을 공급받는다.
가압로드(70)의 하면은 기준면(71)과 돌출면(72)으로 이루어져 단차지게 형성된다. 즉, 돌출면(72)이 기준면(71)에 대하여 하방으로 돌출되게 형성된다. 돌출면(72)는 암석시료(s)의 제1암편시료(c1)와 접촉되며, 기준면(71)은 제2암편시료(c2)로부터 상방으로 이격되게 배치된다. 본 실시예에서 돌출면(72)은 기준면(71)에 대하여 대략 5mm 정도 돌출되며, 이는 상기한 바와 같이 전단변위량을 결정하는 실험조건에 따라 달라질 수 있다.
그리고, 베이스부재(60)와 가압로드(70)의 외주면에는 각각 오링(63, 73)이 개재되어 챔버부(10) 내부에 공급된 물이 외부로 유출되는 것을 방지한다.
상기한 바와 같이, 베이스부재(60)는 암석시료(s)의 제2암편시료(c2)만을 지지한 상태에서, 가압로드(70)가 제1암편시료(c1)를 하방으로 누르면, 제1암편시료(c1)는 불연속면(n)을 따라 대략 5mm 정도 이동하여 전단변위를 일으킬 수 있다. 그리고 암석시료(s)의 전단변위는 가압로드(70)의 변위량 측정을 통해 이루어진다. 이를 위하여 변위계(미도시)가 가압로드(70) 자체 또는 외부에 설치된다.
한편, 가압로드(70)에 의하여 제1암편시료(c1)을 가압하면, 제1암편시료(c1)와 자켓부(20) 사이의 마찰력에 의해 제1암편시료(c1)의 상대이동이 제약될 수 있다. 이에 본 발명에서는 이 마찰력을 줄여 전단변위가 쉽게 발생할 수 있도록 마찰저감수단을 채용한다. 마찰저감수단은 도 5에 도시된 바와 같이 제1금속박판(81), 제2금속박판(82) 및 윤활제(83)로 이루어진다. 제1금속박판(81)과 제2금속박판(82)은 대략 0.002mm 정도의 얇은 구리판(copper shim)으로서, 제1금속박판(81)은 암석시료(s)를 감싼다. 그리고 제1금속박판(81)의 외면에는 윤활제로서 스테아르산(83)이 칠해진다. 그리고 스테아르산(83)이 칠해진 제1금속박판(81)을 제2금속박판(83)이 감싼다.
제1금속박판(81) 및 제2금속박판(82)으로 사용되는 copper shim은 마찰계수가 매우 낮으며, 스테아르산(83)은 윤활제로서 사용되는 재질이다. 이에 제1암편시료(c1)를 하방으로 가압하면, 윤활제를 중심으로 제1금속박판(81)이 제2금속박판(82)에 대하여 쉽게 미끄러질 수 있으므로 자켓부(20)와 제1암편시료(c1) 사이의 마찰력의 영향을 받지 않는다.
다만, 본 실시예에서 제1금속박판(81)이 일체로 형성되어 암석시료(s) 전체를 감싸는 것이 아니라, 제1금속박판(81)도 암석시료(s)와 대응되게 두 부분으로 분리되어 일부는 제1암편시료(c1)를 감싸고 다른 일부는 제2암편시료(c2)를 감싸는 형태로 구현된다. 이렇게 제1금속박판(81)을 두 부분으로 분리함으로써 마찰력의 영향을 최소화시킨 상태에서 제1암편시료(c1)를 제2암편시료(c2)에 대하여 상대이동시키기 용이하다.
한편, 본 발명에 따른 실험장치(100)는 암석시료(s)의 전단변위 발생전과 발생후의 암석시료(s) 불연속면(n)의 투수율 변화를 실험하기 위한 것이다. 이에 암석시료(s)에 물을 공급하여 투수율 변화를 측정할 수 있어야 한다.
이에 본 발명에서는 물주입수단은 베이스부재(60)의 내부를 통해 베이스부재(60)의 상면으로 연통되는 하부유로(67)와, 가압로드(70)의 내부를 통해 가압로드(70)의 하면으로 연통되는 상부유로(77)를 구비한다. 하부유로(67)로 주입된 물은 암석시료(s)의 불연속면(n)을 거쳐 상부유로(77)로 배출된다. 역으로, 상부유로(77)로 물을 주입하고 하부유로(67)로 배출시킬 수도 있다. 물을 주입하는 유로는 펌프(미도시)와 연결된다. 그리고 펌프에서는 물을 주입할 때 주입되는 물의 양과 압력을 측정한다. 또한 물이 배출되는 유로에서도 물의 단위 시간당 배출량과 압력을 측정한다. 이에 전단변위 발생 전후의 불연속면(n)의 투수율 변화를 측정할 수 있다.
