KR101503219B1 - Method for the quantitative evaluation of rock cleavage by mechanical properties of rock - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 암석의 역학적 특성을 이용한 결의 정량적 평가 방법에 관한 것으로, 특히 암석의 체적변형율에 대한 시험 및 계측을 통해 해당 암석의 결별 강도를 평가할 수 있게 되는 암석의 역학적 특성을 이용한 결의 정량적 평가 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a quantitative evaluation method of a rock using the mechanical properties of rocks, and more particularly, to a quantitative evaluation method of rocks using the mechanical properties of rocks, which can evaluate the strength of the rocks by testing and measuring the volume strain rate .
암체에서는 벽개(cleavage), 미세균열 등과 같은 결함(detect)을 갖고 있다. 이러한 결함 중, 벽개는 광물의 벽개와 암석의 벽개로 구분할 수 있다. 광물의 벽개는 광물 개개 입자의 벽개면(cleavage plane)을 따라 깨어지며, 암석의 벽개(결, rock cleavage)는 암석 내부에 분포하는 미세균열의 방향성과 부합하며, 암석의 분할성, 즉 암석의 결은 미세균열의 양에 지배된다. 이러한 미소한 균열의 특성은 모호하며, 미지의 사항이 많으므로 일축의 압축시험을 통한 부피 개념을 갖는 정량적인 체적변형율(εv o, εv mc)의 도출을 통하여 접근하였다. 3개 채석면의 식별을 위한 정량적인 판별요소를 도출하였으며, 병행하여 응력 증가에 따른 수직 결의 성장과정을 수식화하여 정량적인 평가를 실시하였다. In the dark body, it has defects such as cleavage, microcracks and the like. Among these defects, cleavage can be divided into cleavage of mineral and cleavage of rock. The cleavage of minerals is broken along the cleavage planes of individual minerals, and the rock cleavage is consistent with the direction of the microcracks distributed within the rocks. The fracture of the rocks, Is governed by the amount of microcracks. Since the characteristics of these minute cracks are ambiguous and unidentified, there is a quantitative volume deformation rate (ε v o , ε v mc ) with volume concept through uniaxial compression test. Quantitative discriminant factors for the identification of three quarries were derived, and quantitative evaluation was performed by formulating the process of vertical grain growth with increasing stress.
이와 관련하여 국내외 화강암 석산에서는 암체 내부에 잠재하는 결을 이용하여 정방형의 암괴를 채석하고 있다. 화강암체의 할석에 대한 상대적 용이도는 1번 결(rift) > 2번 결(grain) > 3번 결(hardway)의 순이며, 3 종류의 채석면은 일반적으로 상호 수직관계를 형성한다. 영어권의 석산에서도 상기한 1번, 2번 및 3번에 해당되는 면 구조의 용어로 리프트 면(rift plane), 그레인 면(grain plane) 및 하드웨이 면(hardway plane)으로 호칭되며, 이들 3개의 면은 상호 직교하는 것을 전제로 한다. In relation to this, granite rocks are quarried in the granite rocks at home and abroad. The relative easiness of the granite body is in the order of rift> 2 grain> 3 hardway, and the three kinds of quarries generally form a mutual vertical relationship. In terms of stone structure in English, the term surface structure corresponding to 1, 2 and 3 is referred to as a rift plane, a grain plane and a hardway plane, Are mutually orthogonal.
한편 이들 채석면의 방향성은 채석방향을 결정하는 요인으로 작용하며, 규격석을 위한 화약 발파 시 채석 실수율에도 영향을 미친다. 특히 수직 결의 식별 능력은 특히 중요하게 인식되고 있다.On the other hand, the directionality of these quarry facies determines the direction of quarrying and affects the rate of quarrying of quarrying blasting for standard stone. Particularly, the ability to identify vertical grains is particularly important.
채석 현장에서는 실제 석산별로 암석의 채석면이 달리 형성되기 때문에 1번 결의 방향을 공통적으로 적용할 수 없으며, 1번 결의 방향을 대부분의 채석장에서 경험적으로 찾고 있기 때문에 실제 채석 실수율이 저하되고 있는 문제점이 있다.
In the quarrying area, since the quarry surface of the rock is formed differently by the actual quarry, the direction of the first quarry can not be commonly applied, and since the direction of the first quarry is empirically found in most quarries, have.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 암석의 4 단계별 강도, 체적변형율(εv o, εv mc), 소요시간(sec)의 시험 및 계측을 통하여 화강암에서 발달하는 결의 정량적 평가 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above problems and to provide a method and apparatus for controlling the development of granite by testing and measuring the strength, volume deformation rate (ε v o , ε v mc ) And to provide a quantitative evaluation method of the results.
화강암의 4 단계별 체적변형율에 대한 거동을 분석, 수평(εv o max) 및 수직(εv mc) 배열하는 결의 미세특성을 정량화하였다. 특히 수직 결의 변형성, 즉 Ⅲ → Ⅳ 단계에서의 응력증분의 증가에 따른 체적변형율의 변화과정을 정량화하여 결의 점진적인 성장과정(진행성)을 평가하였다. 이 과정에서 3개 채석면 사이의 차별화, 즉 식별을 위한 정량적인 판별요소가 자연스럽게 도출되었다. 이러한 정량적인 판별요소 그리고 기존의 박편의 확대사진을 통하여 도출한 미세균열의 밀도(ρ) 사이의 상관성을 검토하였다. 이들 양자의 상관성은 상호 의존적이며, 높은 신뢰성을 지닌다. The behavior of the granite in terms of volume strain was analyzed, and the microstructural characteristics of horizontal (ε v o max ) and vertical (ε v mc ) array were quantified. In particular, the progress of the process was assessed by quantifying the deformation of vertical grains, that is, the process of changing the volume deformation rate according to the increase of the stress increment in the stage III- IV. In this process, the differentiation between the three quarries, that is, the quantitative discriminant factor for identification, is naturally derived. The correlation between these quantitative discriminant factors and the density (ρ) of microcracks derived from the enlarged photographs of existing flakes was examined. The correlation between the two is mutually dependent and highly reliable.
또한 본 발명의 다른 목적은 암석에 가해지는 응력의 변화에 따른 암석의 역학적 특성을 통해 해당 암석의 결별 강도를 도출할 수 있어서 석산별로 상이한 암석의 채석방향을 정확하게 판단할 수 있게 되고 이를 통해 채석 실수율을 높일 수 있도록 하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for determining the segregation strength of a rock in accordance with a change in stress applied to the rock, In order to increase the cost.
즉, 암석의 4 단계별 강도, 변형율, 소요시간(sec)의 시험 및 계측을 통해 해당 암석에 대한 역학적 특성을 도출하여 암석의 용이한 채석을 위한 3개 채석면의 평가 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
That is, for the purpose of providing a method for evaluating three quarries for easy quarrying of rock by deriving the mechanical characteristics of the rock by testing and measuring the strength, strain rate and time (sec) do.
본 발명에 따르면, 화강암으로부터 정방형 암석블록을 채취하는 암석블록 채취 단계; 상기 암석블록을 3개 결의 면과 평행한 방향으로 표면을 절단하는 암석블록 표면 절단 단계; 상기 암석블록을 다수의 정방형 암석시료로 분할하는 암석블록 분할 단계; 상기 암석시료에서 3개 결의 면과 수직방향으로 각각의 코어 공시체를 제작하는 코어 공시체 제작 단계; 상기 코어 공시체들에 대하여 응력을 인가하는 응력 인가 단계; 및 상기 코어 공시체들에 가해진 응력에 따른 역학적 반응을 측정하고 결별로 하기의 수학식을 통해 체적변형율(εv)을 산출해 분석하여 3개 결의 면에 대한 상대적인 강도를 평가하는 결의 정량적 평가 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 암석의 역학적 특성을 이용한 결의 정량적 평가 방법을 제공한다. According to the present invention, there is provided a method for recovering granite from a granite; A rock block surface cutting step for cutting the surface of the rock block in a direction parallel to the three pitting surfaces; A rock block dividing step of dividing the rock block into a plurality of square rock samples; A core specimen manufacturing step of fabricating respective core specimens in a direction perpendicular to the three crystal faces of the rock specimen; A stress applying step of applying stress to the core specimens; And a volume quantitative evaluation step of evaluating the relative strength of the three texture surfaces by calculating and analyzing the volume deformation rate (ε v ) through the following equation by measuring mechanical responses according to the stress applied to the core specimens; The present invention provides a quantitative evaluation method of a texture using the mechanical properties of a rock.
바람직하게는, 상기 결의 정량적 평가 단계에서는, 응력-체적변형율 곡선을 통해 암석 파괴 과정을 4 단계의 강도 구간(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ)으로 구분하고, 4 단계의 강도 구간 중 Ⅰ 단계에서 수평 결의 체적변형율을 통해 수평 결의 공극률(εv o max)을 구하고, 4 단계의 강도 구간 중 Ⅰ 단계에서 수평 결의 공극률(εv o max)이 클수록 해당 결의 상대적인 강도를 낮게 평가하는 것을 특징으로 한다. Preferably, in the quantitative evaluation step of the texture, the rock fracture process is divided into four intensity ranges (I, II, III and IV) through a stress-volume strain curve, (Ε v o max ) is obtained through the volume transformation strain of the texture, and the relative strength of the texture is evaluated as the relative strength of the texture is increased as the porosity (ε v o max ) of the horizontal joint is increased in stage Ⅰ.
바람직하게는, 상기 결의 정량적 평가 단계에서는, 응력-체적변형율 곡선을 통해 암석 파괴 과정을 4 단계의 강도 구간(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ)으로 구분하고, 4 단계의 강도 구간 중 Ⅰ 단계에서 수평 결의 체적변형율을 통해 수평 결의 압축지수(n)를 구하고, 4 단계의 강도 구간 중 Ⅰ 단계에서 수평 결의 압축지수(n)가 클수록 해당 결의 상대적인 강도를 낮게 평가하는 것을 특징으로 한다. Preferably, in the quantitative evaluation step of the texture, the rock fracture process is divided into four intensity ranges (I, II, III and IV) through a stress-volume strain curve, (N) is obtained through the volume transformation strain of the texture, and the relative strength of the texture is evaluated to be lower as the compression index (n) of the horizontal texture is larger at the I stage in the intensity interval of the 4th stage.
바람직하게는, 상기 결의 정량적 평가 단계에서는, 응력-체적변형율 곡선을 통해 암석 파괴 과정을 4 단계의 강도 구간(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ)으로 구분하고, 4 단계의 강도 구간 중 Ⅲ 단계에서 수평 결의 체적변형율을 통해 체적팽창 상수(Q)를 구하고, 4 단계의 강도 구간 중 Ⅲ 단계에서 체적팽창 상수(Q)가 낮을수록 해당 결의 상대적인 강도를 낮게 평가하는 것을 특징으로 한다. Preferably, in the quantitative evaluation step of the texture, the rock fracture process is divided into four intensity ranges (I, II, III and IV) through a stress-volume strain curve, The volume expansion constant (Q) is obtained through the volume strain rate of the texture, and the relative intensity of the texture is evaluated to be lower as the volume expansion constant (Q) is lowered in the stage III.
