61. 암반의 원위치 전단시험

 토목구조물 기초지반의 변형, 내하력에 대하여 암반은 토질지반보다 강성이 크고 견고한 지반으로 볼 수 있다. 한편, 수력, 화력, 원자력 등의 발전토목구조물, 교량, 터널 드의 공공시설 개발이 급속히 또한 대형화 되면서 구조물로부터 지반에 전달되는 하중이 커지고 빠른 속도의 시공에 따라 단층, 파쇄대 등 종래의 상식으로는 기초지반으로서 부적당한 입지조건을 극복하는 기술이 요청되고 있다.

불란서의마르팟세 아치댐이 기초지반 강도부족의 원인으로 담수 직수 결괴되어 그 때까지 문제시 되지 않았던 암반의 역학적 특성의 중요성을 새로히 인식하게 되었으며, 이 사건을 계기로 암반역학이라는 분야가 탄생하게 되어 지금에 이르고 있다.

암반에는 일반적으로 절리, 균열이란 불연속면이 많이 존재하고 더욱이 그 불연속면은 토목구조물에 대하여 부시할 수 없는 규모이며 암반을 구성하는 암석시료의 삼축시험으로 이 불연속면을 포함하는 암반의 강도를 평가하기에는 아직 미흡한 점이 많다.

이러한 관점에서 암반의 원위치 전단시험에 고안, 지침화되어 실용적으로 이용되고 있다. 대표적인 암반의 원위치 전단시험으로는 블록전단시험과 록적단시험이 있는데 전자는 암반상의 블록콘크리트를 타성하고 콘크리트 블록을 사이에 두고 바로 아래의 암반을 전단하는 방법이다.

한편 후자는 미리 암반을 블록형태로 절취, 정형하여 암반 공시체를 직접전단하는 방법이며, 이외에 단층부에서 실시하는 단층전단시험이 있다.

블록전단시험은 원래 댐기초 등에서 콘크리트와 암반의 부착강도를 시험하기 위하여 고안된 것인데 특별한 경우를 제외하고는 전단파괴면이 암반 내부에서 발생하는 경우가 많고, 직접 암반부착강도를 평가할 수 있으며, 시험준비가 비교적 쉬우므로 록전단시험보다 많이 이용되고 있다.

블록전단시험에서는 그림 61-1과 같이 조사갱 등을 이용하여 시험체를 조성한 후 유압잭으로 수직하중을 재하하고 시험체를 전단하여 이 때 전단면에 작용하는 수직응력, 전단응력으로부터 전단강도를 구한다.

이것을 4개의 공시체에 대하여 실시하고 모아-쿨롱의 파괴조건식을 적용하여 그림 61-2와 같이 암반의 점착력과 내부마찰각을 구한다.

시험위치는 실제 구조물의 기초암반과 이에 대한 암의 종류 또는 암의 등급을 미리 조사하고 그 암반을 대표하는 장소로 정하는데 지질전문가의 협력이 필요하다.

시험장소의 이완방지, 블록 절취시 라인드릴링(line drilling) 등을 신중히 해야 한다.

시험시에는 실제로 암반이 받는 응력을 설정하고 그 범위에서 확실한 강도가 얻어지도록 하중조건을 설정한다. 또한 암반의 지질구조와 역학적 특성에 현저한 이방성이 예상될 경우에는 구조물 등에서 암반이 받는 하중의 방향도 고려해야 한다.

전술한 바와 같이 암반의 전단강도는 점착력과 내부마찰각에 따라서 결정되나 일반적으로 파괴강도점이 직선상에 나타나는 예는 드물며, 일반적으로 변동이 많다.

따라서 적은 시험결과를 가지고 c, φ를 결정할 경우는 전단면의 상황, 시험체 주위의 지질상황, 암반이 받는 응력, 다른 간이시험결과 등을 종합적으로 감안하여 평가하면 좋다.

또한 설계상 암반의 강도를 구할 경우는 원위치 전단시험에 의한 직접 전단시험법이 가장 좋은 방법으로 추천되고 있으며, 시험에 필요한 노력과 비용이 너무 많아 때에 따라서는 보링토어에 의한 암석시험결과 등과의 상관성(그림 61-3 참조) 등을 참고로 하는 것이 좋다.