본 실험장치(100)를 이용한 실험방법에 대하여 간략하게 설명한다.
상기한 구성으로 이루어진 실험장치(100)의 자켓부(20)에 제1암편시료(c1)와 제2암편시료(c2)의 두 부분으로 분리되어 있는 암석시료(s)를 설치한다. 제2암편시료(c2)는 베이스부재(60)의 돌출된 제2면(62)에 지지되며, 제1암편시료(c1)의 상면은 가압로드(70)의 돌출면(72)에 접촉된다. 암석시료(s)는 스테아르산(83)이 칠해진 제1금속박판(81)과 제2금속박판(82)에 의해 감싸진 상태이다.
그리고 자켓부(20)와 몸체부(10) 사이의 공간부(24)에 유압을 인가하여 제1암편시료(c1)와 제2암편시료(c2)가 상호 밀착되게 한다.
위와 같은 상태에서 하부유로(67)를 통해 일정한 압력과 속도로 자켓부(20)로 물을 유입하면, 물은 암석시료(s)의 불연속면을 통과하여 상부유로(77)로 배출된다. 상부유로(77) 측에서는 배추되는 물의 양과 압력을 측정한다. 즉, 암석시료(s)에 전단변위가 발생하기 전의 투수율을 측정한다.
이후, 가압로드(70)를 작동시켜 가압로드(70)가 제1암편시료(c1)를 하방으로 누르게 하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1암편시료(c1)는 베이스부재(60)의 제1면(61)까지 밀리면서 전단변위가 발생한다.
이렇게 전단변위를 발생시킨 상태에서, 하부유로(67)에서 물을 다시 공급하고 상부유로(77)를 통해 배출시키면서 암석시료(s)의 불연속면(n)의 투수율을 측정한다.
전단변위 발생 전과 후의 투수율의 변화를 통해 전단변위가 불투수성 암석의 투수율에 어떤 영향을 미치는지를 파악할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 실험장치(100)는 암석시료(s)에 유압 등을 인가하여 응력을 부여한 조건에서, 가압로드(70)를 이용하여 전단변위를 발생시키고, 전단변위 전후의 암석시료(s) 불연속면(n)의 투수율 변화를 측정한다.
본 발명에서는 자켓부(20)에 인가되는 유압의 세기를 변화시켜 암석시료(s)에 작용하는 응력을 변화시킬 수 있으며, 가압로드(70)의 가압력의 세기도 변화시킬 수 있으며, 펌프를 통해 물의 주입 압력을 변화시킬 수 있다. 그리고 암석시료(s)를 분리할 때 암석시료 불연속면(n)의 거칠기를 조절할 수 있다.
즉, 지하의 다양한 환경 조건을 구현하여, 각 조건에서 암석시료의 투수율 변화를 정량적으로 측정할 수 있다. 이러한 실험을 통해 암석의 전단변위에 따른 투수율 변화의 흐름, 중요 인자들에 대한 연구를 원활하게 수행할 수 있을 것으로 기대된다.
지금까지, 도면을 참고하여 베이스부재(60)의 상면과 가압로드(70)의 형상에 대하여 계단식으로 단차진 형태를 설명하였으나, 반드시 계단식이 아니라 도 7에 도시된 바와 같이 돌기처럼 돌출된 형태로도 제작할 수 있다. 중요한 점은 가압로드가 제1암편시료(c1)만을 가압할 수 있게 하고, 베이스부재(60)가 제2암편시료(c2)만을 지지하게 함으로써, 암석시료(s)에 전단변위를 발생시킬 수 있는 공간적 여유를 부여할 수 있으면 된다.