바람직하게는, 상기 결의 정량적 평가 단계에서는, 응력-체적변형율 곡선을 통해 암석 파괴 과정을 4 단계의 강도 구간(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ)으로 구분하고, 4 단계의 강도 구간 중 Ⅰ 단계와 Ⅱ 단계에서 응력증분에 따른 체적변형율을 구하고, Ⅰ 단계와 Ⅱ 단계에서 응력증분에 따른 체적변형율의 크기가 클수록 해당 결의 상대적인 강도를 낮게 평가하는 것을 특징으로 한다.
Preferably, in the quantitative evaluation step of the texture, the rock fracture process is divided into four intensity ranges (I, II, III and IV) through the stress-volume strain curve, and I and II The volume strain rate according to the stress increment is obtained in
거창 및 합천화강암의 공시체에 대한 체적변형율의 특성을 도출하였다. 이러한 특성은 암석 내부에서 수평 및 수직 배열하는 미세균열에 대한 부피 개념(공극률)의 정량적인 분포성을 대변한다. The characteristics of volumetric strain rate for the specimens of Geochang and Hacchae granite were derived. These properties represent the quantitative distribution of the volume concept (porosity) for microcracks arranged horizontally and vertically within a rock.
4 단계(Ⅰ~Ⅳ)의 체적변형율 특성 그리고 박편의 확대사진(×6.5)을 통한 미세균열의 평가 결과와 상호 대비하였다. 이러한 대비를 통하여 3개 면의 차별화를 대변하는 역학적 요소를 도출하였다. 4 단계별 체적변형율의 거동을 통하여 3개 면을 사전에 인식할 수 있는 장점이 있다. 즉 복잡한 절차를 수반하는 박편의 확대사진을 통한 평가과정 이전에 3개 면에 대한 다양한 판별 요소를 제공한다. 박편의 확대사진은 암석의 일부를 대상으로 하며, 특히 미세균열의 분포성이 모호하며, 전형적이지 못한 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우를 대비하여 국제 표준규격의 큰 공시체에서 도출한 3개 면의 정량적 판별 요소는 매우 유용하다. 더불어 체적변형율 곡선의 전체적인 형태분석의 자료도 참고할 수 있다. 특히 3개 채석면에서 분포하는 여섯 방향의 결(도 3과 도 4 참조)에 대한 명확한 부피 개념의 정량적인 평가가 가능하다. 이러한 결의 양적 배열성의 사전 인식을 통하여 이방적인 역학적 거동을 보다 명확하게 예견할 수 있는 장점이 있다. The volume strain rate characteristics of the 4th step (Ⅰ ~ Ⅳ) and the evaluation result of the micro crack through the enlarged photograph (× 6.5) of the flakes were compared. Through these contrasts, we derived the epidemiological factors that represent the differentiation of the three sides. There are advantages of recognizing three sides in advance through the behavior of the volume strain rate in four steps. In other words, prior to the process of evaluating the flakes with complicated procedures, various evaluation factors are provided for the three aspects. The enlarged photograph of the flake covers a part of the rock, especially the distribution of microcracks is ambiguous and may not be typical. In this case, the quantitative discriminant of three dimensions derived from the large specimen of the international standard is very useful. It is also possible to refer to the data on the overall shape analysis of the volume strain curve. In particular, it is possible to quantitatively evaluate a clear volume concept for six directions (see FIGS. 3 and 4) distributed over three quarries. The preliminary recognition of the quantitative arrangement of these resolutions has an advantage that the anisotropic mechanical behavior can be predicted more clearly.
이외 수직 결의 성장과정(Ⅲ, Ⅳ 단계)의 정량화를 통하여 3개 면에 대한 화약 발파의 조건 설정을 위한 기초자료로 활용될 수도 있다. 또한 수평의 채석면을 기준으로 하는 3개 유형(1-유형, 2-유형, 3-유형)으로 국내외 석산의 분류가 가능하다.In addition, quantification of the vertical grain growth process (Ⅲ, Ⅳ) can be used as basic data for setting the conditions of explosive blasting on three sides. There are three types (1-type, 2-type, 3-type) based on the horizontal quarry surface.
또한 암석에 가해지는 응력의 변화에 따른 암석의 역학적 특성을 통해 해당 암석의 결별 강도를 도출할 수 있어서 석산별로 상이한 암석의 채석방향을 정확하게 판단할 수 있게 되고 이를 통해 채석 실수율을 높일 수 있게 되는 효과가 있다. In addition, it is possible to deduce the fracture strength of the rock by the mechanical characteristics of the rock due to the change of the stress applied to the rock, so that it is possible to accurately determine the quarry directions of the different rocks according to the rocky mountains, .
또한 박편을 사용하는 미세균열의 분석작업 이전에 보다 큰 규격의 공시체에 대한 역학적 특성을 도출함으로써 3개 채석면 사이의 구분을 사전에 인식할 수 있는 장점이 있다. 나아가 개발 초기단계의 화강암 석산에 대한 유형분류의 근거가 될 수가 있다.Also, it is possible to recognize the distinction between the three quarries beforehand by deriving the mechanical properties of the specimen of larger size prior to the analysis of the micro crack using the flake. Furthermore, it can serve as a basis for classification of granitic rocks in the early stage of development.
실제 화강암 석산에서 3개 채석면의 분리성은 1번 면(rift plane) > 2번 면(grain plane) > 3번 면(hardway plane)의 순이며, 분리성이 가장 낮은 3번 면에 대한 할석 시, 젯트 버너를 사용하기도 한다. 즉 화강암 석산의 개발 초기 단계에서 채석면의 방향성 설정, 나아가 3개 면의 평행한 방향으로 발파 시 화약량의 조절 등의 참고자료로 활용할 수 있다.
The separation of the three quarry facies from the actual granite rocks is in the order of rift plane> grain plane> 3 (hardway plane) , And a jet burner. In other words, it can be used as a reference for the direction setting of the quarry surface in the early stage of the development of granite rocks, and furthermore, the control of the amount of explosive powder in the parallel direction of three sides.
도 1은 본 발명에 따른 화강암에서 발달하는 결의 정량적 평가 방법을 도시한 흐름도.
도 2는 화강암 석산에서 발달하는 3개 결의 방향성 그리고 실내 역학시험을 위한 암석시료 채취 및 공시체 제작과정을 나타내는 도면.
도 3의 (a)와 (b)는 1번 면 및 2번 면에 평행하게 제작된 박편의 확대사진 및 미세균열에 대한 스케치 결과를 나타내는 도면.
도 4는 6개 방향별 결(미세균열)의 각종 물리량을 나타내는 모식도.
도 5는 일축압축하에서 축응력-체적변형율 곡선을 통하여 화강암의 파괴과정을 나타내는 도면(G-1 공시체).
도 6은 각 면에 대한 공시체별 응력-체적변형율 곡선을 나타내는 도면.
도 7은 각 면에 대한 공시체별 응력-체적변형율(εv o, εv mc)의 관계도이며, Ⅰ 단계에서 수평 배열 미세균열(결)의 압축부피(εv o), Ⅲ~Ⅳ 단계에서 수직 배열하는 미세균열의 팽창부피(εv mc)의 거동을 나타내는 도면.
도 8은 응력증분-체적변형율 관계도이며, 응력증분에 따른 4 단계별 체적변형율의 거동을 나타내는 도면(거창화강암).
도 9는 응력증분-체적변형율 관계도이며, 응력증분에 따른 4 단계별 체적변형율의 거동을 나타내는 도면(합천화강암).
도 10은 도 8 및 도 9를 종합한 응력증분-체적변형율 종합 관계도이며, 응력증분에 따른 4 단계별 체적변형율의 거동 및 공시체의 고유영역을 나타내는 도면(거창 및 합천화강암). BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow chart showing a quantitative evaluation method of the texture developed in granite according to the present invention. FIG.
Fig. 2 is a view showing a three-directional texture developed in granite rocks and a process of sampling rock samples and preparing specimens for an indoor mechanics test.
Figs. 3 (a) and 3 (b) are enlarged photographs of thin flakes fabricated in parallel to the first and second surfaces, respectively, and showing sketch results for microcracks.
Fig. 4 is a schematic view showing various physical quantities of texture (microcracks) in six directions. Fig.
FIG. 5 is a graph showing the fracture process of granite through the axial stress-volume strain curve under uniaxial compression (G-1 specimen).
6 is a view showing a stress-volume strain curve for each of the surfaces according to the present invention.
Fig. 7 is a graph showing the stress-volume strain (ε v o , ε v mc ) of each specimen on each side. Compressive volume (ε v o ) of horizontal array microcracks (ε v o ) (Ε v mc ) of the micro-cracks arranged vertically in FIG.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the stress increment and the volume strain, and showing the behavior of the volume strain rate in four steps according to the stress increment (Geochang granite).
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the stress increment and the volume strain rate, and showing the behavior of the volume strain rate in four steps according to the stress increment (Hwacheon granite).
Fig. 10 is a comprehensive relationship diagram of stress increment-volumetric strain rate synthesized in Fig. 8 and Fig. 9, showing the behavior of the volume strain rate in four steps according to the stress increment, and a diagram showing the specific area of the specimen (Geochang and Hapcheon granite).
이하 본 발명에 따른 암석의 역학적 특성을 이용한 채석면의 할석 용이도 평가 방법에 대하여 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a method for evaluating the ease of seakeeping of a quarry stone using the mechanical properties of rocks according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 암석 특히 화강암에서 발달하는 결의 정량적 평가 방법에 관한 것으로, 일차적으로 박편의 확대사진을 통한 결(미세균열)의 미세특성을 정량화하였다. 이차적으로 체적변형율(εv) 곡선 상에서 4 단계(Ⅰ~Ⅳ)의 파괴과정을 도출하였다. 즉 응력 증가에 따른 4 단계별 강도(σ1 c, σ1 i, σ1 ii 및 σ1 f), 특히 체적변형율(εv o, εv mc)을 시험 및 계측하였다. The present invention relates to a quantitative evaluation method of the texture developed in rocks, especially granites, and quantitatively characterizes the microstructures of microstructures (microcracks) primarily through enlarged photographs of the flakes. Secondly, the fracture process of the 4th step (Ⅰ ~ Ⅳ) is derived on the volume strain rate (ε v ) curve. In other words, the strength in four steps (σ 1 c , σ 1 i , σ 1 ii And σ 1 f ), in particular the volume strain (ε v o , ε v mc ), were tested and measured.
즉 화강암 채석장에서 상호 수직을 형성하는 3개 채석면과 관련된 미세균열의 분포성 그리고 결의 공극률(부피)을 지시하는 체적변형율을 상호 대비, 이들 3개 채석면을 형성하는 수평 및 수직 결에 대한 부피 개념의 정량적인 평가를 실시하였다. In other words, the distribution of microcracks associated with the three quarries forming mutual verticals in the granite quarry and the volume deformation rates indicating the porosity (volume) of the crystals are compared with each other, and the volume concept for horizontal and vertical grains forming these three quarries Of the total.
한편 국제 표준규격의 공시체(NX size)를 사용하여 수평, 수직 결에 대한 3차원적인 부피 개념(공극률)의 체적변형율을 도출, 박편의 확대사진에서 도출한 2차원적인 미세균열의 분포성과 대비하였다. 이러한 종합적인 대비를 통하여 3개 채석면 그리고 모식도에서 제시한 6개 방향의 결(도 3과 도 4 참조)에 대한 보다 명확한 평가를 기할 수 있다.On the other hand, the volumetric strain rate of the three dimensional volume concept (porosity) of the horizontal and vertical grains was derived using the international standard specification (NX size), and the distribution of the two - dimensional microcracks derived from the enlarged photograph of the flakes was compared. This comprehensive contrast gives a clearer assessment of the three quarries and the results of the six directions presented in the diagram (see Figures 3 and 4).
