5. 공내재하시험(borehole loading test)

   개요

 공내 재하시험은 지반이나 암반의 변형계수, 탄성게수, 항복하중(강도)을 시추공을 이용하여 간단히 계측할 목적으로 개발된 것으로 최근에는 암반을 분류하는데 필요한 지수를 구하는 목적으로 많이 이용되고 있다.

현재 보급되어 있는 것은 공벽에 수평방향으로 정적재하하는 시험기로 이들 장치의 사양을 나타내면 표 5-1과 같다. 이 외에 지진시를 고려한 동적 k 치를 구하는 장치나 지상에 반력 장칠르 설치하여 로드를 연결하고 시추공 바닥에 설치한 재하판에 연직으로 재하하는 시험기도 개발되고 있다.

등분포재하법이라 불리는 시험기는 고무관의 탐침(probe)을 시추공 안에 삽입하고 수압, 유압, 가스압 등에 의해 고무관을 팽창시켜 시추공 벽면에 재하시키는 시험기이다. 또한, 강체재하판을 다단으로 조립한 잭(jack)에 의해 공벽에 재하하는 KKT 는 일정한 재하면적을 가진 재하판만을 변형시키는 것으로 등변위재하법이라 한다.

이들의 시험기를 사용하여 변형계수나 강도를 측정할 때, 주의할 점은 시추공벽의 형상이나 상태가 측정치의 정밀도를 좌우한다는 점이다.

그림 5-1은 여러 가지 원인으로 공벽에 요철이 생기는 사례를 모형적으로 나타낸 것이며, 그림 5-2는 공벽형상이 나쁜 경우에 시험기가 어떻게 거동하는가를 나타낸 것이다.

즉, 공벽에 요철이 있는 경우 고무관은 암반용으로 제작된 것을 제외하고는 가압과 동시에 시추공의 요철부에 따라 팽창하게 되는데, 이 상태에서 압력을 계속증가시키면 고무막의 팽창율이 시추공이 파인 부분에서 크게 되기 때문에 다른 부분은 이 부위로 끌려 당겨진다. 따라서, 재하형태가 복잡하게 되어 Δp ∼ Δr 곡선의 올바른 해석이 어렵게 된다. 물론 고무막이 두꺼운 고압용에서는 공벽에 상당한 요철이 없는 한 고무막이 요철모양으로 변형되는 것은 아니다. 이는 자갈도로를 자동차로 고속주행 하면 타이어가 자갈을 튀어나가게 하는 원리와 같은 것이다.

강철재하판인 경우, 암반공벽에 요철이 있으면 재하판이 공벽에 밀착되지 않는점이 지적되며, 고무막도 경도가 큰 고압용은 이와 같은 이유로 고무와 공벽의 밀착은 좋지 않다.

또한 시험기종이 다르면 측정치의 차이가 생긴다고 할 수 있지만 동일조건하에서 비교시험을 실시한 바에 의하면 공벽조건이 변하지 않으면 기종의 차이는 변형계수나 탄성계수 값에 차가 나타나지 않는다는 결과를 얻었다.

재하시험결과를 좌우하는 최대요인은 공벽조건이라 할 수 있다. 왜냐하면, 보통 암반공벽에 재하한 경우 Δp ∼ Δr 곡선은 재하하중의 변화와 함께 복잡하게 변하기 때문이며 낮은 하중영역과 높은 하중영역에서는 Δp ∼ Δr 곡선형태가 다르다.

물론 토사지반인 경우에도 곡선형태가 변하는데, 원점으로부터 직선형태로 증가된 후, 서서히 기울기가 줄어드는 것, 초기에는 기울기가 완만하다가 서서히 기울기가 커지는 것, 작은 하중에서도 하중을 제거하면 튼 잔류 변위를 나타내는 것 등이 있기 때문에 탄성론에 의한 계산식으로 변형계수, 탄성계수를 계산할 때 어떻게 고려해야 좋을 지를 판단하는데 고심하는 경우가 많다.

결국, 현실적으로는 탄성이라는 개념을 Δp ∼ Δr 곡선의 비선형 부분까지 넓혀 고려하여야 하며, 이 경우 이들의 값을 당연히 변형의존성, 재하시간 의존성을 갖게 된다.

표 5-1에 나타낸 모든 시험기에 대하여 가압능력, 공벽의 형상을 판별하는 능력, 고무판의 미소한 두께 변화를 측정하는 능력, 이방성 암반의 역학적 변화를 측정하는 능력, 취급이 간편하고 손상되지 않는 능력 등의 향상과 함께 시험의 기준화가 이루어져야 할 것이다.