또한 지금까지 챔버부(50)는 몸체부(10), 자켓부(20), 상부캡(30) 및 하부캡(40)으로 이루어진 것으로 설명 및 도시하였으나, 반드시 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 즉, 챔버부는 두 부분으로 분리된 암석시료(s)를 가압하여 지지하면서 물이 유출되지 않도록 밀폐된 공간을 부여하는 역할을 수행할 수 있으면 어떠한 구성을 채택할 수도 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100 ... 절리면 전단 및 투수 실험장치 10 ... 몸체부
20 ... 자켓부 30 ... 상부캡
40 ... 하부캡 50 ... 챔버부
60 ... 베이스부재 70 ... 가압로드
81 ... 제1금속박판 82 ... 제2금속박판
83 ... 스테아르산 s ... 암석시료
c1 ... 제1암편시료 c2 ... 제2암편시료

Claims (10)

  1. 하나의 암석 코어의 중앙부가 길이방향으로 잘라져 제1암편시료와 제2암편시료로 분리되어 있는 암석시료를 대상으로 전단실험 및 투수율 실험을 수행하기 위한 것으로서,
    상기 암석시료를 수용하며, 상기 제1암편시료와 제2암편시료를 상호 접근하는 방향으로 가압하는 챔버부;
    제1면과 상기 제1면에 대하여 상방으로 돌출된 제2면을 구비하여 상면이 단차지게 형성되며, 상기 암석시료의 하부에 배치되어 상기 제1면은 상기 제1암편시료로부터 하방으로 이격되게 배치되며, 상기 제2면은 상기 제2암편시료를 지지하는 베이스부재;
    기준면과 상기 기준면에 대하여 하방으로 돌출된 가압면을 구비하여 하면이 단차지게 형성되며, 상기 돌출면이 상기 제1암편시료를 하방으로 가압하여 상기 제1암편시료가 제2암편시료에 대하여 이동되게 하는 가압로드; 및
    상기 제1암편시료와 제2암편시료 사이의 투수율을 측정하기 위하여 상기 챔버부 내부로 물을 주입 및 배출하기 위한 물주입수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 절리면 전단 및 투수 실험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가압로드의 변위를 측정하기 위한 변위계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절리면 전단 및 투수 실험장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1암편시료와 제2암편시료 사이의 투수율을 측정하기 위한 투수율 측정계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절리면 전단 및 투수 실험장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 챔버부는,
    중공형으로 이루어지며, 외면과 내면 사이를 관통하는 주입공이 형성되어 있는 몸체부와,
    중공형으로 형성되어 상기 암석시료가 끼워져 장착되며, 상기 몸체부의 내주면에 끼워지되 상기 몸체부의 내주면과의 사이에 밀폐된 공간부를 형성하며, 탄성적으로 변형가능한 소재로 이루어져 상기 주입공을 통해 상기 공간부에 인가된 유압에 의해 상기 제1암편시료와 제2암편시료를 상호 접근되는 방향으로 가압하는 자켓부를 구비하는 것을 특징으로 하는 절리면 전단 및 투수 실험장치.
  5. 제4항에 있어서,
    중공형으로 형성되어 상기 몸체부의 상측 외주면을 감싸며 결합되는 상부캡과, 중공형으로 형성되어 상기 몸체부의 하측 외주면을 감싸며 결합되는 하부캡을 더 구비하며,
    상기 가압로드는 상기 상부캡의 중공부에 끼워져 상기 암석시료를 가압하며, 상기 베이스부재는 상기 하부캡의 중공부에 끼워져 상기 암석시료를 지지하는 것을 특징으로 하는 절리면 전단 및 투수 실험장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가압로드와 상부캡 사이에는 오링이 개재되며,
    상기 베이스부재와 하부캡 사이에는 오링이 개재되어,
    상기 챔버부에 공급된 물이 유출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 절리면 전단 및 투수 실험장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 물주입수단은,
    상기 베이스부재의 내부를 통해 상기 베이스부재의 상면까지 이어지는 하부유로와, 상기 가압로드의 내부를 통해 상기 가압로드의 하면까지 이어지는 상부유로와, 상기 하부유로 또는 상부유로에 연결되는 물을 주입하는 펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는 절리면 전단 및 투수 실험장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 암석시료와 상기 챔버부 사이의 마찰을 감소시키기 위하여,
    상기 암석시료를 감싸는 제1금속박판과,
    상기 제1금속박판의 외면에 칠해지는 윤활제와,
    상기 윤활제가 칠해진 제1금속박판을 감싸는 제2금속박판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절리면 전단 및 투수 실험장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1금속박판 및 제2금속박판은 구리 소재인 것을 특징으로 하는 절리면 전단 및 투수 실험장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 윤활제는 스테아르산(stearic acid)인 것을 특징으로 하는 절리면 전단 및 투수 실험장치.
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