거창 및 합천화강암의 3개 공시체에 대한 재하 축변형율(εa) 및 재하축과 직교방향의 횡변형율(εl) 자료를 활용, 획득한 체적변형율(εv) 곡선 상에서 4 단계(Ⅰ~Ⅳ)의 파괴과정을 도출하였다. 이러한 4 단계의 구분을 통하여 각 단계별 체적변형율(εv o, εv mc)의 도출이 가능하다. (Ε v ) curves obtained by using the deformation rate (ε a ) and transverse strain (ε l ) data of three specimens of Geocheong and Hapcheon granite ) Were derived. It is possible to derive the volumetric strain rates (ε v o , ε v mc ) for each step through the classification of these four steps.
응력-체적변형율 관계도를 작성, Ⅰ 단계에서의 수평 결에 대하여 정량화하였다. 특히 이 연구의 핵심사항인 응력증분-체적변형율 종합 관계도를 작성, Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ 단계에서의 응력증분의 증가에 따른 수직 결의 정량화를 통한 점진적인 성장과정(진행성)을 정량화할 수 있다. 또한 응력-체적변형율 곡선의 형태 분석을 통한 3개 공시체 사이의 차별화를 평가하였다. The strain-volume strain rate relationship diagram was created and quantified with respect to the horizontal deflection at stage I. In particular, it is possible to quantify the incremental growth process (progressivity) by quantifying the vertical grains as the stress increment increases at Ⅱ → Ⅲ → Ⅳ. In addition, the differentiation between the three specimens was evaluated through the morphological analysis of the stress - strain curves.
도 3과 도 4에 제시한 미세균열(결)의 분포성과 연계, Ⅰ~Ⅳ 단계의 역학적 특성과의 상관성을 규명하였다. 이러한 상호 대비를 통하여 결의 역학적 성질에 대한 영향의 예견, 나아가 결의 고유한 특성에 대한 명확한 인식의 접근이 가능하다. The correlation between the distribution of microcracks shown in Figs. 3 and 4, and the mechanical properties of stages I to IV was confirmed. This mutual contrast makes it possible to gain a clear perception of the effects on the mechanical properties of the resolution, as well as the inherent characteristics of the resolution.
한편 3개 채석면의 식별을 위한 부피 개념의 정량적인 판별요소를 도출하였다. 또한 수직 결의 성장과정(Ⅲ~Ⅳ 단계)을 정량적으로 평가하였다. 채석 실수율 제고를 위하여 3개 면의 평행한 방향으로 발파하며, 화약 발파의 조건 설정을 위한 기초자료로 활용될 수 있다. 암석은 거창지역과 합천지역의 화강암을 대상으로 하였다. On the other hand, quantitative discriminant factors of volume concept for the identification of three quarries were derived. We also quantitatively evaluated the growth process of vertical grain (Ⅲ ~ Ⅳ). It can be used as basic data for setting the condition of explosive blasting. The rocks were granite in Geochang area and Hapcheon area.
도 1은 본 발명에 따른 암석의 역학적 특성을 이용한 채석면의 할석 용이도 평가 방법을 도시한 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a method for evaluating the ease of seakeeping of a quarry stone using the mechanical properties of rocks according to the present invention.
1. 암석블록 채취 단계(1. Rock block extraction step ( S110S110 ))
경남 거창군 산포리(범일석산)의 쥬라기 화강암(이하 거창화강암, 공시체: G)에서 시료에 사용될 암석블록을 채취하였다. 거창화강암(Geochang granite)은 선캠브리아기의 반상변정편마암과 흑운모 호상편마암을 관입한 쥬라기 화강암이다. 이 암석은 회백색(greyish white)을 띠고, 등립상의 중립질암으로 석영 및 장석의 입도는 2~6 mm이다. 실험대상 암석시료 채취심도는 약 20m이다. 3개 결의 관계를 나타내는 모식도에서 1번 면은 수평, 2번(동북동 방향) 및 3번 면은 수직을 형성한다(도 2의 a 내지 c 참조). The rock blocks to be used for the samples were collected from Jurassic Granite (Gahang granite, G: G) of Sangpuri (Gyeongnam), Gyeongnam Province. Geochang granite is a Jurassic granite with inclusions of Precambrian semi-metamorphic gneiss and biotite gneiss. This rock is greyish white, is a neutral villa of isoplasma, and the size of quartz and feldspar is 2 ~ 6mm. The sampling depth of the rock samples is about 20m. In the schematic diagram showing the three-dimensional relationship, the first plane forms a horizontal plane, the second plane forms a north-east direction, and the third plane forms a vertical plane (see a to c in FIG. 2).
경남 합천군 우곡리(신화석상)의 쥬라기 화강암(이하 합천화강암, 공시체:H)에서 시료를 채취하였다. 합천화강암(Hapcheon granite)은 담회색(light grey)을 띠고, 등립상의 조립질암으로 석영 및 장석의 입도는 2~9mm이다. 연구대상 암석시료 채취심도는 약 17m이다. Samples were collected from Jurassic granite (Hwacheon granite, specimen: H) of Ugokgori (Shinhwa statue), Hacchun County, Kyungnam Province. Hapcheon granite is light gray and is composed of coarse-grained granite. The size of quartz and feldspar is 2 ~ 9mm. The sampling depth of the rock samples is about 17m.
상기한 2개의 석산에서 1번 면, 2번 면 및 3번 면에 각각 평행하게 약 1.2m 크기의 정방형의 암석 블록을 채취한다(도 2의 c 참조). 그리고 석산에서 1번 면, 2번 면 및 3번 면에 각각 평행하게 채석된 약 1.2m 크기의 정방형의 암석 블록에서 약 35cm 크기의 암석블록을 채취하였다(도 2의 d 참조). A square rock block of about 1.2 m in size is obtained in parallel with the first, second and third surfaces of the two stalagmites (see Fig. 2 (c)). A stone block of about 35 cm in size was obtained from a square block of about 1.2 m in size, which was parallel to the first, second, and third sides of the rocks (see Fig. 2 (d)).
2. 암석블록 표면 절단 단계(2. Stone block surface cutting step ( S120S120 ))
샘플링된 암석블록에 대하여 대형 암석절단 톱을 이용하여 상기 3개 채석면과 평행한 방향으로 암석 표면을 절단하여 평평하게 한다(도 2의 e 참조). The sampled rock block is cut by using a large rock cutting saw to cut the rock surface in a direction parallel to the three quarrying surfaces to make it flat (see Fig. 2e).
3. 암석블록 분할 단계(3. Rock block partitioning step ( S130S130 ))
3개 채석면과 평행한 방향으로 표면을 절단한 상기 암석블록을 다수의 정방형 암석시료로 분할하였다(도 2의 f 참조). 이 같이 분할된 암석시료는 실내의 공시체 및 박편 제작에 용이하다. The rock blocks whose surfaces were cut in a direction parallel to the three quarry surfaces were divided into a plurality of square rock samples (see Fig. 2 f). The rock samples thus divided are easy to produce specimens and slabs in the room.
4. 4. 공시체Specification 제작 단계( Production stage ( S140S140 ))
분할된 암석시료에 대하여 1번 면, 2번 면, 3번 면에 각각 수직방향으로 작업하여 NX 크기의 코어를 획득하였다. 실내 역학시험을 위한 NX 코아 공시체의 규격은 직경이 5.4cm, 길이 10.8cm이다. 4 단계별 강도, 변형율 및 소요시간의 측정을 위한 NX 크기의 공시체는 상기한 1번 면, 2번 면 및 3번 면에 각각 수직되게 제작하였으며, -1, -2 및 -3 공시체로 각각 명명하였다. NX - sized cores were obtained by working in the vertical direction on the first, second, and third sides of the divided rock samples, respectively. The dimensions of the NX core specimen for the room mechanics test are 5.4 cm in diameter and 10.8 cm in length. NX-sized specimens for measuring the strength, strain, and elapsed time in four steps were made perpendicular to the first, second, and third faces, respectively, and named as -1, -2, and -3 specimens, respectively .
여기서 -1은 1번 면, -2는 2번 면 그리고 -3은 3번 면에 수직인 축을 각각 의미한다(도 2의 g 참조). Here, -1
바람직하게는, 상기 암석시료 채취 단계에서 채취되는 정방형 암석시료는 상호 직교하는 리프트면, 그레인면 및 하드웨이면을 외면에 가지게 채취되며, 상기 공시체 제작 단계에서는 상기 리프트면, 그레인면 및 하드웨이면에 각각 직교하는 공시체를 제작하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the square rock samples sampled in the sampling step of the rock sample are taken with their mutually orthogonal lift surfaces, grain surfaces and hardway surfaces on the outer surface, and on the lift surface, grain surfaces and hardway surfaces Thereby producing orthogonal specimens.
5. 미세균열의 관찰5. Observation of microcracks
화강암에서는 세 방향의 채석면과 평행하게 제작된 박편 상에서 상호 직교하는 2조의 결(미세균열)을 각각 측정할 수 있다. 거창 및 합천화강암의 박편의 확대사진 및 미세균열에 대한 스케치 결과의 일부가 도 3의 (a)와 (b)에 각각 도시되어 있다. In granite, two mutually orthogonal structures (microcracks) can be measured on the flakes produced parallel to the three-way quarry. Some of the sketch results for micro-cracks and an enlarged picture of the lamellae of geochang and Hapcheon granite are shown in Figs. 3 (a) and 3 (b), respectively.
도 4에 도시된 채석면과 미세균열과의 상관성을 나타내는 모식도에서와 같이 1번 면에 평행하는 박편에서는 그레인 1(grain 1)과 하드웨이 2(hardway 2), 2번 면에 평행하는 박편에서는 리프트 1(rift 1)과 하드웨이 1(hardway 1) 그리고 3번 면에 평행하는 박편에서는 그레인 2(grain 2) 및 리프트 2(rift 2)의 미세균열을 각각 측정할 수가 있다. 결의 모식도에서 제시한 6 방향과 연계한 미세균열의 길이, 평균길이 및 밀도는 도 4에 도시되어 있다. As shown in the schematic diagram showing the correlation between the quarry surface and the microcracks shown in FIG. 4, the
한편 조사선법에 의한 석영 및 장석 내부의 미세균열을 종합하여 빈도수, 평균길이 및 밀도를 측정하고, 미세균열(결)의 제 특성을 모식도에서 제시한 도 4의 6 방향의 미세균열과 연계하여 역학적 특성을 분석한다. 즉 다양한 정량적인 판별요소들 그리고 상기한 미세균열의 밀도 사이의 상관성을 검토하게 된다. On the other hand, the frequency, average length and density of the microcracks in the quartz and feldspar were calculated by the irradiation method, and the characteristics of the microcracks were determined by mechanically connecting the microcracks in the six directions shown in FIG. Analyze the characteristics. That is, the correlation between the various quantitative discriminating factors and the density of the microcracks discussed above.
