44. 수압할렬(hydraulic fracturing)

 수압할열은 1976는 6월에 발생한 Teton 댐 결괴사고의 하나의 원인으로써, 이 현상은 이전부터 지중의 초기응력측정에 응용되었다.

수압할열은 원래 시추공 안에 물을 넣고 압력을 높이면 그 압력이 흙속의 측방응력 σ3 와 흙의 인장강도 ts 의 합보다 크게 될 때, 즉 식(1)과 같이 되면 그림 44-1과 같이 수리적 파괴가 생기는 현상을 말한다.

록필댐에서 이 현상을 적용하는 경우에는 다음과 같은 상황이 점토를 주성분으로 하는 코어부에 발생한다고 할 수 있다. 즉 댐의 담수시에 저수압은 코어부에 작용하게 되며, 이 부분에 저수압에 의한 간극수압이 상승하게 되면 그 부분은 간극수압에 의해 확장되어 수로가 만들어지게 된다.

이 같은 영역이 저수위 상승에 따라 확대되어 코어부 하류면까지 도달하면 저수가 코어 상류에서 관통하여 코어부의 파괴를 초래하는 것으로 고려되는데, 이를 수압할열현상이라 한다.

록필댐에서 식(1)의 파괴조건을 적용할 경우에는 상당한 여유가 있으며, 이 조건은 필요조건이지 충분조건은 아니라고 보여진다. 즉 앞의 파괴조건에 따라 균열이 생겨도 코어재료의 자유작용(self-healing) 능력이나 필터내의 흙입자 유출을 방지하는 여과능력이 있으므로 파괴를 일으키기 어렵게 된다.

Teton 댐 파괴해석에서는 코어재료의 인장강도를 무시할 경우, 수압할열조건은 σ3/p < 0.5 로 된다는 보고도 있다. 따라서 이 같은 수압할열 현상이 생기는지 여부의 판정기준은 아직 규명되지 않고 여러 가지 의견이 제안되어 있으며, 세계적으로도 이에 대한 그의 평가가 정립되어 있다고 할 수 없다.

록필댐 코어부에 수압할열 현상이 발생하는 몇가지 요인을 기술하면 다음과 같다.

① 축제중 착암부의 전단변형에 따른 코어부분의 이완.

② 필터와 코어의 응력분담 차이에 따른 코어부분의 이완.

③ 담수중 정수압과 침수에 의한 침하현상

④ 저수후 수위상승에 따른 침하진행.

⑤ 재료의 풍화에 따른 침하진행.

⑥ 지진시 진동에 의한 침하진행.

⑦ 저수지 수위 급상승에 따른 간극수압의 상승에 의한 코어 착암부의 전단변형 진행.

⑧ 기초의 부등침하에 의한 코어부 이완.

⑨ 기초암반 절리부분의 침투수압과 침투유속에 의한 코어부 침식.

⑩ 양안 접속부의 급격한 기울기 변화로 변곡점에서 코어재료의 다짐불량.

⑪ 코어재료, 착암부 점토재 등의 전단강도 및 인장강도 부족