59. 암반절리면의 역학적 성질

 암반에는 각각 분리면이 있는데 그 중에서 절리는 평행성 절리계로 이루어지는 균열로서 그 형성에 대해서는 면 양측의 암체가 평행방향으로 거의 변위되지 않은 면으로 정의된다. 절리의 성인은 각종 응력에 의한 인장파괴 또는 전단파괴에 의하며, 각각의 면에서 성인을 판정하기는 곤란하다. 그러나 성인에 따라서 면의 역학적 성질, 암체 내의 분포성상이 다르다.

   가. 절리면의 형상

 면의 요철 및 거칠기는 절리면의 역학적 성질에 큰 영향을 미친다. 이 요철은 크기가 각각 다르기 때문에 문제가 되는 면의 크기에 따라 취급도 다르다. 즉, 사면 및 구조물을 대상으로 할 때에는 m 단위 파장의 효철성이 중요하고, 공시체시험의 치수에서는 전자의 파에 중복되는 cm ∼ mm 단위의 요철성,거칠기가 중요하다. 절리를 사이에 둔 양 암체의 실제 접촉량은 면 형성 후의 전단 변위량과 수직응력에 의해 현저하게 변화한다. 퇴적암 시험편을 이용한 측정에 의하면 수직력이 몇 kgf/cm2 이하에서 실접촉 면적은 전체의 30% 이하이다. 이 성질은 절리면의 변형성, 강도특성, 투수성 등의 역학적 성질 및 그 수치효과에 큰 영향을 준다.

   나. 전단강도

 절리면을 사이에 둔 양 암체를 면과 평행하게 이동할 때 그림 59-1과 같이 전단저항이 생긴다.

거친 면은 (a) ① 과 같이 최초의 전단에서 최대를 나타낸 변형이 진행하면 잔류강도에 가까워 진다. 매끄러운 면은 최대를 나타나지 않은 ③의 곡선이 된다.

잔류강도에 도달한 상태에서 수직응력을 점차변화시키면 (b)와 같이 수직응력에 비례하는 전단강도가 나타난다.

이와 같이 구한 전단강도를 수직응력과의 관계로 나타내면 (c)가 구해진다. 자연의 절리면은 대부분의 경우, 포물선상의 곡선으로 된다. 원점 부근의 급경사는 면의 거칠기에 달려있다. 절리면 파괴곡선의 표현에는 직선 및 곡선(τf = kσ^m등) 또는 면의 거칠기와 절리면을 형성하는 암석의 강도를 고려한 실험식이 쓰이고 있다. 잔류강도는 주로 마찰각으로 보지만 풍화암은 풍화정도로 또한 연암은 모암을 구성하는 고아물, 특히 점토광물의 보존성에 달려 있다.

   다. 변형특성

 절리면의 변형성을 절리를 개재하는 암체의 변형량으로부터 절리 이외의 부분에 생긴 변형량을 제외한 것을 말한다. 암반에는 많은 절 리가 내재되어 있기 때문에 암반에 주는 절리의 영향은 크다. 면에 수직인 힘에 의해서 생기는 변형은 표면상 요철부의 탄성변형, 압쇄에 의한 것이 있다. 전단변형은 면의 과거 전단이력, 개재물의 두께와 그 성질에 따라 거동이 다르다. 전단변형에 따른 절리면 상의 다이레이턴시는 요철부분에서의 활동, 파괴 및 회전에 의한 것도 있다.