6. 응력 인가와 단계별 강도 및 6. Stress application, step strength and 변형율Strain rate 측정 단계( Measuring step ( S150S150 ))
공시체에 가해진 연속적인 응력(강도)에 따른 변형율, 소요시간(sec)의 측정에 사용된 압축강도기는 미국 MTS(Material Testing System)사의 압축력 160톤, 인장력 80톤의 용량을 갖고 있는 서보발브형 자동제어 시스템이다. 컴퓨터에 부착된 전기숫자 변환기(A/D Converter)에 의해 자동으로 측정치는 기록되며, 파괴시험에서는 스트로크를 제어해야 하는데 본 시험에서는 응력을 가하게 되는 스트로크의 상향 움직임의 속도는 0.1 mm/min으로 결정하였다. The compressive strength meter used for the measurement of the strain rate and the required time (sec) according to the continuous stress (strength) applied to the specimen was a servo bulb type automatic capacity measuring device having a compression capacity of 160 tons of MTS (Material Testing System) Control system. The measured value is automatically recorded by the A / D converter attached to the computer. The stroke must be controlled in the destructive test. In this test, the speed of the upward stroke of the stress applied is determined to be 0.1 mm / min. Respectively.
일축압축강도 및 변형율의 측정에는 20mm용 Displacement transducer (KYOWA, DF20D), Extensometer (MTS, Model 1632.12c), Dynamic strain amplifier (KYOWA, DMP-G), X-Y1Y2 recorder (WATANABE, WX4302) 등이 사용되었다. 한편 시험장치에서는 초 단위로 가해진 응력, 축변형율(axial strain, εa), 횡변형율(lateral strain, εl) 및 초 단위의 소요시간이 동시에 자동 기록이 된다. 시험은 한국지질자원연구원에서 실시되었다. 즉 NX 코아의 공시체로는 재하 축변형율(εa) 및 재하축과 직교방향의 횡변형율(εl)시험을 실시하였으며, 체적변형율(volumetric strain, εv)은 다음 수학식 1을 통해 구할 수 있다. The uniaxial compressive strength and strain rate were measured using a displacement transducer for 20 mm (KYOWA, DF20D), an extensometer (MTS, Model 1632.12c), a dynamic strain amplifier (KYOWA, DMP-G), XY 1 Y 2 recorder (WATANABE, WX4302) Respectively. On the other hand, the stress, axial strain, ε a , lateral strain (ε l ) and time required in seconds are automatically recorded in the test system. The test was conducted by Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources. The volumetric strain (ε v ) was calculated from the following equation (1), where ε a is the tensile strain of the NX core and ε l is the transverse strain of the NX core. have.
이렇게 구해진 연속적인 응력 단계별 축변형율, 횡변형율 및 체적변형율은 합천화강암의 표 1과 같이 정리될 수 있다. The axial strain, transverse strain, and volumetric strain rate of each successive stress stage can be summarized as shown in Table 1 of Hapcheon granite.
(kg/cm2)Stress
(kg / cm 2 )
표 1은 응력에 대한 합천 화강암(H)의 축, 횡 및 체적 변형율(x10-6)의 값을 나타낸다. Table 1 shows the values of axial, transverse and volume strain (x 10 -6 ) of Hacchin granite (H) against stress.
6-1 응력-6-1 Stress -
체적변형율
응력-체적변형율 곡선을 통하여 암석 파괴 과정을 4 단계로 구분한 기준은 다음과 같다. 거의 일정한 증가율을 보이는 선형 구간(Ⅱ 단계), 변곡점이 형성되어 곡선이 반전하여 급격한 체적팽창 현상이 일어나 파괴에 이르는 구간(Ⅳ 단계)을 경계로 하여 Ⅱ 단계 하부구간은 Ⅰ 단계, Ⅱ 단계와 Ⅳ 단계 사이는 Ⅲ 단계로 각각 구분된다. The criteria for classifying the rock destruction process through the stress-volume strain curves are as follows. (Ⅱ), which is an almost constant rate of increase (Ⅱ), the inflection point is formed, and the curved line is inverted to cause rapid volumetric expansion. And
Ⅰ 단계(0≤σ≤1 c): 압축에 의해 수평 결이 밀폐되는 구간, Ⅱ 단계(σ1 c≤σ≤σ1 i): 탄성적 성질을 갖는 구간, Ⅲ 단계(σ1 i≤σ≤σ1 ii): 하중증가에 따른 수직 결이 발생하여 개구되나 안정상태에 있으며, 인장응력에 의한 파단이 일어나는 구간, Ⅳ 단계(σ1 ii≤σ≤σ1 f, σ1 f:파괴강도): 더욱 증가된 하중에 의해 불안정한 균열이 전파되며, 전단파괴가 일어나는 구간이다. 각 단계별 강도는 σ1 c, σ1 i, σ1 ii 및 σ1 f로 각각 구분하였다(도 5). 이렇게 구해진 거창 및 합천화강암의 응력-체적변형율 곡선은 도 6과 같다. Ⅰ step (0 ≤ σ 1 c ): the section where horizontal solidification is sealed by compression, Ⅱ step (σ 1 c ≤σ σ 1 i ): section with elastic properties, Ⅲ 1 (σ 1 i ≤ σ ≤σ 1 ii): Although the opening by vertical connection is generated according to the load increase, and a steady-state, the section is broken by the tensile stress occurring, ⅳ step (ii ≤σ≤σ σ 1 f 1, 1 f σ: breaking strength ): An unstable crack propagates due to a further increased load, and shear fracture occurs. The intensity for each step is σ 1 c , σ 1 i , σ 1 ii And? 1 f , respectively (Fig. 5). The stress-strain curves of Geochang and Hapcheon granite thus obtained are shown in Fig.
7. 결의 정량적 평가 단계(7. Quantitative evaluation step of resolution ( S160S160 ))
7-1 수평 결의 체적변형율(ε7-1 Volume of horizontal resolution (ε vv oo ))
Ⅰ 단계에서의 수평 결의 공극률(oa, 10-6)은 압축변형율(εv o max)이며, 암석 내부에 발달하는 수평 결의 부피를 대변한다(도 5). Ⅰ 단계(0≤σ≤1 c)에서 응력 증가에 따른 수평 결이 갖는 공극률(εv o, εv o max)을 정리(표 2, 표 3), 거창 및 합천화강암에 대한 응력(stress)-체적변형율(εv o)의 관계도를 작성하였다(도 7의 a, d).The porosity (oa, 10 -6 ) of the horizontal column in Phase I is the compressive strain (ε v o max ) and represents the horizontal grain volume developed inside the rock (Fig. 5). The porosity (ε v o , ε v o max ) of the horizontal grains with increasing stress is summarized in Table I (0 ≤ σ 1 c ) (Table 2, Table 3) - volume deformation rate (ε v o ) (Fig. 7 (a) and (d)).
(kg/cm2) One
(kg / cm 2 )
표 2에는 Ⅰ 단계에서 응력에 따른 다양한 미세균열의 체적변형율(εv o)이 나타나 있다. Table 2 shows the volumetric strain (ε v o ) of various microcracks due to stress in stage Ⅰ.
No.Sample
No.
(×10-3)ε v o max (? V / V)
(× 10 -3 )
(G)Geochang granite
(G)
(H)Hapcheon granite
(H)
표 3에는 미세균열의 체적변형율(εv o max)이 나타나 있다. Table 3 shows the volume strain (ε v o max ) of microcracks.
수평 결의 부피는 압축구간(Ⅰ 단계)에서 응력 증가와 함께 감소하며, 응력의 초기단계에서 변곡점을 형성하여 기울기가 급격히 감소한다. 거창화강암에 비하여 합천화강암에서는 -1, -2, -3 공시체 사이의 중첩도가 높고, 전체적인 기울기는 상호 유사하다. 3개 공시체 간의 수평 결이 갖는 공극률의 차이가 거창화강암에 비하여 크지 않음을 지시한다. The horizontal grain volume decreases with increasing stress in the compression zone (stage I), and the slope decreases sharply by forming an inflection point at the initial stage of stress. Compared to Geochang granite, the Hwacheon granite has a high overlap between -1, -2 and -3 specimens, and the overall slopes are similar. It is indicated that the porosity of the horizontal textures between the three specimens is not larger than that of Geochang granite.
Ⅰ 단계에서 압축이 완료되는 응력(σ1 c)은 공시체별로 수평 결의 공극률(부피)와 비례하며, -1 > -2 > -3 공시체의 순으로 나타난다. 결의 밀도가 낮고 압축강도가 높은 합천화강암에서는 거창화강암에 비하여 압축이 완료되는 응력이 보다 높다(표 2). The stress (σ 1 c ) at which the compression is completed in step I is proportional to the porosity (volume) of the horizontal joint for each specimen, and is expressed in the order of -1>-2> -3 specimens. In Hacchin granite with low grain density and high compressive strength, compressive stress is higher than Geochang granite (Table 2).
거창 및 합천화강암에서 수평 결이 갖는 공극률은 -1 > -2 > -3 공시체의 순으로 되며, 도 4에 나타낸 rift microcrack, grain microcrack 및 hardway microcrack 사이의 상대적인 부피차이를 보여준다. In Geochang and Hapcheon granites, the porosity of horizontal grains is in the order of -1> -2> -3 specimens, showing the relative volume difference between the rift microcrack, grain microcrack and hardway microcrack shown in FIG.
거창 및 합천화강암의 -1, -2, -3 공시체에서 도출한 수평 결의 평균 공극률(표 3)은 거창화강암(2.60) > 합천화강암(2.37)로 되며, 도 4에서 나타낸 6개 결을 형성하는 미세균열의 밀도의 합은 거창화강암(ρ: 0.66) > 합천화강암(ρ: 0.54)로 되어 암석간의 평균 공극률에 대한 대소의 차이 면에서 부합한다. The average porosity of the horizontal grains from the -1, -2 and -3 specimens of Geochang and Hapcheon granites (Table 3) is Geochang granite (2.60)> Hwacheon granite (2.37) The sum of density of microcracks is coincided with the difference in size of the average porosity between rocks, with Geochang granite (ρ: 0.66)> Hwacheon granite (ρ: 0.54).
7-2 수직 결의 체적변형율(ε7-2 Vertical resolution volume strain (ε vv mcmc ))
Ⅲ 단계(σ1 i≤σ≤σ1 ii)~ Ⅳ 단계(σ1 ii≤σ≤σ1 f)에서는 수직 결이 안정적 및 불안정적으로 전파하는 구간이다. 연속적인 응력 증가에 따른 수직 결의 공극률 즉, 체적변형율(εv mc)을 정리(표 4), 응력-체적변형율의 관계도를 작성하였다(도 7의 b, e 및 c, f). In step Ⅲ (σ 1 i ≤σ≤σ 1 ii) ~ Ⅳ step (σ 1 ii ≤σ≤σ 1 f) is a period in which the vertical spread result is less stable and unstable. (Fig. 7 (b), (e) and (c), (f) show the relationship between the vertical void porosity and the volume strain rate (ε v mc ) along with the continuous stress increase (Table 4).
(kg/cm2) σ 1
(kg / cm 2 )
표 4에는 응력 vs 미세균열의 체적변형율(εv mc)이 나타나 있다. Table 4 shows the volume strain (ε v mc ) of the stress versus microcracks.
거창 및 합천화강암의 수직 결의 체적변형율은 Ⅲ ~ Ⅳ 단계에서 응력 증가와 함께 증가하며, 수직 결의 불안정적 전파 구간(Ⅳ 단계)의 후기단계에서 변곡점을 형성하여 기울기가 급격히 증가한다. 이러한 현상은 리프트 1과 그레인 1이 수직 배열하는 거창화강암의 -3 공시체에서 가장 뚜렷하다. 한편 거창화강암에 비하여 합천화강암에서는 -1, -2, -3 공시체의 전체적인 기울기는 상호 유사하며, 3개 공시체 사이의 미세균열(결)이 갖는 부피 차이가 상대적으로 크지 않음을 지시한다(도 7의 b 및 e). The volumetric deformation rate of the vertical settlement of Geochang and Hapcheon granite increases with the increase of stress in the Ⅲ ~ Ⅳ stage, and the slope increases rapidly by forming the inflection point in the late stage of the unstable propagation period of Ⅳ. This phenomenon is most pronounced in the three specimens of geochang granite where
거창화강암의 응력-체적변형율 관계도를 보면, 공시체 내부에 존재하는 수직 결의 배열성(부피)과 비례하여 파괴 소요시간(sec.)은 -3(202) < -2(230) < -1(300) 공시체의 순으로 배열한다. 합천화강암에 비하여 전체적인 미세균열의 밀도 그리고 1번 결(리프트 1: ρ=0.28)과 2번 결(그레인 1: ρ=0.11) 사이의 미세균열의 밀도차가 모두 크다. 거창화강암에서 3개 공시체 사이의 배열성이 보다 명확하다. 또한 -3 공시체 내부에는 2 조의 미세균열, 즉 rift microcrack(리프트 1) 및 grain microcrack(그레인 1)이 발달한다. 상기 미세균열은 압축응력과 평행 배열하여 -1 및 -2 공시체에 비하여 급격한 체적팽창, 즉 파열현상의 수반을 지시한다(도 7의 b).The fracture time (sec.) Was -3 (202) <-2 (230) <-1 (in terms of the volume of the vertical grains) 300) specimens. Compared to Hacchin granite, the overall microcrack density and the density difference of microcracks between the 1st (lift 1: ρ = 0.28) and 2nd (grain 1: ρ = 0.11) The arrangement between the three specimens in Geocang granite is more clear. Inside the -3 specimen, two sets of microcracks, rift microcrack (lift 1) and grain microcrack (grain 1) develop. The microcracks are arranged in parallel with the compressive stress and indicate a sudden volume expansion, i.e., accompanied by a rupture phenomenon, as compared with the -1 and -2 specimens (Fig. 7B).
그러나 합천화강암에서는 1번 결(리프트 1: ρ=0.14)과 2번 결(그레인 1: ρ=0.12) 사이의 미세균열의 밀도차가 보다 미약하다. 평균길이는 오히려 그레인 1(2.56mm) > 리프트 1(2.37mm)의 순으로 된다. 압축강도가 높고, 1번 결과 2번 결의 발달이 상대적으로 낮은 합천화강암에서는 거창화강암에 비하여 공시체 사이의 배열성(-2 < -3 < -1)이 결여된다(도 7의 e). 두 암석을 비교하면, 거창화강암에서 보다 이상적인 배열성을 갖는다.However, in Hacchin granite, the difference in density of microcracks between 1st (lift 1: ρ = 0.14) and 2nd (grain 1: ρ = 0.12) The average length is in the order of grain 1 (2.56 mm)> lift 1 (2.37 mm). In Hapcheon granite, where the compressive strength is high and the result of No. 1 result is relatively low, the arrangement between specimens (-2 <-3 <-1) is less than geochang granite (Fig. Comparing the two rocks, they have an ideal arrangement in geochemical granite.
다만 거창 및 합천화강암의 응력-체적변형율 관계도에서 3개 공시체 사이의 배열성의 공통점을 볼 수 있다. 중간영역을 차지하는 공시체 즉, 거창화강암의 G-2 공시체 그리고 합천화강암의 H-3 공시체는 우측의 상위영역 및 좌측의 하위영역의 공시체 보다 체적변형율(εv mc)이 낮은 특성을 도출할 수 있다(도 7의 b 및 e).However, the relationship between the three specimens can be seen in the stress - volume strain diagram of Geochang and Hapcheon granites. The specimens occupying the middle area, G-2 specimen of Geochang granite and H-3 specimen of Hacchae granite, can have lower volume strain (ε v mc ) than specimens of the upper and lower left regions (Figs. 7B and 7E).
응력-체적변형율 관계도를 로그-등간격 좌표에 투영한 결과, 선형의 지수함수의 기울기는 거창화강암에서는 -2 < -1 < -3, 합천화강암에서는 -3 < -2 < -1의 순이다. 두 암석 사이의 기울기의 규칙성은 결여된다. 두 암석간의 공통성을 도출하면, -1 공시체가 우측의 상위영역을 차지한다(도 7의 c 및 f).The slope of the linear exponential function is -2 <-1 <-3 in Geochang granite and -3 <-2 <-1 in Hwacheon granite. . The regularity of the slope between the two rocks is lacking. When the commonality between the two rocks is derived, the -1 specimen occupies the upper right area (c and f in FIG. 7).
7-3 응력-7-3 Stress - 체적변형율Volume strain rate 방정식 equation
응력-체적변형율 곡선에서 각 단계별로 방정식을 도출, 사암의 파괴과정을 정량화한 사례가 있다. 이와 같은 방법론을 확장하여 거창 및 합천화강암의 미세균열(수평 및 수직 결)과 관련된 분석을 실시하였다. In the stress-volumetric strain curves, we derive equations for each stage and quantify the destruction process of sandstones. This method was extended to analyze the microcracks (horizontal and vertical grain) of Geochang and Hapcheon granites.
Ⅰ 단계의 방정식: 응력-체적변형율 곡선(도 5, 도 6)에서 선형 체적변형율 직선(linear volumetric strain line)인 ab를 체적변형율 축과 연결시킬 때 oa의 길이는 암석내부 선재균열의 공극률이며, Ⅰ 단계에서 다음의 수학식 2와 같다. The equation of phase Ⅰ: the linear volumetric strain line ab in the stress-volume strain curve (Fig. 5, Fig. 6) connects the ab with the volume strain axis. The length oa is the porosity of the inside- In step I, the following equation (2) is obtained.
여기서 εv e는 선형 체적변형율(linear volumetric strain), εv o는 축응력(0≤σ1≤σ1 c)의 증가와 비례하여 선재균열이 압축되어 감소하는 체적의 압축변형율(volumetric compacting strain)이다. 선형 체적변형율 εv e는 다음의 수학식 3과 같다. Where ε v e is the linear volumetric strain and ε v o is the volumetric compacting strain in which the wire strand crack compresses in proportion to the increase in axial stress (0 σ 1 ≤σ 1 c ) to be. The linear volumetric strain ε v e is given by the following equation (3).
여기서 K는 선형 변형선(linear deformation line) ab의 기울기이다. Ⅰ 단계에서 임의의 축 응력을 σ1이라고 할 때, 소위 응력증분(stress increment, (σ1 c-σ1)/σ1 c)과 εv o 사이에는 다음의 수학식 4와 같이 지수함수로 표시될 수 있다.Where K is the slope of the linear deformation line ab. When called in any axial stress σ Ⅰ step 1, the so-called incremental stress (stress increment, (σ 1 c -σ 1) / σ 1 c) and ε v o Can be expressed by an exponential function as shown in Equation (4) below.
여기서 σ1 = 0 일때, εv o = a이므로 a는 선재균열(수평 결)의 공극률, n은 압축지수(compaction exponent)로 사용될 수 있다. Here, when σ 1 = 0, ε v o = a, so a can be used as the porosity of the wire seam crack (horizontal grain) and n as the compaction exponent.
Ⅲ 및 Ⅳ 단계의 방정식: 응력-체적변형율 곡선(도 5, 도 6)에서 Ⅲ 및 Ⅳ 단계에서의 체적변형율 방정식은 다음의 수학식 5와 같다.The equations of stages III and IV: The volume strain curves in steps III and IV in the stress-strain curves (FIG. 5 and FIG. 6) are shown in
여기서 εv mc는 미세균열에 의한 체적변형율(volumetric microcrack strain)이다.Where ε v mc is the volumetric microcrack strain due to microcracks.
Ⅲ 및 Ⅳ 단계에서 응력증분((σ1-σ1 i)/σ1 i)에 대한 균열전파에 의한 체적변형율 방정식은 다음의 수학식 6과 같다.The volume strain rate equation by crack propagation for the stress increment ((? 1 - ? 1 i ) /? 1 i ) in steps III and IV is shown in Equation (6).
여기서 Q는 미세균열작용(microcracking) 또는 체적팽창(dilatancy) 상수, m은 미세균열의 체적변형율 경화지수(volumetric microcrack strain hardening exponent)로 각각 정의된다. Where Q is the microcracking or dilatancy constant, and m is the volumetric microcrack strain hardening exponent of microcracks, respectively.
Ⅰ 단계의 방정식(수학식 4) 그리고 Ⅲ 및 Ⅳ 단계의 방정식(수학식 6)에서는 a 및 n 그리고 Q 및 m의 상수 및 지수가 각각 존재한다. In Equation (1) (Equation 4) and Equations (III) and (IV) (Equation 6), constants and exponents of a and n, Q and m are respectively present.
한편 거창 및 합천화강암의 3개 공시체의 응력-체적변형율 관계도(도 6)를 통하여 Ⅰ 단계의 응력증분 및 εv o 그리고 Ⅲ ~ Ⅳ 단계에서의 응력증분 및 εv mc를 각각 정리하였다(표 5, 표 6).The tremendously and Hapcheon of 3 of granite one specimen the stress-strain relationship is a volume of the stress Ⅰ phase through (6) increments and ε v o And the stress increment and ε v mc in Ⅲ-Ⅳ are summarized respectively (Table 5, Table 6).
표 5에는 거창 화강암에 대한 응력증분 vs 미세균열의 체적변형율이 나타나 있다. 여기에서 응력증분은 Ⅰ단계 : (σ1 c-σ1)/σ1 c 이고, Ⅲ, Ⅳ 단계 : (σ1-σ1 i)/σ1 i 이다.Table 5 shows the stress increment vs. volume strain of microcracks for geochemical granite. Here, the stress increment is Ⅰ: (σ 1 c -σ 1 ) / σ 1 c , and Ⅲ, Ⅳ step: (σ 1 -σ 1 i ) / σ 1 i .
표 6에는 합천 화강암에 대한 응력증분 vs 미세균열의 체적변형율이 나타나 있다. 여기에서 응력증분은 Ⅰ단계 : (σ1 c-σ1)/σ1 c 이고, Ⅲ, Ⅳ 단계 : (σ1-σ1 i)/σ1 i 이다.Table 6 shows the stress increment vs. volume strain of microcracks for Hwacheon granite. Here, the stress increment is Ⅰ: (σ 1 c -σ 1 ) / σ 1 c , and Ⅲ, Ⅳ step: (σ 1 -σ 1 i ) / σ 1 i .
응력증분-체적변형율(εv o,εv mc)의 관계도(도 8, 도 9)에서 공시체별로 선형의 멱함수의 방정식을 구한 후, 상수 a, Q 그리고 지수 n, m의 값을 도출(표 7, 표 8), 수평 배열하는 미세균열과 관련된 Ⅰ 단계의 압축 그리고 수직 배열하는 미세균열과 관련된 Ⅲ ~ Ⅳ 단계의 성장과정, 즉 변형과정을 정량화하였다. 암석별 공시체별 변형특성을 상호 비교하였다. In the relationship diagrams of the stress increment-volumetric strain rates (ε v o , ε v mc ) (FIGS. 8 and 9), the equation of the linear power function is obtained for each specimen and the values of the constants a and Q and the exponents n and m are derived (Table 7, Table 8), quantification of the growth process of the III-IV stage related to the micro-cracks in the horizontally aligned microstructures, and the microstructures in the vertically aligned microstructures. The deformation characteristics of each specimen were compared with each other.
(10-3)a *
( 10-3 )
G-2
G-3G-1
G-2
G-3
2.05
1.344.43
2.05
1.34
1.39 0.45 0.983.30 4.15 0.90 1.64 1.08 0.85
1.39 0.45 0.98
1.49 1.53 0.90
2.48 1.44 0.991.23 0.76 0.90
1.49 1.53 0.90
2.48 1.44 0.99
101.5 7.08 0.94
1239.7 10.29 0.93182.3 5.46 0.88
101.5 7.08 0.94
1239.7 10.29 0.93
표 7은 거창 화강암에 대한 응력증분-체적변형율 관계도를 나타낸다. 여기에서 An은 이방성 계수(Anisotropy coefficient, %)이며, Max-Min/평균 으로 계산될 수 있다. R2는 상관계수이다. Table 7 shows the relationship between stress increment and volume strain for Geochang granite. Where An is the anisotropy coefficient (%) and can be calculated as Max-Min / average. R 2 is a correlation coefficient.
(10-3)a *
( 10-3 )
H-2
H-3H-1
H-2
H-3
2.58
1.672.87
2.58
1.67
1.42 1.60 0.991.91 2.14 0.93 1.67 1.70 0.93
1.42 1.60 0.99
4.82 2.25 0.99
2.44 1.76 0.995.11 2.15 0.98
4.82 2.25 0.99
2.44 1.76 0.99
120.2 6.20 0.95
62.9 5.15 0.92492.5 6.35 0.98
120.2 6.20 0.95
62.9 5.15 0.92
표 8은 합천 화강암에 대한 응력증분-체적변형율 관계도를 나타낸다. 여기에서 R2는 상관계수이다. Table 8 shows the stress increment-volume strain rate relationship for Hwacheon granite. Where R 2 is the correlation coefficient.
7-4 Ⅰ 단계의 압축지수 및 공극률7-4 Compression Index and Porosity in Phase I
Ⅰ 단계(도 8, 도 9)에서 도출한 압축지수(n)는 수평 결의 공극률과 동일하게 -1 > -2 > -3 공시체의 순으로 되며, 압축지수가 크다는 것은 응력증분에 대한 수평 결이 갖는 공극의 압축이 상대적으로 많이 되었음을 의미한다(표 7, 표 8). The compressive index (n) derived from step I (Figs. 8 and 9) is in the order of -1> -2> -3 specimens in the same order as the porosity of the horizontal joints. (Table 7, Table 8).
거창화강암의 압축지수는 -1(4.15) > -2(1.08) > -3(0.45) 공시체의 순으로 되며, 공시체 내부에 발달하는 수평 결의 상대적인 차이를 반영한다. 압축지수는 0.45~4.15(평균 1.89)의 범위이며, 산정된 이방성 계수는 195.4%이다(표 7).The compressive index of geochemical granite is in the order of -1 (4.15)> -2 (1.08)> -3 (0.45), which reflects the relative difference in the horizontal resolution developed inside the specimen. Compression indices ranged from 0.45 to 4.15 (mean 1.89), with an estimated anisotropy factor of 195.4% (Table 7).
합천화강암의 압축지수도 -1(2.14) > -2(1.70) > -3(1.60) 공시체의 순으로 되며, 상기 거창화강암의 경우와 동일하다. 압축지수는 1.60~2.14(평균 1.81)의 범위이며, 산정된 이방성 계수는 29.8%이다(표 8). The compressive index of Hwacheon granite is in the order of -1 (2.14)> -2 (1.70)> -3 (1.60), which is the same as that of Geochang granite. Compression indices ranged from 1.60 to 2.14 (mean 1.81), with an estimated anisotropy factor of 29.8% (Table 8).
수평 결의 공극률에 해당되는 a*(εv o max)와 상관식에서 도출한 상수 a는 상호 비례하며, 공통적으로 -1 > -2 > -3 공시체의 순으로 된다. a*와 a의 이방성 계수는 거창화강암(90.5~118.3%) > 합천화강암(29.8~50.6%)의 순이다(표 7, 표 8).The a * (ε v o max ), which corresponds to the porosity of the horizontal joint, and the constant a, which is derived from the correlation, are in proportion to each other and are in the order of -1>-2> -3 specimens. The anisotropy coefficients of a * and a are in the order of Geochang granite (90.5 ~ 118.3%) and Hapcheon granite (29.8 ~ 50.6%) (Table 7, Table 8).
한편 압축지수에 대한 3개 공시체의 전체적인 평균치 및 이방성 계수는 모두 거창화강암 > 합천화강암의 순이며, 수평 결의 상대적인 차이를 잘 반영한다. On the other hand, the overall mean value and anisotropy coefficient of the three specimens for compressive index are in the order of Geochang granite> Hapcheon granite, which reflects the relative difference of horizontal grains.
상관계수의 변화: 응력증분-체적변형율의 관계도(도 8, 도 9)에서 공시체별, 응력단계별 멱함수의 상관계수의 변화를 검토하였다. 거창 및 합천화강암의 경우, Ⅰ 단계의 상관계수(R2)는 -2 및 -1 공시체(0.85~0.93) < -3 공시체(R2=0.98~0.99)의 순이다. Ⅲ 단계의 상관계수도 -1 및 -2 공시체(0.900~0.993) < -3 공시체(R2=0.991~0.995)의 순이다. 두 암석에서는 공통적으로 -3 공시체에서 선형의 멱함수의 상관계수가 높다. 이러한 분포 특성은 -3 공시체의 식별 기준을 대변한다(도 8, 도 9).Change in Correlation Coefficient: The relationship between the stress increment and the volume deformation ratio (Fig. 8 and Fig. 9) In the case of Geochang and Hapcheon granites, the correlation coefficient (R 2 ) in the first stage is -2 and -1 specimens (0.85-0.93) <-3 specimens (R 2 = 0.98-0.99). Correlation coefficients in stage Ⅲ are -1 and -2 (0.900 ~ 0.993) <-3 specimen (R 2 = 0.991 ~ 0.995). In both rocks, the correlation coefficient of linear power function is high in -3 specimen. This distribution characteristic represents the identification criterion of the -3 specimen (Figs. 8 and 9).
7-5 Ⅱ 단계의 7-5 Step II 체적변형율Volume strain rate
Ⅱ 단계(저강도 영역)에서의 응력증분-체적변형율(εv)의 관계도를 작성하였다(도 8, 도 9). 거창 및 합천화강암에서 공히 -1(상위영역) > -2 > -3 공시체의 순으로 배열한다. 일차함수의 기울기(R2=0.98 <)를 보면, 거창화강암(평균 0.67)이 -3(0.78) > -1(0.68) > -2(0.57), 합천화강암(평균 0.74)이 -1(0.84) > -2(0.73) > -3(0.67) 공시체의 순으로 되며, 합천화강암이 보다 순차적이다.A relationship diagram of the stress increment-volume strain (ε v ) in step II (low strength region) was prepared (FIGS. 8 and 9). The order of -1 (upper region)>-2> -3 specimens are arranged in order from Geochang and Hapcheon granite. When the slope of the first order function (R 2 = 0.98 <) was observed, Geochang granite (mean 0.67) was -3 (0.78)> -1 (0.68)> -2 (0.57) )> -2 (0.73)> -3 (0.67), and Hapcheon granite is more sequential.
7-6 Ⅲ ~ Ⅳ 단계의 경화지수7-6 The hardening index in steps III-IV
Ⅲ ~ Ⅳ 단계에서의 미세균열의 체적변형율 경화지수(이하 경화지수, m)는 압축지수(n)와 개념상 상반되는 상수로서, 경화지수가 클수록 응력증분((σ1-σ1 i)/σ1 i)-체적변형율(εv mc)의 곡선구배가 크고 응력증분에 대한 체적팽창이 상대적으로 큼을 의미한다(도 5, 도 6).Ⅲ (Σ 1 - σ 1 i ) / σ is a constant that is conceptually opposite to the compression index (n), as the hardening index increases. 1 i ) - This means that the curvilinear gradient of the volume strain (ε v mc ) is large and the volume expansion with respect to the stress increment is relatively large (FIGS. 5 and 6).
거창화강암의 3개 공시체 사이의 경화지수를 비교하였다. Ⅲ 단계에서는 -2 (1.53) > -3(1.44) > -1(0.76) 공시체의 순서를 보인다. 그러나 파괴과정의 마지막 단계인 Ⅳ 단계에서는 -3(10.29) > -2(7.08) > -1(5.46) 공시체의 순으로 나타난다(표 7). The hardening index between three specimens of Geochang granite was compared. In the third stage, the order of -2 (1.53)> -3 (1.44)> -1 (0.76) is shown. However, in stage IV, the final stage of the destruction process, -3 (10.29)> -2 (7.08)> -1 (5.46) is the order of the specimen (Table 7).
특히 1번 결과 2번 결이 수직 배열하는 -3 공시체의 경화지수가 가장 높다. 이러한 결과는 압축시험 시, 각 공시체에서 압축력과 수평 배열하는 2 조의 미세균열의 밀도(ρ) 합의 배열성, 즉 -3(Rift 1 + Grain 2, 0.39) > -2(Rift 2 + Hadway 2, 0.19) > -1(Grain 2 + Hadway 1, 0.88)의 배열성(도 4)과 부합한다. 한편 경화지수의 이방성 계수는 Ⅰ 단계의 압축지수(195.4%)보다 모두 낮고, Ⅳ 단계(63.5%) > Ⅲ 단계(61.9%)의 순이다.In particular, the hardening index of the -3 specimen, which is vertically aligned with the result No. 1, is the highest. These results are summarized as follows: In compression test, the compressive force in each specimen and the arrangement of density (ρ) sum of two microcracks horizontally arranged, ie, -3 (
합천화강암의 3개 공시체 사이의 경화지수를 비교하였다. Ⅲ 단계에서는 -2 (2.25) > -1(2.15) > -3(1.76) 공시체의 순으로 된다. 그러나 Ⅳ 단계에서는 -1(6.35) > -2(6.20) > -3(5.15) 공시체의 순으로 되어 거창화강암과는 역순이다(표 8). 산정된 이방성 계수는 Ⅲ 단계(23.9%) > Ⅳ 단계(20.3%)의 순이다.The hardening indices between three specimens of Hapcheon granite were compared. In the third stage, the order is -2 (2.25)> -1 (2.15)> -3 (1.76). However, in the IV stage, it is in the order of -1 (6.35)> -2 (6.20)> -3 (5.15), and is in reverse order with Geochang granite (Table 8). The calculated anisotropy coefficients are in the order of Ⅲ (23.9%) and Ⅳ (20.3%).
7-7 Ⅲ ~ Ⅳ 단계의 체적팽창 상수7-7 Volumetric expansion constants in stages III-IV
Ⅲ ~ Ⅳ 단계의 체적팽창 상수(Q, ×10-3)는 단계의 수평 결의 공극률과 개념상 상반되는 상수이다(도 8, 도 9). The volumetric expansion constant (Q, x 10 -3 ) in steps III to IV is a conceptually contradictory constant to the horizontal cavity porosity of the step (Figs. 8 and 9).
거창화강암의 3개 공시체 사이의 체적팽창 상수를 비교하였다. Ⅲ 단계에서는 Ⅰ 단계의 수평 결의 공극률(-1 > -2 > -3 공시체)과 역순으로 되어 -1(1.23) < -2(1.49) < -3(2.48) 공시체의 순서를 보인다. 다만 Ⅳ 단계에서는 -2(101.5), -1(182.3) < -3(1239.7) 공시체의 순으로 되며, 1번 결과 2번 결이 수직 배열하는 -3 공시체가 가장 높다. 산정된 이방성 계수는 Ⅲ 단계(72.2%) < Ⅰ 단계(90.5%) < Ⅳ 단계(224.1%)의 순으로 나타난다.The volumetric expansion constants between three specimens of Geocang granite were compared. In the third stage, the order of -1 (1.23) <-2 (1.49) <-3 (2.48) is shown in the reverse order of the horizontal grain porosity of the first stage (-1> -2> -3 specimen). However, in the IV stage, -2 (101.5), -1 (182.3) <-3 (1239.7) is the order of the specimens. The calculated anisotropy coefficients are in the order of phase Ⅲ (72.2%) <Ⅰ (90.5%) <Ⅳ (224.1%).
합천화강암의 3개 공시체 사이의 체적팽창 상수를 비교하였다. Ⅰ 단계의 수평 결의 공극률(-1 > -2 > -3 공시체)과 순위가 상이하다. Ⅲ 단계에서는 -3(2.44) < -2(4.82) < -1(5.11) 그리고 Ⅳ 단계에서도 -3(62.9) < -2(120.2) < -1(492.5) 공시체의 순으로 나타난다. 합천화강암에 비하여 결의 밀도가 높은 거창화강암의 3개 공시체 사이의 순위와는 공통성이 결여된다. 산정된 이방성 계수는 Ⅰ 단계(29.4%) < Ⅲ 단계(64.8%) < Ⅳ 단계(190.8%)의 순이다. 전반적으로 Ⅰ, Ⅲ, Ⅳ 단계의 이방성 계수는 거창화강암에 비하여 모두 낮다.The volumetric expansion constants of three specimens of Hacchae granite were compared. There is a difference in the order of the horizontal grain porosity in the first stage (-1> -2> -3 specimen). In the third stage, -3 (2.44) <-2 (4.82) <-1 (5.11), and in the fourth stage, -3 (62.9) <-2 (120.2) <-1 (492.5). There is a lack of commonality among the three specimens of Geochang granite, which has a higher resolution density than Hussain granite. The calculated anisotropy coefficients are in the order of I (29.4%) <III (64.8%) <IV (190.8%). Overall, the anisotropic modulus of Ⅰ, Ⅲ and Ⅳ is lower than that of Geochang granite.
7-8 체적팽창 상수, 경화지수의 역전7-8 Volume Expansion Constant, Inversion of Hardening Index
Ⅲ ~ Ⅳ 단계에서의 체적팽창 상수(Q, ×10-3), 경화지수(m)의 평균치를 비교하였다. Ⅲ 단계에서의 체적팽창 상수는 합천화강암(4.12) > 거창화강암(1.73), 경화지수도 합천화강암(2.05) > 거창화강암(1.24)의 순으로 나타난다. Ⅲ 단계에서는 강도가 큰 합천화강암이 보다 큰 체적팽창 상수, 경화지수 값을 갖는다. 그러나 Ⅳ 단계에서는 순위가 역전되어 체적팽창 상수는 거창화강암(507.8) > 합천화강암(225.2), 경화지수도 거창화강암(7.61) > 합천화강암(5.90)의 순으로 나타난다(표 7, 표 8). Ⅳ 단계에서의 이러한 역전 현상은 두 암석 사이의 밀도(ρ)의 차이에서 기인한다. 즉 3개 면에서 다양한 방향을 갖는 모든 미세균열에 대한 밀도 합은 거창화강암(1.47) > 합천화강암(1.34) 그리고 모식도에서 제시한 6개 결의 밀도 합이 거창화강암(0.66) > 합천화강암(0.54)의 순이다(도 4). Ⅲ The volume expansion constant (Q, 10 -3 ) and the hardening index (m) were compared. The volumetric expansion constants in Phase III are as follows: Hwacheon granite (4.12)> Geochang granite (1.73), hardening index, Hwacheon granite (2.05), and Geochang granite (1.24). In stage Ⅲ, Hapcheon granite with high strength has larger volume expansion constant and hardening index value. However, in the IV stage, the volume expansion coefficients are in the order of geochang granite (507.8)> Hapcheon granite (225.2), and hardening index geochang granite (7.61)> Hapcheon granite (5.90) (Table 7, Table 8). This reversal in step IV is due to the difference in density (rho) between the two rocks. That is, the sum of density for all microcracks having various directions in three planes is the sum of the geomorphic granite (1.47)> Hwacheon granite (1.34) (Fig. 4).
한편 Ⅲ ~ Ⅳ 단계의 체적팽창 상수 및 경화지수의 상관계수(R2)의 평균치를 보면, 합천화강암(0.95~0.99) > 거창화강암(0.92~0.93)의 순이다(표 7, 표 8). 두 암석 사이의 결의 밀도와 역순으로 나타나며, 합천화강암에 비하여 거창화강암의 3개 공시체 사이의 이방성의 정도, 즉 결의 밀도 차이가 상대적으로 큼을 지시한다.On the other hand, the correlation coefficients (R 2 ) between volumetric expansion constant and hardening index Ⅲ ~ Ⅳ were in the order of Hapcheon granite (0.95 ~ 0.99) and Geochang granite (0.92 ~ 0.93) (Table 7, Table 8). It is inversed with the grain density between the two rocks, indicating that the degree of anisotropy between three specimens of Geocang granite, ie, grain density difference, is relatively large compared to Hacchae granite.
7-9 단계별 7-9 steps 공시체의Specimen 기울기 및 고유 영역의 변화 Changes in slope and intrinsic area
도 8, 도 9에 제시한 개개 공시체의 관계도를 모두 종합하여 암석별, 공시체별, 응력의 4 단계별로 구분, 응력증분-체적변형율(εv o, εv, εv mc)의 종합 관계도를 작성하였다(도 10). 도출된 분포특성은 다음과 같다.8, and Fig. 9, it is possible to classify the relationships among the rocks, the specimens, and the stresses in four stages, and the stress increment-volumetric strain rate (ε v o , ε v, ε v mc ) (Fig. 10). The derived distribution characteristics are as follows.
Ⅰ 단계: 거창 및 합천화강암에서 공통적으로 -3 < -2 < -1 공시체의 순으로 배열한다. 수평 결의 공극률이 클수록 압축량의 영향으로 인하여 체적변형율이 크게 나타난다. Phase I: In general, it is arranged in the order of -3 <-2 <-1 specimen in Geochang and Hapcheon granite. The larger the porosity of the horizontal joint, the larger the volume deformation rate is due to the effect of the compression amount.
Ⅱ 단계: 거창 및 합천화강암에서 공통적으로 -3 < -2 < -1(상위영역) 공시체의 순으로 배열한다. 주목할 점은 Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ 단계로 갈수록 공시체 사이의 기울기 및 영역의 변화가 나타난다. 즉 -1 공시체에 비하여 -2, -3 공시체의 기울기가 상대적으로 급증하며 우측의 상위영역을 차지한다. 특히 Ⅱ 단계의 일차함수의 기울기를 보면, 거창화강암의 -3(0.78) 및 합천화강암의 -1(0.84) 공시체에서 가장 크다. Ⅳ 단계에서도 가장 높은 기울기(m)를 유지하는 공통적 특성이 있다. Phase II: Sequentially in the order of -3 <-2 <-1 (upper region) specimen in common in Geochang and Hapcheon granites. It should be noted that the slope and the change of the area between the specimens are seen from Ⅱ → Ⅲ → Ⅳ. That is, the slope of the -2, -3 specimen is relatively increased compared to the -1 specimen, and occupies the upper right area. In particular, the slope of the primary function of phase Ⅱ is the largest at -3 (0.78) of Geochang granite and -1 (0.84) of Hacchae granite. In step IV, there is a common characteristic that maintains the highest slope (m).
특히 거창화강암의 경우, Ⅳ 단계의 기울기(경화지수 m)가 -1 < -2 < -3 공시체의 이상적인 배열성을 보인다. 이중 -3 공시체의 기울기 증가가 가장 명료하다. 이러한 결과는 공시체에서 압축력과 수평 배열하는 2 조의 결의 밀도 합의 배열성, 즉 -3(Rift 1 + Grain 2, 0.39) > -2(Rift 2 + Hadway 2, 0.19) > -1(Grain 2 + Hadway 1, 0.88)의 배열성(도 4)과 부합한다. 이 연구의 핵심 사항은 공시체의 단계별 기울기 및 고유 영역의 점진적인 변화성의 도출이며, 압축력의 증가에 따른 기존 수직 결의 신규 생성, 성장 및 진행성을 대변한다. In the case of Geocang granite, the slope of stage IV (hardening index m) shows an ideal arrangement of -1 <-2 <-3 specimen. The increase in the slope of the double-3 specimen is most apparent. These results are summarized as follows: (1)
Ⅲ ~ Ⅳ 단계: 거창 및 합천화강암의 경우, 공통적으로 -1 < -3 < -2 공시체의 영역 순으로 배열된다. -1 공시체가 좌측부에 배열되어 하위영역, -3 공시체가 중간영역, -2 공시체가 우측부에 배열되어 상위영역을 차지하는 특성이 있다. 합천화강암의 경우, Ⅲ 단계에서 -2, -3 공시체는 상호 중첩되는 경향성이 있다. 그러나 보다 높은 응력증분의 구간으로 갈수록 체적변형율(εv mc)은 -3 < -2 공시체의 순으로 나타난다. Ⅲ ~ Ⅳ: In case of Geochang and Hapcheon granites, they are arranged in the order of -1 <-3 <-2 specimen. -1 specimen is arranged on the left side, the lower region, the -3 specimen is arranged in the middle region, and the -2 specimen is arranged in the right region to occupy the upper region. In case of Hapcheon granite, -2, -3 specimens in Ⅲ stage tend to overlap each other. However, the volume strain rate (ε v mc ) increases in the order of -3 <-2 specimens as the stress increment increases.
두 암석 사이에는 수직 결의 밀도 차이에 따라 -2, -3 공시체 사이의 중첩도가 상이하다. 수직 배열하는 미세균열의 밀도가 보다 낮은 합천화강암에서 중첩도가 보다 높다(도 10). There is a difference in the degree of overlap between the -2 and -3 specimens due to the difference in density of vertical grains between the two rocks. The degree of overlap is higher in Hacchin granite, which has a lower density of micro cracks arranged vertically (Fig. 10).
7-10 선형 7-10 Linear 변형선의Strained 기울기 inclination
두 암석 사이의 선형 변형선(linear deformation line) ab의 기울기(×105 kg/cm2, K)를 비교하였다(도 5, 도 6). 평균치는 합천화강암(7.33) > 거창화강암(4.91)의 순으로 되며, 일축압축강도가 높고 미세균열의 밀도(도 4)가 낮은 합천화강암의 기울기가 보다 크다.The slope of the linear deformation line ab between the two rocks (× 10 5 kg / cm 2 , K) was compared (FIGS. 5 and 6). The mean values of Hapcheon granite (7.33) and Geochang granite (4.91) are in descending order. The slope of Hapcheon granite with uniaxial compression strength and microcrack density (Fig. 4) is higher.
3개 공시체의 기울기를 보면, 거창화강암에서는 -2(5.71) > -1(5.47) > -3(3.55), 합천화강암에서는 -3(7.77) > -1(7.50) > -2(6.72)의 순이다. 두 암석의 공시체 사이의 규칙성은 결여된다. 그러나 거창화강암의 -3 공시체의 기울기가 가장 낮은 특성이 있다(도 6의 A). The slope of the three specimens was -2 (5.71)> -1 (5.47)> -3 (3.55) for Geocang granite and -3 (7.77)> -1 (7.50)> -2 It is in order. The regularity between the specimens of both rocks is lacking. However, the slope of the -3 specimen of Geocang granite is the lowest (Fig. 6A).
7-11 7-11 체적변형율Volume strain rate 곡선에서 구한 α 및 β각 The values of? And?
응력-체적변형율 곡선의 형태를 검토하였다. Ⅱ 단계의 선형 변형선 ab 및 Ⅳ 단계 후반부의 소위 '초기 선형 변형선' cd의 교차각(α), 선 cd와 수평선이 이루는 각(β)를 구하였다. 상기한 초기 선형 변형선의 도출은 초 단위의 연속적인 응력, 체적변형율 자료에서 가능하다(도 5).The shape of the stress-strain curve was studied. The intersection angle (α) and the angle (β) between the line cd and the horizontal line of the linear deformation line ab of the stage II and the so-called 'initial linear deformation line' cd of the stage IV were obtained. The derivation of the initial linear strain line is possible in the continuous stress and volume strain data per second (Fig. 5).
두 암석별 사이의 α, β 각의 크기를 보면, 일축압축강도가 높고 미세균열의 밀도가 낮은 합천화강암에서 크다. α 각은 합천화강암(95.3~98, 평균치: 96.6) > 거창화강암(67.2~100.9, 평균치: 84.9), β 각은 합천화강암(21.5~27.6, 평균치: 28.9) > 거창화강암(6.8~30.7, 평균치: 17.9)의 순이다. 반면에 α, β 각의 이방성 계수(%)는 거창화강암(39.6~133.2) > 합천화강암(2.7~21.1)의 순이다. The α and β angles between the two rocks are large in Hapcheon granite, which has high uniaxial compressive strength and low microcrack density. The angle α was Hwacheon granite (95.3 ~ 98, average value: 96.6), Geochang granite (67.2 ~ 100.9, average value: 84.9), β angle was Hwacheon granite (21.5 ~ 27.6, average value: 28.9) : 17.9). On the other hand, the anisotropy coefficient (%) of α and β angle is in the order of geochang granite (39.6 ~ 133.2)> Hwacheon granite (2.7 ~ 21.1).
α, β 각의 이방성 계수(%)를 보면, β(21.5~133.2) > α(2.7~39.6)의 순이며, β각이 α각에 비하여 보다 민감하다. 두 암석에 대한 α, β 각의 평균치의 차이는 11.7°(α) > 11°(β)의 순이다.The anisotropy coefficient (%) of α and β angle is in the order of β (21.5 ~ 133.2)> α (2.7 ~ 39.6), and β angle is more sensitive than α angle. The difference between the average values of α and β for the two rocks is 11.7 ° (α)> 11 ° (β).
거창화강암의 G-2, 합천화강암의 3개 공시체를 보면, α각이 둔각(α< 90)을 형성하며 완만하게 방향 전환을 한다. 반면에 G-3 공시체에서는 예각 형태(α=67.2)로 급격한 방향 전환을 하며, 초기 선형 변형선 cd의 길이가 가장 길다. 또한 β각(6.8)이 가장 낮다. 이러한 체적변형율 곡선의 변화 양상은 -3 공시체의 거동을 대변한다(도 6의 A). 체적변형율 곡선에서 구한 α 및 β각은 아래의 표 9와 같이 정리될 수 있다. The three angles of G-2 and Hwacheon granite of Geocang granite form an obtuse angle (α <90) and a gentle turn. On the other hand, the G-3 specimen has a sharp change in acute angle (α = 67.2), and the length of the initial linear deformation line cd is the longest. The beta angle (6.8) is the lowest. This change in the volume strain curve represents the behavior of the -3 specimen (Fig. 6A). The α and β angles obtained from the volume strain curve can be summarized as shown in Table 9 below.
No.Sample
No.
(G)Geochang granite
(G)
(H)Hapcheon granite
(H)
표 9는 체적변형율 곡선에서 구한 α 및 β각이며, An은 이방성 계수(Anisotropy coefficient, %)이며, Max-Min/평균 으로 계산될 수 있다. Table 9 shows the α and β angles obtained from the volume strain curve, and An is the anisotropy coefficient (%), which can be calculated as Max-Min / average.
한편 거창화강암의 파괴강도(σ1 f)에서의 미세균열의 임계 체적변형율(critical volumetric microcrack strain, εv mcf, ×103)은 -2(4.40) < -3(11.9) < -1(14.0)의 순이다(도 5, 도 6의 A). 다수의 공시체를 대상으로 할 경우, εv mc 및 εv m cf의 값이 -1, -2 < -3의 순으로 될 확률이 높다.The critical volumetric microcrack strain (ε v mcf , × 10 3 ) at the fracture strength (σ 1 f ) of Geocang granite was -2 (4.40) <-3 (11.9) <-1 ) (Figs. 5 and 6A). For a large number of specimens, ε v mc And the value of ε v m cf is -1, -2 <-3.
이상 거창 및 합천화강암에 발달하는 결의 정량적 평가 결과와 병행, 미세균열의 평가 결과(특히 6개 방향의 결의 밀도)와 대비하였다. 이 과정에서 3개 방향의 채석면을 형성하는 결의 정량적인 역학적 요소 그리고 공시체 사이의 대표적인 배열성을 도출해 아래의 표 10과 같이 종합하였다. This is in contrast to the results of quantitative evaluation of grains developed in Geochang and Hapcheon granites, and the evaluation results of fine cracks (in particular grain density in six directions). In this process, the quantitative mechanical elements of the grain forming the quarry in three directions and the typical arrangement between the specimens are derived and synthesized as shown in Table 10 below.
공극률
(εv o max)Horizontal resolution
Porosity
(ε v o max )
도 7의 a, dTable 3
7A and 7B,
암석 양자간 결의 상대적 비교Geochang granite> Hapcheon granite,
Relative comparisons between rocks and
b, e 및 c, f7
b, e, and c,
(응력-체적변형율 방정식)
Stress increment - Horizontal and vertical resolution volume strain rate relationship diagram
(Stress-volumetric strain rate equation)
압축지수(n)Horizontal resolution
Compression index (n)
도 8, 9 Tables 7 and 8
8 and 9
(R2)Correlation coefficient
(R 2 )
-2, -1 < -3Correlation coefficient of linear power function
-2, -1 <-3
(εv)Volume strain rate
(? v )
도 8, 9 Tables 7 and 8
8 and 9
(R2)Correlation coefficient
(R 2 )
-1, -2 < -3Correlation coefficient of linear power function
-1, -2 <-3
경화지수(m)Volume strain rate
Hardening index (m)
이상적인 배열성-1 < -2 < -3:
Ideal arrangement
도 8, 9Tables 7 and 8
8 and 9
배열성Specimen
Arrangement
-1: 좌측부의 하위영역,
-3, -2 : 우측부의 상위영역,
단계로 갈수록
-2, -3의 기울기 급증(거창화강암의 이상적 배열성) -1 <-3 <-2
-1: sub-region on the left side,
-3, -2: upper right area,
As you step
-2, -3 (ideal arrangement of geochang granite)
곡선(G-3)Stress-volume strain
The curve (G-3)
-3 공시체의 대표성 반영-3 <-1, -2
Representative of -3 specimen reflected
도 6Table 9
6
표 10은 3개 채석면을 형성하는 정량적인 역학적 요소 및 공시체의 대표적 배열성을 나타낸다. Table 10 shows representative arrays of quantitative mechanical elements and specimens forming the three quarries.
이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
As described above, an optimal embodiment has been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms have been employed herein, they are used for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (5)
상기 암석블록을 3개 결의 면과 평행한 방향으로 표면을 절단하는 암석블록 표면 절단 단계;
상기 암석블록을 다수의 정방형 암석시료로 분할하는 암석블록 분할 단계;
상기 암석시료에서 3개 결의 면과 수직방향으로 각각의 코어 공시체를 제작하는 코어 공시체 제작 단계;
상기 코어 공시체들에 대하여 응력을 인가하는 응력 인가 단계; 및
상기 코어 공시체들에 가해진 응력에 따른 역학적 반응을 측정하고 결별로 하기의 수학식을 통해 체적변형율(εv)을 산출해 분석하여 3개 결의 면에 대한 상대적인 강도를 평가하는 결의 정량적 평가 단계; 를 포함하며,
(수학식)
εv=εa + 2εl
상기 결의 정량적 평가 단계에서는,
응력-체적변형율 곡선을 통해 암석 파괴 과정을 4 단계의 강도 구간(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ)으로 구분하고, 4 단계의 강도 구간 중 Ⅱ 단계에서 응력증분(x축)에 따른 공시체의 체적변형율(y축)을 구해 그래프화하고, 그 결과로 도출된 일차함수(y = a + bx)에서 y절편(a)의 값이 클수록 해당 결의 상대적인 강도를 낮게 평가하는 것을 특징으로 하는 암석의 역학적 특성을 이용한 결의 정량적 평가 방법.
A rock block sampling step for obtaining a square block of rock from the granite;
A rock block surface cutting step for cutting the surface of the rock block in a direction parallel to the three pitting surfaces;
A rock block dividing step of dividing the rock block into a plurality of square rock samples;
A core specimen manufacturing step of fabricating respective core specimens in a direction perpendicular to the three crystal faces of the rock specimen;
A stress applying step of applying stress to the core specimens; And
A quantitative evaluation step of evaluating a mechanical reaction according to a stress applied to the core specimens and calculating a volume strain rate (ε v ) by the following equation and evaluating a relative strength with respect to three resolved faces; / RTI >
(Equation)
? v =? a + 2? l
In the texture quantitative evaluation step,
The rock fracture process is divided into four strength sections (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ and Ⅳ) through the stress - volume strain curves. The volume deformation of the specimens along the stress increment (x axis) (y-axis), and the relative strength of the texture is evaluated to be lower as the value of the y-intercept (a) is larger in the linear function (y = a + bx) Method of quantitative evaluation of texture using.
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